BRPI0707326A2 - calibrador de dois laços - Google Patents
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Abstract
CALIBRADOR DE DOIS LAçOS. Desalinhamento das bobinas de transmissor e de receptor de uma ferramenta de perfilagem de indução é determinado pelo posicionamento da ferramenta de perfilagem com uma bobina circundando axialmente a bobina transmissora e/ou a bobina receptora e ativação do transmissor em uma pluralidade de ângulos rotacionais.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CALIBRADOR DE DOIS LAÇOS".
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
1. Campo da Invenção
A presente invenção está relacionada ao campo de desenho deaparelho no campo da exploração de óleo. Em particular, a presente inven-ção descreve um método para calibrar dispositivos de perfilagem de múlti-plos componentes usados para detectar a presença de óleo em furos desondagem penetrando uma formação geológica.
2. Descrição da Técnica Relacionada
Instrumentos de perfilagem de poço de resistividade de induçãoeletromagnética são bem conhecidos na técnica. Os instrumentos de perfila-gem de poço de resistividade de indução eletromagnética são usados paradeterminar a condutividade elétrica e seu inverso, a resistividade, de forma-ções de terra penetradas por um furo de sondagem. A condutividade da for-maçã666o tem sido determinada com base em resultados de medição docampo magnético de correntes parasitas que o instrumento induz na forma-ção contígua ao furo de sondagem. A condutividade elétrica é usada para,entre outras razões, inferir o conteúdo de fluido das formações de terra.
Em geral, quando usando uma ferramenta de perfilagem de in-dução convencional com transmissores e receptores (bobinas de indução)orientados apenas ao longo do eixo geométrico do furo de sondagem, aszonas portadoras de hidrocarbonetos são difíceis de detectar quando elasocorrem em reservatórios laminados ou de múltiplas camadas. Esses reser-vatórios, usualmente, consistem de camadas finas alternadas de xisto e a-reia e, freqüentemente, as camadas são tão finas que, devido à resoluçãoinsuficiente da ferramenta de perfilagem convencional, elas não podem serdetectadas individualmente. Nesse caso, a condutividade média da forma-ção é avaliada.
Técnicas convencionais de perfilagem de poço de indução em-pregam bobinas enroladas em um mandril de isolamento. Uma ou mais bo-binas de transmissor são energizadas por uma corrente alternada. O campomagnético oscilante produzido por essa disposição resulta na indução decorrentes nas formações que são quase proporcionais à condutividade dasformações. Essas correntes, por sua vez, contribuem para a tensão induzidaem uma ou mais bobinas de receptor. Por meio da seleção apenas do com-ponente de tensão que está em fase com a corrente do transmissor, um si-nal é obtido que é aproximadamente proporcional à condutividade da forma-ção. Em aparelho de perfilagem de indução convencional, a bobina básicado transmissor e a bobina do receptor têm eixos geométricos que são ali-nhados com o eixo geométrico longitudinal do dispositivo de perfilagem depoço. Essa disposição tende a induzir laços de corrente secundária na for-mação que são concêntricas com as bobinas de transmissão e de recepçãoverticalmente orientadas. As medições de condutividade resultantes são in-dicativas da condutividade (ou resistividade) horizontal das formações cir-cundantes. Há, porém, várias formações encontradas em perfilagem de po-ço, que tem uma condutividade que é anisotrópica. A anisotropia resulta damaneira em que leitos de formação foram depositados pela natureza. Porexemplo, a "anisotropia uniaxial" é caracterizada por uma diferença entre acondutividade horizontal, em um plano paralelo ao plano de estratificação ea condutividade vertical, em uma direção perpendicular ao plano de estratifi-cação. Quando não há inclinação de estratificação, a resistividade horizontalpode ser considerada estar no plano perpendicular ao furo de sondagem e aresistividade vertical na direção paralela ao furo de sondagem. Dispositivosde perfilagem de indução convencional, que tendem a ser sensíveis apenasà condutividade horizontal das formações, não proporcionam uma medida decondutividade vertical ou de anisotropia.
Em ferramentas de perfilagem de indução transversal, a respos-ta de arranjos de bobinas transversais também é determinada por uma con-dutividade média, porém, a condutividade relativamente inferior de camadasde areia portadoras de hidrocarbonetos domina nesta estimativa. Em geral, ovolume de xisto/ areia na formação pode ser determinado de medições deperfilagem de poço nuclear ou de raios gama. Então, uma combinação daferramenta de perfilagem de indução convencional com transmissores e re-ceptores orientados ao longo do eixo geométrico do poço e a ferramenta deperfilagem de indução transversal pode ser usada para determinar a condu-tividade de camadas individuais de xisto e areia.
Uma das dificuldades, se não a principal, na interpretação dosdados adquiridos por uma ferramenta de perfilagem de indução transversalestá associada com a vulnerabilidade de sua resposta às condições do furode sondagem. Entre essas condições está a presença de um fluido de poçocondutor, bem como os efeitos da invasão de fluido no furo de sondagem.
Nos instrumentos de perfilagem de indução, a qualidade dos da-dos adquiridos depende da distribuição (condutividade) dos parâmetros ele-tromagnéticos da formação, em que os receptores de indução de ferramentaoperam. Desse modo, no caso ideal, a ferramenta de perfilagem mede sinaismagnéticos induzidos por correntes parasitas que circulam na formação. Va-riações na magnitude e na fase das correntes parasitas que ocorrem emresposta às variações na condutividade da formação são refletidas comorespectivas variações na tensão de saída de receptores. Nos instrumentosde indução convencionais, essas tensões de bobina de indução de receptorsão condicionadas e, então, processadas usando detectores analógicossensíveis à fase ou digitalizadas por conversores de digital para analógico e,então, processadas com algoritmos de processamento de sinais. O proces-samento permite determinar a amplitude de tensão e fase do receptor comrelação à forma de onda de campo magnético ou corrente de transmissor deindução.
Há poucas margens de hardware e limitações de software queimpactam um desempenham de ferramenta de perfilagem de indução trans-versal convencional e resultam em erros que aparecem nos dados adquiridos.
Os problemas gerais enfrentados são discutidos nas patentesnorte-americanas nos. 6.734.675 e 6.586.939, para Fanini e colaboradores,ambas tendo a mesma cessionária que o presente pedido e cujos conteúdossão aqui incorporados através de referência. A '939 de Fanini divulga umaferramenta de perfilagem de indução transversa, tendo um transmissor e umreceptor para amostragem de furo descendente de propriedades de forma-ção, a ferramenta tendo uma bobina de transmissor de bobina dividida pro-tegida simétrica e uma bobina de neutralização interposta entre as bobinasde transmissor divididas, para reduzir o acoplamento do campo magnéticovariável em tempo do transmissor no receptor. A ferramenta proporcionaproteção simétrica das bobinas e aterramento na extremidade do transmis-sor e receptor apenas para reduzir acoplamento de correntes induzidas nosinal recebido. A ferramenta proporciona um isolador entre componenteseletrônicos do receptor e o alojamento condutor de receptor tendo contatocom fluido condutor do furo de poço, para reduzir corrente parasita que cir-cula em um laço formado pelo alojamento superior, tubo de passagem, alo-jamento inferior e fluido de furo de poço adjacente ao alojamento ou mandrilde sonda. Um laço de verificação interno é proporcionado para rastrear mu-danças na corrente de transmissor no componente real e de quadratura dosinal de dados recebido.
A '939 de Fanini divulga uma ferramenta de perfilagem de indu-ção transversa, tendo um transmissor e um receptor para amostragem defuro descendente de propriedades de formação, a ferramenta tendo umabobina de transmissor de bobina dividida protegida simétrica e uma bobinade neutralização interposta entre as bobinas de transmissor divididas, parareduzir o acoplamento do campo magnético variável em tempo do transmis-sor no receptor. A ferramenta proporciona proteção simétrica das bobinas eaterramento na extremidade do transmissor e receptor apenas para reduziracoplamento de correntes induzidas no sinal recebido. A ferramenta propor-ciona um isolador entre componentes eletrônicos do receptor e o alojamentocondutor de receptor tendo contato com fluido condutor do furo de poço, pa-ra reduzir corrente parasita que circula em um laço formado pelo alojamentosuperior, tubo de passagem, alojamento inferior e fluido de furo de poço ad-jacente ao alojamento ou mandril de sonda. Um laço de verificação interno éproporcionado para rastrear mudanças na corrente de transmissor no com-ponente real e de quadratura do sinal de dados recebido.
Sumário da InvençãoUma modalidade da invenção é um aparelho para avaliação deuma ferramenta de perfilagem de indução para uso em um furo de sonda-gem. A ferramenta de perfilagem inclui uma fonte de corrente, que ativa umabobina de transmissor na ferramenta de perfilagem e uma bobina de recep-tor espaçada axialmente da bobina de transmissor em que a bobina de re-ceptor produz um sinal em resposta à ativação da bobina de transmissor. Oaparelho inclui pelo menos um laço de condução que envolve axialmente abobina de transmissor e/ ou a bobina de receptor. O sinal produzido pelabobina de receptor é indicativo de um desalinhamento entre a bobina detransmissor e a bobina de receptor. Um laço de condução único pode envol-ver a bobina de transmissor e a bobina de receptor. Dois laços de conduçãoconectados eletricamente podem ser usados com um dos laços que envol-vem a bobina de transmissor e o outro laço envolvendo a bobina de recep-tor. A bobina de transmissor pode ter um eixo geométrico substancialmenteparalelo ou substancialmente ortogonal a um eixo geométrico longitudinal daferramenta de perfilagem. A bobina de receptor pode ter um eixo geométricosubstancialmente paralelo ou substancialmente ortogonal a um eixo geomé-trico longitudinal da ferramenta de perfilagem. O aparelho pode ainda incluirum suporte que gira a ferramenta de perfilagem através de uma pluralidadede ângulos com o transmissor sendo ativado em cada um dos ângulos e umprocessador que estima dos sinais em cada um dos ângulos rotacionais oângulo de desalinhamento. O ângulo de desalinhamento pode ser estimadocom base em um ângulo rotacional em que o sinal é substancialmente zero.
Outra modalidade da invenção é um método de avaliação deuma ferramenta de perfilagem de indução para uso em um furo de sonda-gem. Uma bobina de transmissor na ferramenta é ativada. Um sinal é pro-porcionado usando uma bobina de receptor em resposta à ativação da bobi-na de transmissor. Do sinal, um ângulo de desalinhamento entre a bobina detransmissor e a bobina de receptor. O método inclui o uso de pelo menos umlaço de condução para envolver axialmente a bobina de transmissor e/ ou abobina de receptor. O envolvimento pode ser feito pelo uso de um laço decondução único. O envolvimento pode ser feito pelo uso de um primeiro laçopara envolvimento da bobina de transmissor e de um segundo laço para en-volvimento da bobina de receptor. A bobina de transmissor pode ter um eixogeométrico que é substancialmente paralelo ou ortogonal a um eixo geomé-trico longitudinal da ferramenta. A bobina de receptor pode ter um eixo geo-métrico que é substancialmente paralelo ou ortogonal a um eixo geométricolongitudinal da ferramenta. A ferramenta de perfilagem pode ser girada atra-vés de uma pluralidade de ângulos, com o transmissor sendo ativado emcada um dos ângulos e o ângulo de desalinhamento pode ser estimado apartir dos sinais em cada um dos ângulos. O ângulo de desalinhamento po-de ser estimado de um ângulo em que o sinal é substancialmente zero.
Breve Descrição dos Desenhos
A presente invenção é melhor compreendida com referência àsfiguras anexas, em que numerais semelhantes se referem a elementos se-melhantes e em que:
A figura 1 (técnica anterior) mostra, esquematicamente, um furode poço que se estende em uma formação de terra laminada, furo de poçoem que uma ferramenta de perfilagem de indução, como usado de acordocom a invenção, foi abaixada;
A figura 2A (técnica anterior) ilustra uma medição de resistivida-de convencional, na direção vertical;
A figura 2B (técnica anterior) ilustra uma medição de resistivida-de, na direção horizontal;
A figura 3 é um fluxograma global dos procedimentos da presen-te invenção;
A figura 4 ilustra um simulador de condutividade de furo de son-dagem (BCS), usado na presente invenção;
A figura 5 ilustra um conjunto para calibração de diversos arran-jos transversais em uma ferramenta de perfilagem;
A figura 6 ilustra um conjunto para calibração de arranjos Iongi-tudinais em uma ferramenta de perfilagem;
As figuras 7-8 ilustram conjuntos para calibração de arranjosde componentes transversais XY; eAs figuras 9-10 ilustram conjuntos para calibração de arranjosde componentes transversais XZ.
Descrição Detalhada da Invenção
A estrutura do instrumento proporcionada pela presente inven-ção permite estabilidade e precisão aumentadas em uma ferramenta de per-filagem de furo de poço de indução e suas capacidades operacionais, o que,por sua vez, resulta em melhor qualidade e utilidade de dados de furo depoço adquiridos durante perfilagem. As características da presente invençãosão aplicáveis para aperfeiçoar a estrutura de uma maioria de ferramentasde indução conhecidas.
A invenção será agora descrita em mais detalhes e à guisa deexemplo com referência aos desenhos anexos. A figura 1 mostra, esquema-tièamente, um furo de poço 1 que se estende em uma formação de terra la-minada, furo de poço em que uma ferramenta de perfilagem de indução,como usada de acordo com a presente invenção, foi abaixada. O furo depoço na figura 1 se estende em uma formação de terra que inclui uma ca-mada de areia portadora de hidrocarbonetos 3, localizada entre uma camadasuperior de xisto 5 e uma condutividade maior do que a camada de areiaportadora de hidrocarbonetos 3. Uma ferramenta de perfilagem de indução 9usada na prática da invenção foi abaixada no furo de poço 1 via uma linhade fios elétricos 11 estendendo-se através de um preventor de explosão 13(mostrado esquematicamente), localizado na superfície da terra 15. O equi-pamento de superfície 22 inclui um suprimento de energia elétrica para pro-porcionar energia elétrica para o conjunto de bobinas 18 e um processadorde sinais para receber e processar sinais elétricos das bobinas de recepto-res 19. Alternativamente, o suprimento de energia e/ ou processadores desinais estão localizados na ferramenta de perfilagem.
A orientação relativa do furo de poço 1 e da ferramenta de perfi-lagem 9 com relação às camadas 3, 5, 7 é determinada por dois ângulos, umdos quais Θ, conforme mostrado na figura 1. Para determinação desses ân-gulos veja, por exemplo, a norte-americana 5999883 para Gupta e colabora-dores. A ferramenta de perfilagem 9 é dotada de um conjunto de bobinas detransmissor 18 e um conjunto de bobinas de receptor 19, cada um dos con-juntos de bobinas 18, 19 sendo conectado ao equipamento de superfície 22via condutores adequados (não mostrados) estendendo-se ao longo da linhade fios elétricos 11.
Cada um dos conjuntos de bobinas 18 e 19 inclui três bobinas(não mostradas), as quais são dispostas de modo que o conjunto tem trêsmomentos de dipolos magnéticos em direções mutuamente ortogonais, istoé, em direções x, y e ζ. O conjunto de três bobinas de bobinas de transmis-sor transmite Tx, Ty e Tz. A bobina de receptor recebe Rx, Ry e Rz mais oscomponentes transversais, Rxy, Rxz e Rzy. Desse modo, o conjunto de bobi-nas 18 tem momentos de dipolos magnéticos 26a, 26b, 26c e o conjunto debobinas 19 tem momentos de dipolos magnéticos 28a, 28b, 28c. Em umamodalidade, o conjunto de bobinas de transmissor 18 é isolado eletricamen-te do conjunto de bobinas de receptor 19. Em uma modalidade alternativa,cada bobina no conjunto de bobinas de transmissor 18 é eletricamente iso-lada uma da outra e cada bobina no conjunto de bobinas de receptor 19 éeletricamente isolada uma da outra.
As bobinas com momentos de dipolos magnéticos 26a e 28a sãobobinas transversais, isto é, elas são orientadas de modo que os momentosde dipolos magnéticos são orientados perpendiculares ao eixo geométricode furo de poço, pelo que a direção de momento de dipolo magnético 28a éoposta à direção de momento de dipolo magnético 26a. Além disso, os con-juntos de bobinas 18 e 19 são posicionados substancialmente ao longo doeixo geométrico longitudinal da ferramenta de perfilagem 9.
Conforme mostrado na figura 2A, ferramentas de perfilagem deindução convencionais proporcionam uma bobina única de transmissor e dereceptor que mede a resistividade na direção horizontal. No modo horizontalconvencional, conforme mostrado na figura 2A, as resistividades de cama-das adjacentes de areia de alta resistividade e xisto de baixa resistividadeaparecem em paralelo, desse modo, a medição de resistividade é dominadapor xisto de baixa resistividade. Conforme mostrado nas figuras 1 e 2B, napresente invenção, uma bobina transversal é adicionada para medir a resis-tividade na direção vertical. Na direção vertical, as resistividades da areiaaltamente resistiva e do xisto de baixa resistividade aparecem em série e,assim, a medição de resistividade vertical em série é dominada pela resisti-vidade da areia altamente resistiva.
Para facilidade de referência, a operação normal da ferramenta9, conforme mostrado nas figuras 1 e 2B, será descrita aqui depois apenaspara as bobinas tendo momentos de dipolos na direção x, isto é, momentosde dipolos 26a e 28a. Durante operação normal, uma corrente alternada deuma freqüência f 1 é fornecida pelo suprimento de energia elétrica do equi-pamento de superfície 22 ao conjunto de bobina de transmissor 18 de modoque um campo magnético com momento de dipolo magnético 26a é induzidona formação. Em uma modalidade alternativa, a freqüência é varrida atravésde uma faixa fi a f2. Esse campo magnético se estende na camada de areia3 e induz um número de correntes parasitas locais na camada de areia 3. Amagnitude das correntes parasitas locais é dependente de sua localizaçãoem relação ao conjunto de bobina de transmissor 18, a condutividade daformação de terra em cada localização e a freqüência em que o conjunto debobina de transmissor 18 está operando. Em princípio, as correntes parasi-tas locais atuam como uma fonte indutora de novas correntes, que, maisuma vez, induzem novas correntes e assim por diante. As correntes induzi-das na camada de areia 3 induzem um campo magnético de resposta naformação, o qual não está em fase com o campo magnético transmitido, masque induz uma corrente de resposta no conjunto de bobina de receptor 19. Amagnitude da corrente induzida na camada de areia 3 depende da conduti-vidade da camada de areia 3, a magnitude da corrente de resposta no con-junto de bobina de receptor 19. A magnitude também depende da condutivi-dade e, assim, proporciona uma indicação da condutividade da camada deareia 3. Contudo, o campo magnético gerado pelo conjunto de bobina detransmissor 18 não só se estende na camada de areia 3, mas também nofluido do furo de poço e nas camadas de xisto 5 e 7, de modo que correntesno fluido de furo de poço e nas camadas de xisto 5 e 7 são induzidas.
Os procedimentos globais da presente invenção usados paraassegurar funcionamento adequado de uma ferramenta de perfilagem deindução de multicomponentes empregados são sumarizados na figura 3. Acalibração dos arranjos do instrumento é feita, particularmente estimandoseu coeficiente de transferência 101. Subseqüentemente, uma verificaçãofinal da consistência da sintonia e da calibração é realizada 103. Isso é se-guido por uma verificação de suficiência de isolador 105, para impedir umfluxo de corrente axial entre os alojamentos/ componentes eletrônicos detopo e de fundo da ferramenta através do tubo de passagem e condutores,durante perfilagem nos furos de sondagem cheios com a lama condutora.
Em mais detalhes, a ferramenta completamente feita é colocadaem área de calibração, que tem um número pequeno de partes condutorasexternas que poderiam afetar as leituras das ferramentas (maquinaria, fer-ramentas de medição, etc.). Por exemplo, o posicionamento da ferramentaem, aproximadamente, 15 pés (4,6m) acima do solo, tipicamente, reduz aleitura da ferramenta a um valor menor do que cerca de 10 mS/m.
A ferramenta é posicionada paralela à Terra com o arranjo a serajustado apontando normal ao solo. Os alojamentos de topo e de fundo doinstrumento são interconectados com o simulador de condutividade de furode sondagem (BCS) e o isolador é encurtado.
A figura 4 ilustra o BCS, compreendendo um conjunto de condu-/ tor 401 e resistor 410, que acopla, eletricamente, o alojamento de topo 405 eo alojamento de fundo 404. Um circuito fechado é, assim, criado do aloja-mento de fundo 404 através do resistor 410 através do alojamento de topo405, através de um tubo de passagem que se estende do alojamento defundo até o alojamento de topo através do mandril 408. O valor do resistor410 pode ser configurado para ser, aproximadamente, igual a um valor decondutância total que a ferramenta experimentará no interior de um furo desondagem bem de acordo com suas especificações. Um valor de resistênciade, aproximadamente, 20 Ohms é escolhido, tipicamente.
Nessa disposição, a ferramenta se torna muito sensível à corren-te axial que poderia ser induzida pelo transmissor do arranjo no seguintelaço: "alojamento de topo - tubo de passagem encurtado - alojamento defundo - BCS". A magnitude da corrente será proporcional ao deslocamentodas bobinas do arranjo de seu alinhamento longitudinal e valor do resistor do simulador.
Para equilibrar o arranjo, sua bobina de transmissor pode sermovida no plano paralelo ao solo. Esse movimento da bobina é realizado atéque o mínimo absoluto na leitura do arranjo seja alcançado. Com o ajuste, aarmação da bobina do transmissor é fixada no interior do mandril com osconjuntos de parafusos não condutores e/ ou com epóxi. O encurtamento doisolador entre o alojamento superior e o mandril é feito para aumentar signi-ficativamente a magnitude da corrente axial neste procedimento de teste e,portanto, aumentar a precisão de equilíbrio. Um posicionamento similar podeser feito na direção vertical. Como discutido abaixo, a ferramenta é maissensível ao posicionamento errado na direção vertical do que na direção ho-rizontal. Parafusos de posicionamento adequados podem ser proporciona-dos na ferramenta de perfilagem para realizar esse movimento.
Após o primeiro arranjo horizontal ter sido ajustado, a ferramentaé girada em torno do seu eixo geométrico e procedimento similar é realizadocom o arranjo horizontal seguinte. De um modo geral, o instrumento poderiater uma pluralidade de arranjos transversais e inclinados, de modo que sin-tonização similar poderia ser desenvolvida para cada sensor. Após o equilí-brio de todos os arranjos ter sido completado, o curto de isolamento de fer-ramenta é removido e o mandril é coberto com a luva de pressão não condu-tora.
A calibração de coeficiente de transferência é feita após o ins-trumento ser posicionado no ambiente de calibração de baixa condutividadee inserido no interior do calibrador. O princípio da calibração fica na introdu-ção de uma certa carga magnética para calibração de arranjo, de modo quesuas leituras de sinais são idênticas aos valores a serem lidos durante a per-filagem de uma formação homogênea. Isso é feito com o uso de um calibra-dor cujos parâmetros eletromagnéticos e acoplamento com a ferramenta sãoprecisamente conhecidos. Usando o calibrador, o carregamento da ferra-menta é obtido pela conexão de certa impedância ao terminal de laço decalibrador normalmente aberto. Desse modo, o laço aberto apresenta umaformação infinitamente resistiva. Inversamente, pelo corte, formação quaseinfinitamente condutora é apresentada. Portanto, qualquer valor da conduti-vidade de formação corresponde ao seu valor único da carga de laço de ca-libração.
A aquisição do sinal de calibração é feita, tipicamente, no modo"carga de calibração conectada - desconectada". Essa diferença na leiturada ferramenta indica quanto a tensão de saída da ferramenta oscila quandoa condutividade da formação muda de 0 para o valor calibrado. Para realizara calibração, o arranjo da ferramenta pode ser orientado normal ao solo, vis-to que isso leva a mais consistência nas medições e, aparentemente, tornaseus arranjos transversais menos sensíveis à quaisquer correntes de ruídoque possam estar circulando na superfície da Terra, no lugar da medição(maquinaria, estações de rádio, etc.).
Após o coeficiente de transferência de ferramenta ter sido de-terminado, as leituras da ferramenta, enquanto o laço de calibrador não estácarregado, refletem a condutividade ambiental e, em particular, a condutivi-dade do solo. Esses dados têm que ser conhecidos e armazenados paraposterior processamento.
A última etapa na calibração é a verificação da simetria e da i-munidade da ferramenta às correntes axiais. A simetria global da ferramentasupõe que o mesmo arranjo lê os mesmos valores da condutividade do "so-lo" ou ambiental, enquanto sua direção de medição aponta para o solo ou dosolo. Com essas finalidades, a ferramenta é girada em torno do eixo geomé-tricô longitudinal em 180Q. A ausência dessa "sensitividade de direção" indi-cará funcionamento normal da ferramenta e assegurará a respectiva simetri-a, durante operação no furo de poço.
Para verificação da supressão de correntes axiais - um teste deBCS modificado por ser processado com o curto removido na passagem.
Desse modo, a conexão e a desconexão do BCS à ferramenta resultarão emdiferença mínima absoluta nas leituras que indicarão a operação adequadano poço, sem deslocamento dependente da formação nos dados da ferra-menta. Esse teste de BCS modificado poderia ser executado como descritoou, para reduzir o tempo de calibração, realizado logo após o coeficiente detransferência ser determinado.
Voltando agora à figura 5, uma disposição do laço de alinhamen-to é discutida. Nela está mostrado um laço de alinhamento 501, circundandoum arranjo caracterizado pela bobina de transmissor 504 dirigida ao longode uma direção de X (Tx) e a bobina de receptor 508 dirigida ao longo dadireção de X (Rx). A bobina de neutralização Bx 506 também é mostrada.Esse arranjo é denotado XX, usando uma nomenclatura em que a primeiraletra significa a direção de orientação da bobina de transmissor e a últimaletra significa a direção de orientação da bobina de receptor. Essa nomen-clatura, em geral, é usada aqui. Os arranjos XX e XY na ferramenta de múl-tiplos componentes são alinhados, idealmente, em 90e um do outro. Quandoesse alinhamento não é satisfeito, as respostas dos componentes transver-sais (XY, XX) são afetadas por parte da leitura do componente principal rela-cionado. O método de medição de alinhamento da presente invenção é ba-seado na análise da saída do sistema de componentes transversais, quandoa ferramenta é girada no interior de um laço de alinhamento.
O laço e alinhamento 501 é um laço estacionário, ficando demodo que o eixo geométrico longitudinal do laço e o eixo geométrico longitu-dinal da ferramenta de perfilagem de poço fiquem substancialmente alinha-dos. Suas dimensões são tais que se obtenha acoplamento indutivo subs-tancial com o transmissor, bem como com o receptor de ambos os arranjosXX e XY. Um aspecto importante da presente invenção é que nenhuma por-ção da bobina de transmissor ou de receptor se estende além do laço. Issoestá em contraste com os dispositivos da técnica anterior em que essa con-dição não é satisfeita. Quando essa condição não é satisfeita, a calibraçãoresultante é sensível à posição do laço de calibração em relação às bobinasdo transmissor e do receptor e, portanto, suspeita. A disposição mostrada nafigura 5 usa um laço único de calibração onde essa condição é satisfeita. Olaço único de calibração circunda axialmente a bobina de transmissor e abobina de receptor. Uma análise detalhada dos sinais é dada mais tardeneste documento. A ferramenta de perfilagem é suportada dentro do laço dealinhamento por suporte adequado (não mostrado) que tem a capacidade degirar a ferramenta de perfilagem em torno de seu eixo geométrico através deângulos conhecidos.
A figura 6 ilustra um conjunto de alinhamento de laço utilizávelpara alinhamento de arranjos ZZ em um dispositivo de testagem. O trans-missor TZ 601, a bobina de neutralização BZ 603 e o receptor RZ 605 sãodispostos ao longo do tubo de passagem 615 e têm um eixo geométrico lon-gitudinal comum. O laço de alinhamento 610 é substancialmente co-axialcom o receptor RZ 605 e substrato centralizado em RZ. Como com a dispo-sição da figura 5, a bobina de receptor é circundada axialmente pelo laço decalibração 610.
A calibração de arranjo de componentes transversais é discutidaa seguir. A figura 7 ilustra uma modalidade para calibração de um arranjo XYusando um caixa de calibração. Essa funciona da mesma maneira que olaço de calibração e pode ser considerada ser uma. O transmissor 701 e abobina de neutralização 703 são dispostos ao longo do tubo de passagemorientado para produzir um momento magnético em uma direção de X. Oreceptor 705 é disposto ao longo do mesmo tubo de passagem, tendo umaorientação de modo a receber componentes de um momento magnético ema é disposto ao longo do mesmo tubo de passagem tendo uma orientaçãode modo a receber componente de um momento magnético em uma direçãode Υ. O laço de alinhamento 710 é disposto em um ângulo de 45e de modo aser orientado a meio caminho entre a direção -X e a direção -Y. Para simpli-ficar a ilustração, a caixa foi representada sem mostrá-la como se estenden-do além das bobinas de transmissor e de receptor.
Aqueles habilitados na técnica reconhecerão que o laço de ali-nhamento, mostrado nas figuras 5 e 7, será volumoso e possivelmente difícilde gerenciar de acordo com as condições do campo. Uma modalidade dapresente invenção que direciona esse problema é discutida a seguir. A figura8 ilustra uma modalidade alternativa para alinhamento de um arranjo de XY.
O laço de alinhamento 815 está localizado em TX 801 e o laço de alinha-mento 810 é posicionado no receptor de componentes transversais de RXY805. Ambos os laços de alinhamento são orientados ao longo da mesmadireção que seus respectivos transmissor/ receptor. Um fio 820 acopla eletri-camente o laço de alinhamento 810 e o laço de alinhamento 815. Os laçosindividuais 810 e 815 são mais fáceis de manipular do que uma única caixagrande e, pelo uso da conexão elétrica 820, são funcionalmente equivalen-tes à caixa 501 da figura 5. Na configuração da figura 8, o laço 815 circunda,axialmente, a bobina de transmissor 801 e o laço 810 circunda, axialmente,a bobina de receptor.
A figura 9 ilustra uma montagem para orientação do arranjo decomponente transversal de XZ. O transmissor TX 901 e a bobina de neutra-lização BX 903 são dispostos o longo do tubo de passagem orientado demodo a produzir um momento magnético ao longo de uma direção -X. Oreceptor RZ 905 é disposto ao longo do tubo de passagem e orientado demodo a ser receptivo aos componentes -Z de momentos magnéticos. O laçode alinhamento 920 pode ser posicionado centralmente entre o transmissor-X principal 901 e o receptor de componente transversal -Z 905 e inclinado45° com relação ao eixo geométrico longitudinal 910. O conjunto da figura 8mostra pequenos sinais durante a calibração do arranjo XZ. Esse sinal tendea mostrar uma alta sensitividade ao ângulo.
A figura 10 ilustra uma modalidade alternativa para alinhamentodo arranjo de componente transversal XZ. Como no aparelho mostrado nafigura 8, dois laços são usados. O transmissor TX 1001 e a bobina de neu-tralização BX 1003 são dispostos ao longo do tubo de passagem orientadode modo a produzir um momento magnético ao longo de uma direção -X. Oreceptor RZ 1005 é disposto ao longo do tubo de passagem, orientado demodo a ser receptivo aos componentes -Z de momentos magnéticos. O laçode alinhamento 1010 é centralizado no transmissor TX 1001 e o laço de ali-nhamento 1015 é coaxial com o receptor RZ 1005. Um fio 1020 acopla, ele-tricamente, o laço de alinhamento 1010 e o laço de alinhamento 1015. Emcontraste com o conjunto da figura 0, a calibração usando dois dispositivosde alinhamento mostra um grande sinal para a calibração do arranjo XZ.A seguir, discutimos em detalhes o uso do laço de alinhamentopara estabelecimento da orientação da bobina. Quando do exame de umarranjo de componentes transversais, a resposta de XY ou YX, obtida pelarotação da ferramenta no interior do laço de alinhamento, tem um cruzamen-to zero, cada vez que uma bobina de transmissor ou de receptor fica per-pendicular ao plano do laço. Qualquer que seja a bobina (transmissor oureceptor), ela é substancialmente alinhada com o laço (encerrado no mesmoplano) experimenta um acoplamento máximo com o laço de alinhamento.Quando a posição da bobina alinhada é variada em torno do ponto de ali-nhamento com o laço de alinhamento, a resposta de acoplamento entre elespassa por uma ligeira mudança correspondente à variação. A bobina nãoalinhada experimenta um acoplamento mínimo com o laço de alinhamento.Quando a posição da bobina não alinhada é variada em torno de seu pontode acoplamento mínimo, o acoplamento experimenta uma mudança abrup-ta;. O acoplamento se torna zero quando a bobina não alinhada obtém per-pendicularidade com o laço de alinhamento. Um praticante na técnica reco-nhecerá que os cruzamentos zero da resposta de acoplamento são significa-tivamente afetados pela bobina que está em ângulo reto ao laço de alinha-mento, independente de se a bobina perpendicular é um receptor ou umtransmissor. A bobina substancialmente alinhada representa um papel pe-queno, ou nenhum, na produção de um cruzamento zero. O ângulo entrecruzamentos zero sucessivos, assim, representa um ângulo de alinhamentoentre as duas bobinas relacionadas.
Matematicamente, o acoplamento indutivo entre duas bobinasparece uma função de co-seno do ângulo entre elas. Desse modo, o sistemade resposta de acoplamento de bobinas feito por um sistema alinhado decomponentes transversais e um laço de alinhamento é dado pela seguinteexpressão:
<formula>formula see original document page 17</formula>
Aplicando identidades trigonométricas, a Eq. (1) pode ser simplificada paraΚ·(φ) = K · CGs(^)- sín($í), (2).e uma vez que
<formula>formula see original document page 18</formula>
segue-se que
<formula>formula see original document page 18</formula>
A eq. (4) ilustra que há dois ciclos de variação para cada ciclo derotação de ferramenta.
Considerando um ângulo de desalinhamento β entre o transmis-sor e o receptor, a função de resposta pode agora ser expressa como:
<formula>formula see original document page 18</formula>
onde cada função de co-seno caracteriza a resposta das bobinas de compo-nentes transversais individuais. É fácil ver que
<formula>formula see original document page 18</formula>
Quando
<formula>formula see original document page 18</formula>
ou quando
<formula>formula see original document page 18</formula>
De acordo com a Eq. (7), o ângulo entre sucessivos cruzamen-tos zero representa o ângulo de alinhamento entre as bobinas de componen-tes transversais. Uma abordagem gráfica intuitiva pode, portanto, ser usadopara medir o ângulo de desalinhamento entre o transmissor e o receptor.
Alternativamente, o ângulo de desalinhamento pode ser obtidosimplesmente pelo uso de uma função de regressão trigonométrica para a-nalisar a resposta do sistema. Aplicando identidades trigonométricas à Eq.(5), a resposta do sistema de desalinhamento pode ser escrita como<formula>formula see original document page 19</formula>
A última expressão na eq. (8) indica que uma representação grá-fica da resposta de acoplamento do sistema de componentes transversaisdesalinhados parece uma função senoidal. O período desse sinusóide iguala180- e tem deslocamentos na abscissa e na ordenada. O deslocamento naabscissa é β e o deslocamento na ordenada é (K/2)sen(fi). Também, a res-posta do acoplamento é da forma A sen(x + B) + C, onde A = K/2, B= fie C= (K/2)(sen(P). O coeficiente B obtido com esse ajuste representa o ângulode desalinhamento. A resposta de componente cruzado pode, assim, serencaixada nessa curva.
A sensitividade ao possível deslocamento ao longo do eixo ge-ométrico longitudinal da ferramenta ou verticalmente pode ser analisada pormudanças no produto M = MT-cMc, onde MR.cé a indutância mútua entre asbobinas de transmissor e de alinhamento e Mfí.c é a indutância mútua entreas bobinas de alinhamento e do receptor. As medições mostram que há, tipi-camente, em geral, uma flexibilidade de 1" no posicionamento horizontal ecerca da metade daquela quantidade em posicionamento vertical sem afetar,substancialmente a resposta de indução.
Para posicionar adequadamente os arranjos, a bobina de trans-missor de um arranjo é movida na direção normal ao solo. Esse movimentoda bobina é realizado até que um mínimo absoluto na resposta de acopla-mento seja determinada. Com o ajuste, a armação de bobina de transmissoré fixada no interior do mandril. Após o primeiro arranjo horizontal ter sidoajustado, a ferramenta é girada em seu eixo geométrico e um procedimentosimilar é realizado com o outro arranjo horizontal. Em geral, ajuste similarpode ser desenvolvido para um instrumento tendo uma pluralidade de arran-jos transversais e inclinados. Após o equilíbrio de todos os arranjos ter sidoobtido, o curto de isolamento de ferramenta é removido e o mandril é cobertocom a luva de pressão não condutora.Uma verificação final da consistência do equilíbrio e da calibra-ção da bobina é feita. A calibração de um coeficiente de transferência é rea-lizada uma vez que o instrumento é inserido no interior do calibrador no am-biente de calibração de baixa condutividade. Uma carga magnética é intro-duzida, adequada para calibrar o arranjo, de modo que suas leituras de si-nais são idênticas aos valores a serem lidos durante a perfilagem de umaformação homogênea. A carga magnética é introduzida usando o calibradorreferenciado acima, usando parâmetros eletromagnéticos e parâmetros deacoplamento conhecidos. O carregamento da ferramenta pode ser obtido pormeiò da conexão de impedância selecionada ao terminal de um laço nor-malmente aberto. Desse modo, o laço aberto representa uma formação infi-nitamente resistiva. Uma vez encurtado, o laço fechado representa uma for-mação quase infinitamente condutora (limitada apenas por impedância inter-na dos fios do laço de calibrador). Portanto, uma carga de laço de calibraçãopode ser escolhida efetivamente representando uns dados valores de condu-tividade de formação.
Implícito no controle e no processamento dos dados está o usode um programa de computador em um meio legível em máquina adequadoque permite ao processador realizar o controle e o processamento. O meiolegível em máquina pode incluir ROMs, EPROMs, EEPROMs, memóriasFlash e discos óticos.
Embora a divulgação precedente seja dirigida às modalidadespreferidas da invenção, várias modificações serão evidentes para aqueleshabilitados na técnica. É pretendido que todas as variações dentro do esco-po e do espírito das reivindicações anexas sejam envolvidas pela exposiçãoprecedente.
As definições a seguir são úteis na compreensão do escopo dainvenção:
alinhamento: o posicionamento ou estado adequado de ajustede partes em relação uma à outra;
calibrar: padronizar pela determinação do desvio de um padrãode modo a determinar os fatores de correção apropriados;bobina: uma ou mais voltas, possivelmente circulares ou cilíndri-cas, de um condutor portador de corrente, capaz de produzir um campomagnético;
EAROM: ROM eletricamente alterável;
circundar: envolver completamente;
EPROM: ROM programável apagável;
memória fiash: uma memória não volátil que pode ser reescrita ;meio legível em máquina: alguma coisa em que a informaçãopode ser armazenada em uma forma que pode ser compreendida por umcomputador ou um processador;
desalinhamento: a condição de estar fora de linha ou ajustadoimpropriamente;
disco ótico: um meio em forma de disco em que métodos óticossão usados para armazenamento e recuperação de informação;
posicionar: um ato de colocar ou dispor; o ponto ou área ocupa-da por um objeto físico;
quadratura: 909 fora de fase; eROM: memória para leitura somente.
Claims (16)
1. Aparelho para avaliar uma ferramenta de perfilagem de indu-ção para uso em um furo de sondagem, a ferramenta de perfilagem compre-endendo:a) uma fonte de corrente que ativa uma bobina de transmissorna ferramenta de perfilagem de indução; eb) uma bobina de receptor espaçada axialmente da bobina detransmissor, a bobina de receptor produzindo um sinal em resposta à ativa-ção da bobina de transmissor; ec) pelo menos um laço de condução circundando axialmente pe-lo menos um de (A) bobina de transmissor e (B) bobina de receptor; em queo sinal é indicativo de um ângulo de desalinhamento entre a bobina de trans-missor e a bobina de receptor.
2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, em que o pelomenos um laço de condução compreende um laço de condução único cir-cundando axialmente a bobina de transmissor e ã bobina de receptor.
3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, em que o pelomenos um laço de condução compreende um primeiro laço de conduçãocircundando axialmente a bobina de transmissor e um segundo laço de con-dução conectado eletricamente ao primeiro laço, o segundo laço de condu-ção circundando axialmente a bobina de receptor.
4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, em que a bobinade transmissor tem um eixo geométrico que é um de (i) paralelo a um eixogeométrico longitudinal da ferramenta de perfilagem e (ii) substancialmenteortogonal a um eixo geométrico longitudinal da ferramenta de perfilagem.
5. <claim missing in the original page>
6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, ainda compreen-dendo:(i) um suporte que gira a ferramenta de perfilagem através deuma pluralidade de ângulos, o transmissor sendo ativado em cada um dapluralidade de ângulos rotacionais; e(ii) um processador que estima dos sinais em cada um da plura-lidade de ângulos rotacionais o ângulo de desalinhamento.
7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, em que o proces-sador determina o ângulo de desalinhamento pelo menos em parte pelo usode uma relação da forma: <formula>formula see original document page 23</formula> onde K é um fator de ganho, θ é um ângulo entre uma das bobinas e umplano definido por pelo menos um laço de condução e β é o ângulo de desa-linhamento
8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, em que o proces-sador determina o ângulo de desalinhamento com base na estimativa de umângulo rotacional em que o sinal é substancialmente zero.
9. Método de avaliação de uma ferramenta de perfilagem de in-dução para uso em um furo de sondagem , o método compreendendo:a) ativação de uma bobina de transmissor na ferramenta de per-filagem de indução;b) uso de uma bobina de receptor para proporcionar um sinal emresposta à ativação da bobina de transmissor;c) estimativa, a partir do sinal, de um ângulo de desalinhamentoentre a bobina de transmissor e a bobina de receptor; ed) posicionamento da ferramenta de perfilagem durante a ativa-ção da bobina de transmissor com pelo menos um laço de condução circun-dando axialmente pelo menos uma de (A) bobina de transmissor; e (B) bobi-na de receptor.
10. Método, de acordo com a reivindicação 9, em que o posicio-namento da ferramenta de perfilagem ainda compreende o uso de um únicolaço de condução para circundar, axialmente, a bobina de transmissor e abobina de receptor.
11. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o posicio-namento da ferramenta de perfilagem ainda compreende:(i) uso de um primeiro laço de condução para circundar axial-mente a bobina de transmissor; e(ii) uso de um segundo laço de condução conectado eletrica-mente ao primeiro laço de condução para circundar axialmente a bobina dereceptor.
12. Método, de acordo com a reivindicação 9, em que a bobinade transmissor tem um eixo geométrico que é um de (i) paralelo a um eixogeométrico longitudinal da ferramenta de perfilagem; e (ii) substancialmenteortogonal a um eixo geométrico longitudinal da ferramenta de perfilagem.
13. Método, de acordo com a reivindicação 9, em que a bobinade receptor tem um eixo geométrico que é um de (i) paralelo a um eixo geo-métrico longitudinal da ferramenta de perfilagem e (ii) substancialmente or-togonal a um eixo geométrico longitudinal da ferramenta de perfilagem.
14. Método, de acordo com a reivindicação 9, ainda compreen-dendo: rotação da ferramenta de perfilagem através de uma pluralidade deângulos, o transmissor sendo ativado em cada um da pluralidade de ângulosrotacionais, em que a estimativa do ângulo de desalinhamento ainda com-preende o uso de sinais em cada um da pluralidade de ângulos rotacionais.
15. Método, de acordo com a reivindicação 14, em que a deter-minação do desalinhamento ainda compreende o uso de uma relação daforma:<formula>formula see original document page 24</formula>Onde K é um fator de ganho, θ é um ângulo entre uma das bobi-nas e um plano definido por pelo menos um laço de condução e β é o ângulode desalinhamento.
16. Método, de acordo com a reivindicação 14, em que o ângulode desalinhamento ainda compreende a estimativa de um ângulo rotacionalem que o sinal e substancialmente zero.
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