BRPI0709650A2 - método para controlar direção de perfuração, e, ferramenta para guiar um aparelho de perfuração de furo abaixo - Google Patents

Abstract

MéTODO PARA CONTROLAR DIREçãO DE PERFURAçãO, E, FERRAMENTA PARA GUIAR UM APARELHO DE PERFURAçãO DE FURO ABAIXO. Um método e sistema controlar a direção de perfuração usando leituras de resistividade sensíveis direcionalmente. Pelo menos algumas das concretizações ilustrativas são métodos incluindo transmitir uma onda eletromagnética de interrogação de uma ferramenta em um furo de sondagem em uma formação cercando o furo de sondagem, receber uma primeira onda eletromagnética responsiva da formação por uma primeira antena receptora tendo um padrão de sensibilidade com um lóbulo primário único, determinar proximidade de um limite de leito usando a primeira onda eletromagnética responsiva, e controlar a direção de perfuração baseado na proximidade do limite de leito.

Description

"MÉTODO PARA CONTROLAR DIREÇÃO DE PERFURAÇÃO, E,FERRAMENTA PARA GUIAR UM APARELHO DE PERFURAÇÃO DEFURO ABAIXO"

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

Este pedido é uma continuação em parte de Pedido número desérie 11/243.131 depositado em 4 de outubro de 2005, intitulado "RuggedizedMultilayer Printed Circuit Board Based Downhole Antenna", que é umacontinuação de Pedido número de série 10/254.184 depositado em 25 desetembro de 2002, também intitulado "Ruggedized Multilayer Printed CircuitBoard Based Downhole Antenna". Cada um destes pedidos está incorporadopor referência aqui como se reproduzidos por completo abaixo.

FUNDAMENTO

Na técnica de perfuração direcional para hidrocarbonetos ébenéfico manter o furo de sondagem na zona geológica capaz de produzir oshidrocarbonetos, também conhecida como a "zona útil". A zona útil pode,porém, ser só alguns pés de espessura e ainda vários milhares de pés dasuperfície. Enquanto a pessoa na função de perfurar pode ter controledirecional da coluna de perfuração, o controle direcional é limitado a nomáximo um único grau de mudança direcional. Portanto, correções de cursopara manter o furo de sondagem dentro da zona útil podem levar muitascentenas de pés. Qualquer mecanismo que ajuda ao perfurador a entrar nazona útil e/ou manter o furo de sondagem dentro da zona útil seria benéfico.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Para uma descrição detalhada das concretizações preferidas dainvenção, referência será feita agora aos desenhos acompanhantes, em que:

Figura 1 ilustra um sistema de perfuração;

Figura 2 ilustra em maior detalhe uma porção da montagem defuro de fundo;

Figura 3 ilustra uma ferramenta de furo abaixo;Figura 4A ilustra uma vista de perspectiva de uma antenabaseada em PCB; Figura 4B ilustra uma vista de perspectiva de uma antenabaseada em PCB;

Figura 5 ilustra uma vista de perspectiva explodida da antenabaseada em PCB;

Figura 6 ilustra concretizações alternativas de uma ferramenta;

Figura 7 A ilustra um padrão de radiação/sensibilidade parauma antena;

Figura 7B ilustra um padrão de radiação/sensibilidade parauma antena;

Figura 8 ilustra concretizações alternativas de uma ferramenta;

Figura 9 adicionalmente ilustra as concretizações alternativasda Figura 8;

Figura 10 ilustra uma montagem de tampa; e

Figura 11 ilustra um método.

NOTAÇÃO E NOMENCLATURA

Certos termos são usados ao longo da descrição seguinte ereivindicações para se referir a componentes de sistema particulares. Estedocumento não pretende distinguir entre componentes que diferem em nome,mas não função.

Na discussão seguinte e nas reivindicações, os termos"incluindo" e "compreendendo" são usados em um modo em aberto, e assimdeveriam ser interpretados significar "incluindo, mas não limitado a...".Também, o termo "acoplam" ou "acopla" é pretendido significar tanto umaconexão indireta ou direta. Assim, se um primeiro dispositivo acoplar a umsegundo dispositivo, essa conexão pode ser por uma conexão mecânica ouelétrica direta (como o contexto sugere), ou por uma conexão mecânica ouelétrica indireta por outros dispositivos e conexões.

DESCRIÇÃO DETALHADAFigura 1 ilustra um sistema de perfuração. Em particular, osistema de perfuração inclui um equipamento de perfuração 10 na superfície12, suportando uma coluna de perfuração 14. Em algumas concretizações, acoluna de perfuração 14 é uma montagem de seções de tubo de broca que sãoconectadas ponta a ponta por uma plataforma de trabalho 16. Emconcretizações alternativas, a coluna de perfuração inclui tubulação espiraladaem lugar de tubos de broca individuais. Uma broca de perfuração 18 acopla àextremidade inferior da coluna de perfuração 14, e por operações deperfuração, a broca de perfuração 18 cria um furo de sondagem 20 porformações de terra 22 e 24. A coluna de perfuração 14 tem em suaextremidade inferior uma montagem de furo de fundo (BHA) 26, que inclui abroca de perfuração 18, uma ferramenta de registro 30 construída em seção decolar 32, sensores direcionais localizados em um instrumento não magnético34, um controlador de furo abaixo 40, um transmissor de telemetria 42, e emalgumas concretizações, um motor de furo abaixo 28.

Fluido de perfuração é bombeado de um fosso 36 na superfíciepela linha 38, na coluna de perfuração 14 e à broca de perfuração 18. Depoisde fluir fora pela face da broca de perfuração 18, o fluido de perfuração seeleva de volta à superfície pela área anular entre a coluna de perfuração 14 e ofuro de sondagem 20. Na superfície, o fluido de perfuração é coletado eretornado ao fosso 36 para filtragem. O fluido de perfuração é usado paralubrificar e esfriar a broca de perfuração 18 e remover pedaços cortados dofuro de sondagem 20.

O controlador de furo abaixo 40 controla a operação detransmissor de telemetria 42 e coordena a operação de componentes de furoabaixo. O controlador processa dados recebidos da ferramenta de registro 30e/ou sensores no instrumento 34 e produz sinais codificados para transmissãoà superfície pelo transmissor de telemetria 42. Em algumas concretizações,telemetria é na forma de pulsos de lama dentro da coluna de perfuração 14, equais pulsos de lama são detectados na superfície por um receptor de pulso delama 44. Outros sistemas de telemetria podem ser usados equivalentemente.

Figura 2 ilustra em maior detalhe uma porção da montagem defuro de fundo 26 criando um furo de sondagem 20 dentro de formação deterra 24. Para propósitos de explicação, assuma que a formação de terra 24 é azona útil na qual o perfurador gostaria de manter o furo de sondagem. Comoilustrado na Figura 2, o furo de sondagem 20 está chegando ao limite de leitogeológico entre a formação de terra 22 e formação de terra 24. De acordo comconcretizações da invenção, a ferramenta 30 ajuda a operação de perfuraçãotomando leituras de resistividade sensíveis azimutalmente ou direcionalmenteda formação próxima ao furo de sondagem. Por uma ou ambas de tomarleituras de resistividade sensíveis direcionalmente com o passar do tempo,e/ou tomar leituras de resistividade sensíveis direcionalmente a múltiplasprofundidades de investigação, a ferramenta pode alertar o perfurador controlando a direção de perfuração (ou para isso um sistema automatizadoonde correções para direção são feitas por hardware e software de furoabaixo) da proximidade do limite de leito de forma que ação corretiva possaser tomada.

Determinar a proximidade do limite de leito podem levarmuitas formas. Em algumas concretizações, um sistema global que sentedirecionalmente resistividade em só uma direção radial (relativa à coluna deperfuração 14) é empregado, e baseado em rotação do coluna de perfuração14, resistividade sensível azimutalmente cercando o furo de sondagem 20 édeterminada. Correlatando as leituras de resistividade com uma indicação deângulo rotacional (por exemplo, de uma válvula de fluxo, magnetômetro,acelerômetro, ou giroscópio), e comparando leituras de resistividade em ladosopostos do furo de sondagem (180 graus à parte), a proximidade do limite deleito pode ser determinada. Em concretizações em que múltiplasprofundidades radiais são sondadas, a comparação também pode ser entreprofundidades radiais comparáveis. Em concretizações alternativas, aferramenta 30 tem uma pluralidade de antenas receptoras sensíveisdirecionalmente (discutido mais completamente abaixo), tal que leituras deresistividade em lados opostos do furo de sondagem 20 sejam tomadassubstancialmente simultaneamente. Estas concretizações são úteis não sóquando a coluna de perfuração 14 está girando, mas também em situaçõesonde a coluna de perfuração não está girando (por exemplo, onde um motorde lama de furo abaixo é usado como a força rotacional de acionamento para abroca de perfuração). Correlatando as leituras de lados opostos da ferramenta30 com uma indicação de ângulo rotacional, e comparando as leituras deresistividade, a proximidade do limite de leito pode ser determinada.

Semelhantemente, para as concretizações sentindo resistividade em só umadireção radial como discutido acima, se múltiplas profundidades radiais foremsondadas, as comparações podem ser das múltiplas profundidades radiais.

Indiferente da concretização física da ferramenta 30,comparações podem ser feitas tomando relações de leituras de resistividadeem lados opostos da ferramenta, ou tomando diferenças das leituras deresistividade em lados opostos da ferramenta. Em concretizações aindaadicionais, onde múltiplas profundidades radiais são sondadas, comparações aleituras em lados opostos da ferramenta podem não ser precisadas, e ao invésa comparação poderia ser entre profundidades radiais diferentes no mesmolado da ferramenta.

Figura 3 mostra a ferramenta 30 de acordo com algumasconcretizações da invenção. Componentes elétricos da ferramenta 30,enquanto dispostos dentro da ferramenta 30 ou dentro de porções damontagem de furo de fundo 26 próximo à ferramenta 30, são mostrados aolado da ferramenta para clareza da figura. Em particular, a ferramenta 30 deacordo com estas concretizações inclui uma antena transmissora 300 dispostaem uma superfície exterior da ferramenta 30, onde a antena transmissoracircunscreve o corpo de ferramenta 302. Uma antena transmissoracircunscrevendo o corpo de ferramenta 302 da maneira ilustrada na Figura 3produz uma onda eletromagnética onidirecional. Onidirecional nestaespecificação, e nas reivindicações, significa que a onda eletromagnéticaproduzida se propaga longe do corpo de ferramenta 302 em substancialmentetodas as direções radiais igualmente, e abrange situações onde um eixo daantena 300 e o eixo do corpo de ferramenta 302 não são paralelos. Declaradode outra maneira, o padrão de radiação para antena 300 se estende para forasubstancialmente em todas as direções radiais.

Ferramenta 30 adicionalmente inclui uma ou mais antenasreceptoras 306 configuradas para serem sensíveis direcionalmente, com asantenas receptoras 306 a uma primeira elevação axial que é espaçada à parteda elevação axial da antena transmissora 300. Concretizações específicas deantenas receptoras são discutidas abaixo. Figura 3 mostra três antenasreceptoras 306 (com uma quarta assumida, mas não visível). Tão poucasquanto uma antena receptora 306 pode ser usada, e em algumasconcretizações, oito antenas receptoras são usadas, com o número máximo deantenas receptoras 306 constrangido só por considerações de espaço no corpode ferramenta 302. Ferramenta 30 adicionalmente inclui um segundo conjuntode antenas receptoras 308 também configuradas para serem sensíveisdirecionalmente, com as antenas receptoras 308 a uma segunda elevação axialque é espaçada à parte da elevação axial da antena transmissora 300. Figura 3mostra três antenas receptoras 308 (com uma quarta assumida, mas nãovisível). Aqui também tão poucas quanto uma antena receptora 308 pode serusada, e em algumas concretizações oito antenas receptoras são usadas, onúmero máximo de antenas receptoras 308 constrangido só por consideraçõesde espaço no corpo de ferramenta 302.

De acordo com as concretizações ilustradas na Figura 3, aantena transmissora emite uma onda eletromagnética onidirecional que sepropaga na formação cercando o furo de sondagem, qual ondaeletromagnética pode ser chamada uma onda eletromagnética de interrogação.A onda eletromagnética de interrogação tanto se propaga a cada receptor, e/ouinduz outra onda eletromagnética que se propaga a cada receptor, com asondas eletromagnéticas nos receptores chamadas ondas eletromagnéticasresponsivas. A diferença em amplitude entre ondas eletromagnéticasresponsivas recebidas na mesma posição radial, mas receptores a elevaçõesaxiais diferentes, e/ou a diferença de fase entre as ondas eletromagnéticasresponsivas nos receptores é indicativa da resistividade (inverso decondutividade) a uma profundidade radial particular de investigação. Aprofundidade radial de investigação é uma função do espaçamento axial entrea antena transmissora e os receptores, como também da freqüência das ondaseletromagnéticas interrogantes.

Ainda se referindo à Figura 3, a fim de gerar a ondaeletromagnética de interrogação, a eletrônica da ferramenta 30 pode incluirum oscilador 310 que acopla à antena transmissora 300 por meio de umamplificador 312. Em concretizações onde a onda eletromagnética deinterrogação tem múltiplas freqüências, um ou mais osciladores adicionaispodem estar presentes (ilustrados por oscilador 314), que acoplam à antenatransmissora 300 por meio de um misturador 316 e o amplificador 312. Atemporização de gerar os sinais que se tornam a onda eletromagnética deinterrogação, se esses sinais contiverem substancialmente uma únicafreqüência ou múltiplas freqüências, é controlada por um processador 304. Oprocessador 304 pode estar localizado dentro do corpo de ferramenta 302, oudentro de alguma outra porção da montagem furo de fundo 26, tal como ocontrolador de furo abaixo 40 (Figura 1). Os osciladores 310, 314 emisturador 316 podem ser construídos de componentes de circuito individuais(por exemplo, osciladores a cristal, resistores, capacitores, diodos), ou afunção dos componentes dentro de caixa 318 pode ser implementada porprocessamento de sinal digital, tal como software executado pelo processador304 ou um sistema de processamento de sinal digital dedicado.

Ondas eletromagnéticas responsivas recebidas por receptor306C geram um sinal responsivo que acopla a amplificador 320, eadicionalmente acopla a sistemas de detecção 324 e 326. Enquanto doiscircuitos de detecção são mostrados, qualquer número pode ser usado. Cadaum dos receptores pode ter seu próprio amplificador e circuito de detecção,mas componentes duplicados são omitidos assim para não complicarindevidamente a figura. Em algumas concretizações, os circuitos de detecção324 e 326 podem ser construídos de componentes de circuito individuais, eem concretizações alternativas, sinais responsivos produzidos pelas antenasreceptoras podem ser digitalizados e analisados por meio de processamento desinal digital. Semelhantemente para a eletrônica associada com receptores 308ilustrativos, múltiplos circuitos de detecção podem existir um cada para cadareceptor, ou a detecção pode ser feita por meio de técnicas de processamentode sinal digital.

Ainda se referindo à Figura 3, o processador 304 junta dadosdos receptores, e pode correlatar os dados dos receptores com um sinal de umindicador de ângulo rotacional 328, se presente. Em algumas concretizações,o indicador de ângulo rotacional 328 está localizado dentro do corpo deferramenta 302, e em concretizações alternativas, o indicador de ângulorotacional 328 está localizado em outra porção da montagem de furo de fundo26, tal como o instrumento 34 ou controlador de furo abaixo 40. Usando osvários pedaços de dados, o processador 304 produz um sinal de saída 330indicativo da proximidade do limite de leito. Em algumas concretizações, osinal de saída 330 indicativo da proximidade do limite de leito podem ser osdados brutos dos receptores empacotados pelo processador e enviados àsuperfície que usa qualquer forma disponível de telemetria. Na superfície,análise adicional pode ser empreendida, e se precisado, ação corretiva àdireção de perfuração tomada. Em concretizações alternativas, o processador304 pode executar as ações de calcular resistividades, comparar as váriasresistividades, e produzir o sinal de saída 330 indicativo da proximidade dolimite de leito (por exemplo, distância ao limite de leito, distância estimada alimite de leito na trajetória atual, e ângulo de imersão do furo de sondagemrelativo ao limite de leito). Em concretizações onde o sinal de saída 330indica mais diretamente a proximidade do limite de leito, a sinal de saída 330pode ser enviado à superfície e ação corretiva tomada, ou o sinal de saída 330pode acoplar a um dispositivo de furo abaixo, tal como o controlador de furoabaixo 40, que muda automaticamente a direção de perfuração para manter ofuro de sondagem dentro da zona útil.

Retornando agora à implementação da sensibilidade direcionaldas antenas receptoras 306 e 308, Figura 4A mostra uma vista de perspectivade uma antena de núcleo de ferrita baseada em placa de circuito impresso(PCB) que pode ser usada como uma antena receptora de acordo comconcretizações da invenção. Em particular, a antena de núcleo de ferritabaseada em placa de circuito impresso PCB inclui uma placa superior 400 euma placa inferior 402. A placa superior 400 inclui uma pluralidade de trilhaselétricas 404 que atravessam a placa 400 substancialmente paralelas a sualargura ou dimensão curta. Nas concretizações mostradas na Figura 4A, deztais trilhas 404 são mostradas; porém, qualquer número de trilhas pode serusado dependendo do número de espiras desejadas para a antena. Ao términode cada trilha 404 está um furo de contato, por exemplo furos 406A e 406B,que se estendem pela placa superior 404. Como será discutido maiscompletamente abaixo, contato elétrico entre a placa superior 400 e a placainferior 402 acontece preferivelmente pelos furos de contato ao término das trilhas.

Figura 4B mostra uma vista de perspectiva da antena da Figura4A com a placa 402 em uma orientação superior. Semelhante à placa 400, aplaca 402 inclui uma pluralidade de trilhas 408, com cada trilha tendo a suasextremidades um furo de contato, por exemplo furos 41OA e 410B. Diferentede placa 400, porém, as trilhas 408 na placa 402 estão a um ângulo leve.Assim, nestas concretizações, a placa 402 executa uma função de passagemtal que a corrente elétrica viajando em uma das trilhas 404 na placa 400 cruzeatravés da trilha elétrica 408 de placa 402, assim forçando a corrente a fluir napróxima malha do circuito global.

Se referindo um pouco simultaneamente às Figuras 4A e 4B,entre a placa 400 e placa 402 residem uma pluralidade de placasintermediárias 412. A função primária de uma placa intermediária 412 éconter o material de ferrita entre a placa 400 e placa 402, como tambémprover caminhos de condução para as várias espiras de trilhas elétricas aoredor do material de ferrita. Nas vistas de perspectiva das Figuras 4A e 4B, aplaca 402 é comprida com respeito à placa 400, e assim tem uma seçãocomprida 414. Nestas concretizações, a seção comprida 414 de placa 402 tem umapluralidade de contatos elétricos, isto é pontos de contato 416 e 418. Os pontos decontato 416 e 418 são o local onde contato elétrico é feito na antena de núcleo deferrita baseada em placa de circuito impresso PCB. Assim, estes são os locaisonde acoplamento elétrico é feito com os circuitos de detecção (Figura 3).

Figura 5 mostra uma vista de perspectiva explodida da antenade núcleo de ferrita baseada em placa de circuito impresso PCB. Emparticular, Figura 5 mostra a placa 400 e placa 402, com os várioscomponentes acoplados entre as duas placas em vista explodida. Figura 5mostra três placas intermediárias 412A, B e C, e embora qualquer númeropossa ser usado baseado na espessura das placas, a quantidade de material deferrita a ser contido nelas, e se for desejável vedar completamente a ferritadentro das placas. Cada uma das placas intermediárias 412 inclui um furocentral 500, e uma pluralidade de furos de interconexão 502. Como as placasintermediárias 412 são empilhadas, seus furos centrais formam uma cavidadeinterna onde uma pluralidade de elementos de ferrita 504 são colocados. Aplaca intermediária 412 e o material de ferrita 504 são intercalados entre aplaca 400 e a placa 402. Em algumas concretizações, contato elétrico entre astrilhas 404 de placa 400 e as trilhas 408 de placa 402 (não mostrada na Figura5) é feito por uma pluralidade de fios ou pinos de contato 506 e 508. Os pinosde contato 506, 508 se estendem pelos furos de contato 406 na placa superior,os furos 502 nas placas intermediárias, e os furos 410 em placa 402. Ocomprimento dos pinos de contato é ditado pela espessura global da antenabaseada em PCB, e contato elétrico entre os pinos de contato e as trilhas éfeito soldando cada pino à trilha 404 e 408 que cercam o furo de contato peloqual o pino se estende. Em outras concretizações, em lugar de usar os pinosde contato 506 e 508, a antena de núcleo de ferrita baseada em placa decircuito impresso PCB é fabricada de tal modo que solda ou outro materialeletricamente condutivo se estenda entre a placa 400 e a placa 402 pelos furosde conexão para fazer o contato elétrico. Assim, o material eletricamentecondutivo, se solda, pinos de contato, ou outro material, acopla eletricamenteas trilhas nas placas 400 e 402, por esse meio criando uma pluralidade deespiras de caminho eletricamente condutivo ao redor do núcleo de ferrita.

Os materiais usados para construir a placa 400, placa 402, ouqualquer das placas intermediárias 412 podem levar várias formasdependendo do ambiente no qual a antena baseada em PCB é usada. Emambientes severos, onde gamas de temperatura são esperadas excederem 200°C, as placas 400, 402 e 412 são feitas de um material cerâmico reforçado comvidro, e tal material pode ser obtido de Rogers Corporation de Rogers,Connecticut (por exemplo material tendo número de peça R04003). Emaplicações onde a gama de temperatura esperada é menos que 200°C, asplacas 400, 402 e 412 podem ser feitas de material de poliamida reforçadacom vidro (se conformando a IPC-4101, tipo GIL) disponível de fontes comoArlon, Inc. de Bear, Delaware, ou Applied Signal, Inc. Adicionalmente, emalgumas concretizações, o material de ferrita na cavidade central ou internacriada pelas placas intermediárias 412 é um material de alta permeabilidade,preferivelmente Material 77 disponível de Elna Magnetics de Woodstock,Nova Iorque. Como sugerido na Figura 5, o núcleo de ferrita 504 é umapluralidade de material do tipo de barra empilhado; porém, o núcleo de ferritapode ser equivalentemente um único pedaço de material de ferrita, e tambémpode incluir um agrupamento denso de aparas de ferrita, ou similar.

Adicionalmente, Figura 5 mostra como os contatos 416 e 418acoplam eletricamente às trilhas 404 e 410. Em particular, nas concretizaçõesmostradas na Figura 5, o contato elétrico 416 se estende ao longo da dimensãolonga de placa 402, e cerca um furo de contato na extremidade distante. Se ospinos de conexão 506, 508 forem usados, ou se outras técnicas para conectartrilhas em níveis múltiplos de placa de circuito forem usadas, preferivelmentea trilha 416 acopla eletricamente ao enrolamento criado pelas trilhas 404,trilhas 408 e interconexões entre as trilhas. Igualmente, o bloco de conexão418 acopla eletricamente a uma trilha que cerca um furo de contato mais pertono lado oposto da conexão feita para bloco 416. Por técnicas já discutidas, oponto de contato 418 é acoplado eletricamente aos enrolamentos da antena.Embora não mostrado especificamente na Figura 5, o núcleo de ferrita 504está isolado eletricamente das trilhas. Este isolamento pode levar a forma deuma folha isolante, ou alternativamente as trilhas poderiam estar dentro daprópria placa não condutiva 402.

Antes de prosseguir, deve ser entendido que as concretizaçõesmostradas nas Figuras 4 e 5 são meramente exemplares da idéia de usartrilhas sobre uma placa de circuito impresso, como também conexões elétricasentre várias camadas de placa, para formar os enrolamentos ou espiras decaminho de condução elétrica ao redor de um núcleo de ferrita contido nolugar pelas PCBs. Em algumas concretizações, o núcleo de ferrita é vedadodentro da cavidade interna criada pelas placas intermediárias tendo essasplacas intermediárias selo uma a outra. Porém, dependendo do tipo dematerial de ferrita usado, ou o uso proposto da antena (ou ambos), não serianecessário que a placa intermediária sele uma a outra. Ao invés, os pinos deconexão 506 e 508 poderiam suspender uma ou mais placas intermediáriasentre as placas 400, 402 tendo as trilhas elétricas, assim mantendo o materialde ferrita dentro da cavidade definida pelas placas intermediárias, e tambémmantendo o material de ferrita de entrar em contato elétrico com os pinos deconexão. Adicionalmente, as concretizações das Figuras 4 e 5 têm porçãoestendida 414 de placa 402 para prover um local para o acoplamento elétricode fios de sinal. Porém, esta porção estendida 414 não precisa estar presente, eao invés os fios para acoplar eletricamente a antena de núcleo de ferritabaseada em placa de circuito impresso PCB poderiam soldar diretamente alocais apropriados na antena. Adicionalmente ainda, dependendo da aplicaçãoparticular, a própria antena de núcleo de ferrita baseada em placa de circuitoimpresso PCB também pode ser encapsulada em um material protetor, talcomo epóxi, a fim que o material de placa não seja exposto ao ambiente deoperação. Adicionalmente ainda, técnicas existem a partir da escrita destaespecificação para embutir trilhas elétricas dentro de uma placa de circuitoimpresso tal que elas não sejam expostas, diferente de seus contatos elétricos,nas superfícies da placa de circuito impresso, e esta tecnologia tambémpoderia ser utilizada ao criar a placa 400 e placa 402. Além disso,concretizações da antena de núcleo de ferrita baseada em placa de circuitoimpresso PCB tal como aquela mostrada nas Figuras 4 e 5 podem ter umadimensão longa de aproximadamente 8 centímetros, uma largura deaproximadamente 1,5 centímetros e uma altura de aproximadamente 1,5centímetros. Uma antena de núcleo de ferrita baseada em placa de circuitoimpresso PCB tal como aquela mostrada nas Figuras 4 e 5 com estasdimensões pode ser adequada para medições de resistividade de formaçãosensíveis direcionalmente ou azimutalmente. Em situações onde visualizaçãode furo de sondagem é desejada, o tamanho global pode ficar menor, mas umatal construção não parte da extensão e espírito desta invenção.

Figura 6 mostra concretizações alternativas da invenção. Emparticular, Figura 6 mostra concretizações onde, em lugar de usar uma antenade volta como a antena de fonte, uma pluralidade de antenas de núcleo deferrita baseado em placa de circuito impresso PCB são elas mesmas usadaspara gerar as ondas eletromagnéticas interrogantes. Em particular, Figura 6mostra uma ferramenta 30 disposta dentro de um furo de sondagem 20.Nestas concretizações, as ondas eletromagnéticas interrogantes são geradaspor uma pluralidade de antenas de núcleo de ferrita baseada em placa decircuito impresso PCB 600, cuja construção é discutida acima. Embora odesenho exemplar da Figura 6 mostre só três tais antenas 600A, 600B e 600C,qualquer número de antenas pode ser espaçado ao redor da circunferência daferramenta, e é preferido que oito tais antenas sejam usadas. Semelhante àsconcretizações mostradas na Figura 2, as concretizações da Figura 6 incluemuma primeira e segunda pluralidade de antenas receptoras 306 e 308, que emalgumas concretizações são cada uma antena de núcleo de ferrita baseada emplaca de circuito impresso PCB como discutido acima. Na vista deperspectiva da Figura 6, só três tais antenas receptoras 306A, 306B e 306Csão visíveis para a primeira pluralidade, e só três antenas receptoras 308A,308B e 308C são visíveis para a segunda pluralidade; porém, qualquer númerode antenas pode ser usado, e em algumas concretizações, oito tais antenas sãousadas a cada uma da primeira e segunda pluralidades. Operação da ferramenta 30da Figura 6 pode incluir transmitir ondas eletromagnéticas com todas as antenastransmissoras 600 simultaneamente, ou pode incluir alternativamente excitar cadauma das antenas transmissoras 600 seqüencialmente.

Em um modo semelhante àquele descrito com respeito àFigura 2, receber as ondas eletromagnéticas responsivas é realizado com cadaantena receptora individual 306 e 308. Em virtude do espaçamento radial oucircunferencial sobre a ferramenta 30 e que as antenas receptoras 306 e 308 estácada uma colocada dentro de cavidade, inserto ou bolso 310, as ondaseletromagnéticas responsivas são recebidas de direções sensíveis azimutalmente.

Para propósitos de explicação de sensibilidade radial ouazimutal, Figura 6 define um sistemas de coordenada com o eixo Zcorrespondendo ao eixo da ferramenta 30, e o eixo XeY formando um plano,com o eixo Z normal ao plano. Este sistema de coordenadas segue aferramenta 30, tal que se a ferramenta 30 estiver na orientaçãosubstancialmente horizontal da Figura 2, o eixo de Z ainda se alinhe com o eixo de ferramenta 30. Figura 7A mostra uma vista de ferramenta 30 olhandoao longo do eixo Ζ. A área sombreada é ilustrativa do padrão de sensibilidadepara uma antena receptora (por exemplo, uma antena baseada em PCB) dentrode um bolso da ferramenta. Por causa da orientação, o padrão de sensibilidadetem um lóbulo único 700. Igualmente, Figura 7B mostra uma vista de ferramenta 30 olhando ao longo do eixo Υ. A área sombreada na Figura 7B éilustrativa do padrão de sensibilidade para uma antena dentro de um bolso daferramenta. Novamente, por causa da orientação dentro do bolso, o padrão desensibilidade tem lóbulo único 700. Em concretizações tais como aquelas daFigura 6 onde as antenas transmissoras são semelhantes às antenas receptoras,os padrões de sensibilidade das Figuras 7A e 7B também são ilustrativos dopadrão de radiação das antenas transmissoras, e assim estas antenastransmissoras têm substancialmente um único padrão de radiação de lóbulo.Pode haver lóbulos laterais secundários ao padrão de sensibilidade/radiaçãopor causa de reflexão dentro do bolso e interferência causada pelas reflexões,mas estes lóbulos laterais serão 10 dB menos que o lóbulo principal. Assim,para propósitos desta especificação e reivindicações, qualquer padrão desensibilidade/radiação tendo um lóbulo principal e lóbulos laterais 10 dB oumenos que o lóbulo principal é considerado ser sistemas de lóbulo único.

Figura 8 ainda mostra outras concretizações de umaferramenta de resistividade de onda eletromagnética usando as antenas denúcleo de ferrita baseada em placa de circuito impresso PCB como descritoacima. Em particular, Figura 8 mostra a ferramenta 30 disposta dentro de furode sondagem 20. Nas concretizações mostradas na Figura 8, a ferramenta 30inclui uma ou mais aletas estabilizadoras 800A e 800B. Nestasconcretizações, as antenas de núcleo de ferrita baseada em placa de circuitoimpresso PCB são colocadas preferivelmente dentro de insertos ou bolsos daaleta estabilizadora 800 próximo a sua superfície exterior. Em particular, aferramenta pode incluir uma antena de fonte 802 e uma antena receptora 804dispostas dentro da aleta estabilizadora 800A. Operação de uma ferramenta talcomo a ferramenta 30 é semelhante às concretizações prévias visto que a antenade fonte 802 gera uma onda eletromagnética de interrogação, e uma ondaeletromagnética responsiva é recebida pela antena receptora 808. Em virtude dolocal da antena receptora em um lado particular de uma ferramenta 30, a ondaeletromagnética responsiva é recebida em direções sensíveis azimutalmente.

Figura 9 adicionalmente ilustra que as antenas, neste exemploas antenas 802 e 804, podem ser montadas dentro de um rebaixo, inserto oubolso 809 em uma lâmina da ferramenta. Com respeito às Figuras 2 e 6, osbolsos 310 estão no próprio corpo de ferramenta 302. Com respeito à Figura8, os bolsos estão na aleta estabilizadora 800A. Embora as antenas de núcleode ferrita baseada em placa de circuito impresso, se operadas em espaço livre,seriam onidirecionais, por causa do seu tamanho pequeno relativo ao corpo deferramenta, e o fato que elas estão montadas dentro de bolsos, elas se tornamsensíveis direcionalmente como discutido acima. Sensibilidade direcionaladicional pode ser realizada por meio de um arranjo de tampa.

Figura 10 mostra um arranjo de tampa exemplar para cobrir asantenas de núcleo de ferrita baseada em placa de circuito impresso PCB paraalcançar maior diretividade. Em particular, tampa 1000 inclui uma superfícieinterna oca 1002, tendo volume suficiente para cobrir uma antena de núcleode ferrita baseada em placa de circuito impresso PCB. Em uma superfíciedianteira da tampa 1000 há uma abertura 1004. Operação da tampa 1000 emquaisquer das concretizações envolve colocar a tampa 1000 sobre a antena(receptora ou transmissora) dentro da cavidade 112 cobrindo a antena denúcleo de ferrita baseada em placa de circuito impresso PCB, e a abertura1004 exposta a uma superfície exterior da ferramenta. Como para recepção,radiação de onda eletromagnética responsiva, especificamente oscomponentes de campo magnéticos, acessam e então induzem um fluxo decorrente na antena de núcleo de ferrita baseada em placa de circuito impressoPCB dentro da tampa pela abertura 1004. Quanto menor a abertura ao longode sua distância curta, maior a sensibilidade direcional se torna.

Figura 11 ilustra um método de acordo com concretizações dainvenção. Em particular, o método começa (bloco 1100) e prossegue paratransmitir uma onda eletromagnética de interrogação da ferramenta dentro deum coluna de perfuração (bloco 1100). A transmissão é a uma primeiraelevação axial, e a onda eletromagnética de interrogação se propaga naformação cercando o furo de sondagem. A seguir, uma onda eletromagnéticade resposta é recebida (bloco 1108), em algumas concretizações por umaprimeira antena receptora configurada para ter um padrão de radiação delóbulo único. Dos sinais recebidos, uma determinação é feita sobre aproximidade da ferramenta ao limite de leito (bloco 1112). Finalmente, adireção de perfuração é controlada baseada na proximidade da ferramenta aolimite de leito (bloco 1116), e o processo termina (bloco 1120).

A discussão anterior é significada ser ilustrativa dos princípiose várias concretizações da presente invenção. Numerosas variações emodificações se tornarão aparentes àqueles qualificados na técnica uma vezque a exposição anterior seja apreciada completamente. E planejado que asreivindicações seguintes sejam interpretadas para abranger todas as taisvariações e modificações.

Claims (24)

1. Método para controlar direção de perfuração, caracterizadopelo fato de que inclui:transmitir uma onda eletromagnética de interrogação de umaferramenta em um furo de sondagem em uma formação cercando o furo desondagem;receber uma primeira onda eletromagnética responsiva daformação por uma primeira antena receptora tendo um padrão desensibilidade com um lóbulo primário único;determinar pelo menos uma de direção ou proximidade de umlimite de leito usando a primeira onda eletromagnética responsiva; econtrolar direção de perfuração baseado no sinal recebido pelaprimeira antena receptora.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que transmitir adicionalmente inclui transmitir uma ondaeletromagnética de interrogação onidirecional.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelofato de que transmitir adicionalmente inclui transmitir de uma antena quecircunscreve a ferramenta.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que transmitir adicionalmente inclui transmitir a onda eletromagnéticade interrogação que tem um padrão de radiação com um lóbulo primárioúnico.

5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelofato de que transmitir adicionalmente inclui transmitir com uma antenatransmissora dentro de um inserto da ferramenta.

6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelofato de que transmitir adicionalmente inclui transmitir pela antenatransmissora dentro do inserto em um estabilizador da ferramenta.

7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que receber adicionalmente inclui receber na primeira antena receptoradentro de um inserto da ferramenta.

8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelofato de que receber adicionalmente inclui receber na primeira antena receptoradentro do inserto em um estabilizador da ferramenta.

9. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que adicionalmente inclui:receber uma segunda onda eletromagnética responsiva daformação por uma segunda antena receptora configurada para ter um padrãode sensibilidade com um lóbulo primário único; eem que determinar adicionalmente inclui determinarproximidade ao limite de leito usando uma ou ambas da primeira e segundaondas eletromagnéticas responsivas.

10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizadopelo fato de que a transmissão é executada a uma primeira posição axial, e emque receber a segunda onda eletromagnética responsiva adicionalmente incluireceber a segunda onda eletromagnética responsiva a aproximadamente amesma elevação axial como a recepção da primeira onda eletromagnéticaresponsiva, mas a uma posição radial diferente na ferramenta.

11. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que transmitir a onda eletromagnética de interrogaçãoadicionalmente inclui transmitir simultaneamente uma onda eletromagnéticade interrogação tendo uma primeira freqüência, e uma onda eletromagnéticade interrogação tendo uma segunda freqüência.

12. Ferramenta para guiar um aparelho de perfuração de furoabaixo, caracterizada pelo fato de que inclui:uma antena transmissora disposta sobre uma superfícieexterior da ferramenta que transmite uma onda eletromagnética deinterrogação em uma formação cercando a ferramenta;uma primeira antena receptora configurada para ter um padrãode sensibilidade com um lóbulo primário único, a primeira antena receptoradisposta na superfície exterior da ferramenta, a primeira antena receptorarecebe uma primeira onda eletromagnética responsiva da formação e produzum primeiro sinal responsivo; eum processador acoplado à antena receptora, e em que oprocessador gera, baseado pelo menos em parte no primeiro sinal responsivo,um sinal de saída que indica proximidade da ferramenta a um limite de leito.

13. Ferramenta de acordo com a reivindicação 12,caracterizada pelo fato de que adicionalmente inclui:um indicador de ângulo rotacional acoplado ao processador, oindicador de ângulo rotacional produz um sinal de ângulo que indica o ângulorotacional da ferramenta;em que o processador correlata o sinal de ângulo e o primeirosinal responsivo para gerar o sinal de saída.

14. Ferramenta de acordo com a reivindicação 13,caracterizada pelo fato de que o indicador de ângulo rotacional inclui um oumais selecionado do grupo: uma válvula de fluxo; um magnetômetro; umacelerômetro; e um giroscópio.

15. Ferramenta de acordo com a reivindicação 12,caracterizada pelo fato de que a antena transmissora circunscreve a ferramentae produz um padrão de radiação onidirecional.

16. Ferramenta de acordo com a reivindicação 12,caracterizada pelo fato de que a antena transmissora está disposta dentro deuma cavidade em uma superfície exterior da ferramenta, e em que o padrão deradiação de antena transmissora tem um lóbulo primário único.

17. Ferramenta de acordo com a reivindicação 16,caracterizada pelo fato de que a antena transmissora está disposta sobre umalâmina de estabilizador da ferramenta.

18. Ferramenta de acordo com a reivindicação 12,caracterizada pelo fato de que a antena transmissora transmitesimultaneamente uma onda eletromagnética de interrogação tendo umaprimeira freqüência, e uma onda eletromagnética de interrogação tendo umasegunda freqüência.

19. Ferramenta de acordo com a reivindicação 12,caracterizada pelo fato de que a antena receptora está disposta dentro de umacavidade em uma superfície exterior da ferramenta.

20. Ferramenta de acordo com a reivindicação 12,caracterizada pelo fato de que adicionalmente inclui:uma segunda antena receptora configurada para ter padrão desensibilidade com um lóbulo primário único, a segunda antena receptoradisposta na superfície exterior da ferramenta a aproximadamente a mesmaelevação axial como a primeira antena receptora, mas a uma orientação radialdiferente, em que a segunda antena receptora recebe um segundo ondaeletromagnética responsiva da formação e produz um segundo sinalresponsivo;em que o processador gera, pelo menos em parte no primeiro esegundo sinais responsivos, um sinal de saída que indica proximidade daferramenta a um limite de leito.

21. Ferramenta para guiar um aparelho de perfuração furoabaixo, caracterizada pelo fato de que inclui:um meio para transmitir uma onda eletromagnética deinterrogação em uma formação cercando um furo de sondagem, o meio paratransmitir disposto sobre uma porção exterior da ferramenta;um meio para receber uma onda eletromagnética responsiva daformação e produzir um sinal responsivo, o meio para receber disposto naporção exterior da ferramenta e o meio para receber um padrão desensibilidade com um lóbulo primário único;um meio para processar o sinal responsivo e gerar um sinal desaída que indica a proximidade da ferramenta a um limite de leito geológico.

22. Ferramenta de acordo com a reivindicação 21,caracterizada pelo fato de que adicionalmente inclui:um meio para indicar um ângulo rotacional da ferramenta eproduzir um sinal de ângulo, o meio para indicar acoplado ao meio paraprocessar;em que o meio para processar correlata o sinal de ângulo e oprimeiro sinal responsivo para gerar o sinal de saída.

23. Ferramenta de acordo com a reivindicação 21,caracterizada pelo fato de que o meio para transmitir está disposto sobre umalâmina de estabilizador da ferramenta.

24. Ferramenta de acordo com a reivindicação 21,caracterizada pelo fato de que adicionalmente inclui:um segundo meio para receber tendo um padrão de radiação delóbulo único, o segundo meio para receber disposto na superfície exterior daferramenta a aproximadamente a mesma elevação axial como o primeiro meiopara receber, mas a uma orientação radial diferente, em que o segundo meiopara receber recebe uma segunda onda eletromagnética responsiva daformação e produz um segundo sinal responsivo;em que o meio para processar gera, pelo menos em parte noprimeiro e segundo sinais responsivos, um sinal de saída que indicaproximidade da ferramenta ao limite de leito geológico.