BRPI0709918A2 - aparelho e mÉtodo para sensorear um caracterÍstica de um furo de sondagem - Google Patents

Abstract

<B>APARELHO E METODO PARA SENSOREAR UMA CARACTERISTICA DE UM FURO DE SONDAGEM<D>Um aparelho e método são revelados para sensorear uma característica de um furo de sondagem. Um aparelho exemplificativo incluium tubo condutor, uma entrada, conectada ao tubo condutor, para a aplicação de pulso ao tubo condutor; um dispositivo de rede ressonante conectado ao tubo condutor; e um transdutor que fica em comunicação operacional com o dispositivo de rede ressonante para medir uma característica de furo de sondagem, o transdutor sendo configurado para sensorear uma freqúéncia de vibração modulada induzida no dispositivo de rede ressonante quando um pulso é aplicado à entrada.

Description

Apareho De MÉTODO PARA SENSOREAR UMACARACTERÍSTICA DE UM FURO DE SONDAGEM"

FUNDAMENTOS

Um aparelho e método dão revelados para sensoreamento deuma característica de um furo de sondagem.

A patente US 6.766.141 (Briles et al.) revela um sistema paratelemetria remota de poço de furo abaixo. A comunicação telemétrica é usadapara instrumentos de gravação e monitoramento de poço de óleo localizadosem uma vizinhança de um fundo de um tubo de recuperação de óleo ou gás.Reflectância modulada é descrita para monitorar condições de furo abaixo.

Conforme descrito ma patente US 6.766.141, uma estação basegeradora/receptora de radiofreqüência (RF) se comunica eletricamente com otubo. A freqüência RF é descrita como uma radiação eletromagnética entre3 Hz e 30GHz. Um módulo de eletrônica de furo abaixo tendo uma antenarefletora recebe um sinal de portadora radiado do gerador/receptor de RF.Uma antena no módulo de eletrônica pode ter uma forma parabólica ou outraforma enfocante. O sinal de portadora radiado é, então, refletido de umamaneira modulada, a modulação sendo responsiva a medições pelo módulo deeletrônica. O sinal modulado refletido é transmitido pelo tubo para asuperfície do poço, onde ele pode ser detectado pelo gerador/receptor de RF.

SUMÁRIO

Modos de realização exemplificativos da presente invençãosão direcionados a um aparelho e método para sensorear uma característica defuro de sondagem. Um aparelho exemplificativo inclui um tubo condutor;uma entrada acoplada (por exemplo, conectada) ao tubo condutor, paraaplicação de um pulso ao tubo condutor; um dispositivo de rede ressonante(como uma cavidade ressonante) conectado ao tubo condutor; e um transdutorque fica em comunicação operacional com o dispositivo de rede ressonantepara medir uma característica de furo de sondagem, o transdutor sendoconfigurado para afetar uma modulação de uma freqüência de vibração deressonador induzida no dispositivo de rede ressonante quando um pulso éaplicado à entrada.

De acordo com modos de realização alternativos, um aparelhopara sensoreamento de uma característica de furo de sondagem compreendemeios para conduzir um pulso através de um furo de sondagem; meios,responsivos ao pulso, para ressonar a uma freqüência que é modulada emfunção de uma característica de furo de sondagem; e meios para processar afreqüência modulada como uma medida da característica.

Um método para sensorear uma característica de um furo desondagem é também revelado. Um método exemplificativo inclui transmitirum pulso ao longo de um tubo condutor localizado no interior do furo desondagem; e sensorear uma freqüência de vibração modulada induzida pelopulso no interior do dispositivo de rede ressonante, localizado no interior deum revestimento oco de furo de sondagem, como uma medida dacaracterística de furo de sondagem.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

Outras vantagens e características aqui descritas serão maisprontamente percebidas por alguém experiente na técnica ao ler a descriçãodetalhada a seguir em conexão com os desenhos anexos, nos quais:

As figs. IA-ID mostram um modo de realizaçãoexemplificativo de um aparelho para sensorear uma característica de um furode sondagem;

A fig. 2A mostra uma cavidade ressonante exemplificativapara uso com ao aparelho da fig. 1;

a fig. 2B mostra um dispositivo de rede ressonante formadocomo uma estrutura mecânica ressonante eletricamente acoplada para efetuarressonância elétrica;

A fig. 2C ilustra um a conexão de cabeçote de poçoexemplificativa alternativa;

A fig. 3 mostra uma vista de fundo da cavidade ressonanteexemplificativa da fig. 2;

A fig. 4 mostra um modo de realização exemplificativoalternativo de uma cavidade ressonante onde uma alimentação mecânica oufluida exemplificativa e um transdutor fica localizada acima de uma vedaçãode obturador;

A fig. 5 mostra um circuito exemplificativo para detectar umacaracterística baseada no sensoreamento de uma freqüência de vibraçãomodulada usando o aparelho exemplificativo da fig. IA; e

A fig. 6 mostra um método exemplificativo para sensorearuma característica de um furo de sondagem.

DESCRIÇÃO DETALHADA

A fig. 1 mostra um aparelho exemplificativo 100 parasensorear uma característica de um furo de sondagem. O furo de sondagempode ser qualquer cavidade, configurada com qualquer orientação, tendo umacaracterística como uma composição de material, temperatura, pressão,velocidade de escoamento ou outras característica, que podem variar ao longode uma extensão do furo de sondagem.

O aparelho 10 inclui um meio, como um tubo condutor 102,para conduzir um pulso através do furo de sondagem. Uma entrada 104,acoplada (PC conectada) ao tubo condutor 102, é provida para a aplicação deum pulso ao tubo condutor. Em um modo de realização exemplificativo, opulso pode ser um pulso de transiente elétrico ou qualquer pulso elétricodesejado de qualquer freqüência desejada selecionada, por exemplo, emfunção de características a serem medidas no interior do furo de sondagem eem função da extensão e tamanho do furo de sondagem.

A entrada inclui uma sonda 106 acoplada ao tubo condutor102. A sonda pode ser formada, por exemplo, como um conector coaxialtendo um primeiro condutor (por exemplo, interior) acoplado eletricamente aotubo condutor 102, e tendo um segundo revestimento condutor (por exemplo,exterior) acoplado a um revestimento de furo de sondagem oco 111. Umisolador é usado para separar o condutor interior do revestimento condutorexterior.

A entrada pode incluir um isolador indutivo, como umaindutância de ferrita 108 ou outro indutor ou componente, para isolareletricamente a entrada contra um primeiro potencial (por exemplo, umpotencial, como um terra comum, do trajeto de corrente de retorno dorevestimento de fiiro de sondagem 111) em um local vizinho à entrada 104. Oaparelho 100 pode incluir um meio, como um gerador de pulso 105, acopladoà entrada para gerar o pulso a ser aplicado ao tubo condutor.

O revestimento de furo de sondagem oco 111 pode sercolocado no furo de sondagem cujas características devem ser monitoradas. Orevestimento de furo de sondagem oco 111 pode, por exemplo, serconfigurado de aço ou outro material adequado.

O tubo condutor 102 pode ser localizado dentro, eeletricamente isolado do revestimento de furo de sondagem oco pelo uso deespaçadores 116. Os espaçadores podem, por exemplo, ser configurados comocentralizadores isolados que mantêm uma distância de separação do tubocondutor 102 às paredes internas do revestimento de furo de sondagem oco111. Estes espaçadores isolados podem ser configurados como discosformados de qualquer material adequado, incluindo, sem limitações, nylon.

O aparelho 100 inclui um meio, como um dispositivo de rederessonante 110 responsivo ao pulso, para ressonar a uma freqüência que émodulada em função de uma característica do furo de sondagem. Odispositivo de rede ressonante 110 pode ser, por exemplo, qualquerdispositivo eletro-acústico ou outro qualquer incluindo, sem limitações,qualquer estrutura mecânica eletricamente ressonante magneticamenteacoplada para efetuar uma ressonância elétrica, como a cavidade ressonanteda fig. 2A, o circuito de tanque da fig. 2A, ou qualquer outro dispositivoadequado. O dispositivo de rede ressonante pode ser conectado oumecanicamente acoplado ao tubo condutor. Um núcleo toroidal do dispositivode rede ressonante pode ser magneticamente acoplado ao tubo condutor. Onúcleo toroidal é um núcleo magnético formado como um meio pelo qual umcampo magnético pode ser contido ou realçado. Por exemplo, uma bobina deespira única com uma seção de 2,5cm enrolada ao redor de um núcleo deferrita, ou qualquer outro dispositivo adequado de forma, tamanho econfiguração adequado pode ser usado.

Alguém experiente na técnica apreciará que um núcleomagnético é um material significativamente afetado por um campo magnéticoem sua região, devido aos dipolos orientáveis dentro de sua estruturamolecular. Tal material pode confinar e/ou intensificar um campo magnéticoaplicado devido a sua baixa relutância magnética. O isolador de ferrita decabeçote de poço pode prover uma impedância indutiva compacta em umafaixa de, por exemplo, 90-11 Oohms reativa entre um ponto de alimentação deentrada sobre o tubo e um curto de flange de cabeçote de poço. Estaimpedância, em paralelo com uma impedância característica exemplificativade 47ohms da linha de transmissão tubo-revestimento pode reduzir os sinaistransmitidos e recebidos, por exemplo, por cerca de ~3dbV no ponto dealimentação de entrada para um centro de banda típico a 50MHz. Apermeabilidade magnética dos núcleos de ferrita aqui explicada pode variar de-20 a ligeiramente mais do que 100, menos ou mais. Desse modo, para umadada indutância de um indutor de ar-núcleo, quando o material de núcleo forinserido, a indutância natural pode ser multiplicada por cerca destes mesmosfatores. Materiais de núcleo selecionados podem ser usados para a faixa defreqüência de, por exemplo, 10-100ΜΗz, menos ou mais.

O dispositivo de rede ressonante 110 ilustrado na fig.l serádescrito como a cavidade ressonante da fig. 2A. Entretanto, o núcleo detanque da fig. 2B pode ser prontamente substituído, como pode qualqueroutro dispositivo de rede ressonante adequado conhecido por alguémexperiente na técnica. Com referência à fig. 1, a cavidade ressonante éeletricamente conectada ao tubo condutor, e é localizada dentro dorevestimento de furo de sondagem oco 111. Um comprimento "b" dacavidade ressonante dentro do revestimento de furo de sondagem oco édefinido por um isolador indutivo formado, por exemplo, como um núcleotoroidal 112 em uma primeira extremidade da cavidade ressonante, e por uma conexão 114 a um primeiro potencial (por exemplo, terra comum) em umasegunda extremidade da cavidade ressonante.

O dispositivo de rede ressonante 110 recebe energia do pulso,e "soa" em sua freqüência natural. Um meio para sensorear pode incluir umtransdutor provido em comunicação operacional com o dispositivo de rederessonante 110, e acoplado (por exemplo, acoplado capacitiva oumagneticamente) com o primeiro (por exemplo, terra comum) potencial. Otransdutor é configurado para sensorear uma característica associada ao furode sondagem, e modular a freqüência de vibração induzida no dispositivo derede ressonante 111 quando um pulso é aplicado à entrada 104. A freqüênciade vibração modulada pode ser processada para prover uma medida dacaracterística do furo de sondagem. Ou seja, a freqüência de vibraçãoinduzida pelo pulso é modulada por uma característica sensoreada do furo desondagem, e esta modulação da vibração pode ser processada para prover umamedida da característica.

Um meio de sensoreamento pode incluir, ou ser associadocom, meios para processamento, representados como um processador (porexemplo, computador 118). O meio de processador pode processar uma saídado dispositivo de rede ressonante quando transmitida via o revestimento dofuro de sondagem 111. O processador 118 pode prover um sinalrepresentando a característica a ser medida ou monitorada.

O processador 118 pode ser programado para produzir umprocesso da freqüência de vibração modulada para prover uma medida dacaracterística sensoreada. A medida, que pode, por exemplo, ser apresentada aum usuário via uma interface de usuário geral (GUI) 120. O processador 118pode efetuar qualquer processamento desejado do sinal detectado, incluindo,mas não de modo limitado, uma análise estatística (por exemplo, Fourier) dafreqüência de vibração modulada. Produtos comerciais são prontamentedisponíveis e conhecidos por alguém experiente na técnica que podem efetuarqualquer detecção de freqüência adequada (como transformada de Fourierrápida que pode ser implementada, por exemplo, por MATHCAD disponívelpor Mathsoft Engineering & Education, Inc., ou outro produto adequado paradesenvolver o toque modulado recebido do dispositivo de rede ressonante. Oprocessador pode ser usado em conjunto com uma tabela de consulta tendouma tabela de correlação de conversões de freqüência de modulação paracaracterísticas sensoreadas (por exemplo, temperatura, pressão etc.).

Em um modo de realização exemplificativo, pelo menos umaporção do revestimento de furo de sondagem oco 111 está ao primeiropotencial (por exemplo, terra comum). Por exemplo, o revestimento de furode sondagem oco pode estar a um potencial de terra comum tanto em um localem uma vizinhança da entrada 104, e em um local em uma vizinhança dodispositivo de rede ressonante 110. O aterramento do revestimento de furo desondagem oco em uma vizinhança da entrada é opcional, e estabelece umaimpedância conhecida para o tubo condutor. O aterramento do revestimentode furo de sondagem oco em uma vizinhança do dispositivo de rederessonante (ou seja, em uma extremidade inferior da cavidade ressonante,como mostrado IA) permite que a extensão ressonante seja definida. OU seja,a cavidade ressonante tem uma extensão dentro do revestimento de furo desondagem oco definida pela distância entre a bobina toroidal 112 e pelaconexão de terra em uma segunda extremidade inferior da cavidaderessonante.

O transdutor pode ser configurado para incluir componenteselétricos passivos, como indutores e/ou capacitores, de modo que nenhumaenergia de furo abaixo seja necessária. Durante uma montagem do aparelho100 da fig. 1, o tubo condutor pode ser montado em seções, e um espaçadorpode ser incluído em cada junta entre as várias seções de tubo para assegurarestabilidade. Antes de colocar o tubo condutor 102 e dispositivo de rederessonante 110 em um furo de sondagem, um transdutor usado para sensoreara freqüência de vibração modulada pode ser calibrado usando a GUI 120 eprocessador 118.

Detalhes do aparelho exemplificativo da fig. IA será descritocom mais detalhe em relação à fig. 1B, que mostra um componente detelemetria exemplificativo do aparelho exemplificativo da fig. 1.

Na fig. 1B, o tubo condutor 102 e revestimento de furo desondagem oco 111 são eletricamente isolados um do outro via a indutância deferrita 108.

Quando o dispositivo de rede ressonante for um ressonadornatural, o comprimento de onda da freqüência de "toque" ressonante podeditar o tamanho (por exemplo, comprimento) do dispositivo. Alguémexperiente na técnica apreciará que a restrição de tamanho pode serinfluenciada (por exemplo, reduzida) pelo "carregamento" do dispositivo comindutância e/ou capacitância. Por exemplo, a quantidade de ferrita usada emum modo de realização exemplificativo pode ser selecionado em função deconsiderações de freqüência e tamanho desejados. Uma porta de sinal deinstrumentação 112 é provida para receber a sonda 106. Uma configuração decabeçote de poço, como mostrado 1B, é posta em curto-circuito com orevestimento de furo de sondagem oco. O indutor de ferrita 108, desse modo,isola a sonda condutora da entrada, que é acoplada ao tubo condutor 102, dotopo do cabeçote de poço que, em um modo de realização exemplificativo,está a um potencial de terra comum. Em um modo de realizaçãoexemplificativo, devido ao cabeçote de poço ser aterrado via o curto-circuitodo flange de cabeçote de poço 124 com a terra comum, o indutor de ferritaisola o flange de cabeçote de poço em curto-circuito do tubo condutor usadopara conduzir um pulso da sonda para a cavidade ressonante.

Uma impedância exemplificativa 126 entre o tubo condutor e orevestimento de furo de sondagem oco 111 pode ser da ordem de 47ohms,menor ou maior. Esta porção do tubo condutor serve como uma linha detransmissão para comunicação dos eletrônicos no interior do furo, como otransdutor, com os eletrônicos de superfície, como o processador.

A fig. IC ilustra uma representação elétrica da cavidaderessonante e transdutor nela incluído, Na fig. 1C, o núcleo toroidal 112 estárepresentado como uma seção de indutor configurada de material de ferritapara conexão do tubo condutor 102 à cavidade ressonante 110. Como podeser visto na fig. 1C, para um dispositivo de rede ressonante configurado comouma cavidade ressonante, uma porção superior 132 da cavidade ressonante110 coincide com uma seção inferior do núcleo toroidal 112 e pode estar auma impedância que, no modo de realização exemplificativo, é relativamentealta em comparação com a impedância entre o tubo condutor 102 e orevestimento 111. Por exemplo, a impedância no topo da cavidade ressonantepode ser da ordem de 2000ohms, menor ou maior. Para redes ressonantesmagneticamente acopladas, baseadas em núcleo magnético, aquelas medidaspodem ter pouca ou nenhuma relevância.

Esta impedância diferencial relativamente grande no topo dacavidade ressonante em relação ao tubo condutor acima da cavidaderessonante provê, pelo menos parcialmente, uma capacidade da cavidaderessonar, ou "soar" em resposta ao pulso e, desse modo, prover um maior graude sensibilidade na medição de uma característica de interesse.Adicionalmente, a capacidade de preferência, transdutor prover um graurelativamente alto de sensibilidade é ajudada pela colocação de umaextremidade inferior da cavidade ressonante no potencial de terra comum.

A fig. IC é uma representação elétrica do dispositivo de rederessonante, para uma cavidade coaxial formada pelo tubo condutor e orevestimento de furo de sondagem, e inclui uma representação da resistênciade rede ressonante 128 e da indutância de rede ressonante 130. Uma porçãoinferior da cavidade definida pela conexão de terra comum 114 está ilustradana fig. 1C, de modo que a cavidade é definida pela base do núcleo toroidal112 e a conexão de terra 114. Uma capacitância da luva associada à cavidaderessonante está representada como uma capacitância de luva 134.

O transdutor associado à cavidade ressonante para modular afreqüência de vibração induzida pelo pulso, quando atuado pela característicaa ser medida, está representado como um transdutor 136.

Para uma configuração de cavidade ressonante, a base dacapacidade ressonante pode incluir uma vedação de obturador, para impedirque o tubo condutor 102encoste no revestimento de furo de sondagem oco111. O obturador 138, como mostrado na fig. IC e fig. IA, inclui condutoresexpostos 140 que podem interfacear com porções condutoras da cavidaderessonante e do revestimento de furo de sondagem oco 111 para obter aconexão de terra comum 114, em uma extremidade inferior da cavidaderessonante.

A fig. ID ilustra outro detalhe do componente de telemetria depoço incluído em uma extremidade superior do tubo condutor 102. na fig. 1D,uma conexão da sonda 106 com o tubo condutor 102 está ilustrada comopassando através do revestimento de furo de sondagem oco 111, na entrada104. A fig. ID mostra que a sonda 106 está isolada do flange de cabeçote depoço em curto-circuito 124 via o indutor de ferrita 108.

A fig. 2A mostra um detalhe exemplificativo de umdispositivo de rede ressonante 110 formado como uma cavidade ressonante.Na fig. 2A, o revestimento de furo de sondagem oco 111 pode ser visto comoalojando o tubo condutor 102. O núcleo toroidal 112 está ilustrado, cuja base,na direção descendente para o furo de sondagem, constitui uma extremidadesuperior da cavidade ressonante. O transdutor 136 está ilustrado comolocalizado dentro de uma porção da cavidade ressonante, e está associado auma luva de sensor condutiva 202, cuja capacitância está representada na fig.1C como a capacitância de luva 134.

O núcleo toroidal de ferrita 112 pode ser configurado comonúcleo toroidal deslizado para uma peça final de plástico. Esses materiais deferrita são prontamente disponíveis, como núcleos disponíveis por Fair-RiteIncorporated, configurados como material de tipo de freqüência de rádio debaixo μ, ou qualquer outro material adequado. Parafusos de montagem 204estão ilustrados, e podem ser usados para manter a luva de sensor e transdutorno lugar, em um local ao longo de um comprimento do tubo condutor 102.Uma base da cavidade ressonante, que coincide com uma conexão de terracomum do obturador ao revestimento de furo de sondagem oco, não estámostrada na fig. 2.

A fig. 2B ilustra um detalhe exemplificativo de uma rederessonante 110 formada como um circuito de tanque. Na fig. 2B, múltiplosdispositivos de rede ressonantes 206 associados a múltiplos pacotes de sensorpodem ser incluídos no obturador, ou próximos ao mesmo. No modo derealização da fig. 2B, ressonadores usado sensores capacitivos etransformadores de acoplamento de ferrita são providos. Novamente, o furode sondagem oco 111 pode ser visto alojando o tubo condutor 102. cadadispositivo de rede ressonante é configurado como um núcleo toroidal 208tendo um ressonador de bobina associado 210. Nenhum casamento deimpedância significativo, ou modificações de curto-circuito de tubo-revestimento, a uma coluna de poço existente precisa ser implementado. Aestrutura de coluna coaxial pode portar direto a um curto no obturador usandoressonadores toroidais de ferrita, como mostrado 2B, sem uma seção decasamento como com a configuração de cavidade ressonante.

Em uma representação elétrica esquemática, o tubo condutor pode ser efetivamente representado como um enrolamento de espira única 214na construção do transformador, e diversos enrolamentos secundários 216podem ser empilhados sobre o trajeto único de corrente primária. A qualidadedo curto de obturador é de pouco ou nenhum significado, obturadores demetal dentado podem ser usados alternativamente. O sinal de retorno usando este método de transformador pode ser detectado, em modos de realizaçãoexemplificativos, sem uso de uma baixa impedância de curto de obturador.

No modo de realização exemplificativo da fig. 2B,espaçamento entre múltiplos dispositivos de rede ressonantes 206 pode serselecionado em função da aplicação desejada. Os dispositivos de rederessonantes 208 devem ser separados suficientemente pata mitigar ou eliminarrestrições mecânicas. Adicionalmente, a separação deve ser selecionada paramitigar ou eliminar acoplamento entre eles.

Em um modo de realização exemplificativo, uma largura deum anel pode diminuir acoplamento para aplicações típicas. A indutância e/ou capacitância de cada dispositivo de rede ressonante pode ser modificada pelaadição de espiras de bobina, e o número de espiras pode ser selecionado emfunção da aplicação. Por exemplo, o número de espiras estabelecerá umafreqüência de toque de cada dispositivo de rede ressonante. Modos derealização exemplificativos podem ser da ordem de 3 a 30 espiras, menor ou maior.

Em modos de realização exemplificativos, a freqüência usadapara os dispositivos de rede ressonantes pode ser da ordem de 3 MHz a100MHz, menor ou maior, como desejado. A freqüência pode ser selecionadaem função das características de material do tubo condutor (por exemplo,aço). A espessura de casca pode limitar o uso de altas freqüências acima decerto ponto, e uma extremidade inferior da faixa de freqüências disponívelpode ser selecionada em função da simplificação da construção do dispositivode rede ressonante. Entretanto, se uma freqüência muito baixa forselecionada, o desacoplamento do curto de conexão de cabeçote de poço podeser um problema.

Desse modo, sensores múltiplos podem ser incluídos em umlocal de medição. O uso de materiais magnéticos de ferrita pode simplificarmecanicamente os dispositivos de rede ressonantes, e pode permitir menosalterações para os componentes de poço convencionais.

O uso de um toróide magnético de ferrita pode permitir quematerial magnético realce o campo magnético e, assim, a indutância, notrajeto de corrente em regiões compactas bem localizadas. Desse modo, oempilhamento de múltiplos dispositivos de rede ressonantes em um localremoto furo abaixo pode ser obtido com mínima interação entre os múltiplosdispositivos. Múltiplos dispositivos sensores podem ser incluídos parasensorear múltiplas características. Isto pode permitir também curtasdistâncias de isolamento na conexão de cabeçote de poço para acoplar cabosde sinal ao tubo condutor 102, como mostrado na fig. 2C.

A fig.2C ilustra um modo de realização alternativoexemplificativo de uma conexão de cabeçote de poço, onde um carretei 218 éprovido para acomodar o isolador de ferrita e conexões de sinal. Um carreteiexemplificativo pode, por exemplo, ser da ordem de 20cm a 3 Ocm de altura,ou qualquer outro tamanho adequado para acomodar a aplicação específica. Ocarretei é usado para conexão de sinal à coluna de tubo.

O dispositivo de rede ressonante configurado como uma"carretei toroidal" pode ser separado e operado substancialmenteindependente de pacotes de sensor que são similarmente configurados, ecolocado em uma vizinhança do carretei 218. Uma maior indutância em umalargura do carretei toroidal pode ser usada para isolar o ponto de alimentaçãode sinal na conexão de cabeçote de poço. Conforme está representado na fig.2C, corrente sobre a superfície do tubo induzirá campos magnéticos dentro dotoróide de ferrita para realce indutivo do trajeto de corrente do tubo.

A fig. 3 ilustra uma vista do transdutor da fig. 2A e 2B defundo do furo de sondagem olhando-se para cima na fig. 2. Na fig. 3, otransdutor 136 pode ser visto como senso conectado via, por exemplo, fioselétricos 302 tanto à luva de sensor 202 como ao tubo condutor 102. A luvade sensor, por sua vez, é capacitivamente acoplada ao revestimento de furo desondagem oco 111 via a capacitância de luva 134.

A fig. 4 ilustra um modo de realização alternativoexemplificativo onde o obturador foi modificado para incluir uma extensão deconduto 402 para uma zona de interesse na qual a característica do furo desondagem deve ser medida. Esta extensão 402 pode, em um modo derealização exemplificativo, ser uma porta direta para sensorear, por exemplo,uma pressão ou temperatura usando um fluido intermediário para o sensor.

Em modos de realização exemplificativos, transdutores, cimotransdutores capacitivos, são montados próximo ao topo da cavidaderessonante como um elemento elétrico da luva de sensor. Parâmetros remotospodem ser levados ao sensor na cavidade ressonante via um conduto passandoatravés e para uma unidade de sensoreamento vedada. A medição de umparâmetro desejado pode, então, ser remotamente monitorada. Omonitoramento pode ser estendido pelo uso de um mecanismo mecânico dosensor para relocar o sensor dentro da cavidade ressonante em diferenteslocais ao longo do comprimento do tubo condutor 102. Na fig. 4, um condutode sensor 404 é provido a uma zona de pressão ou temperatura a sermonitorada.

A fig. 5 mostra eletrônicos exemplificativos que podem serimplementados no processador 118 para prover o processamento de sinal jádescrito. Em um modo de realização exemplificativo, o gerador de pulso 105da fig.1 A provê um impulso. O pulso pode ser um pulso estreito que pode sergerado usando um gerador de pulso prontamente disponível direto daprateleira. Um pulso exemplificativo é da ordem de 1 a 2 nano-segundos, a75volts, tendo uma largura, à metade de sua altura, da ordem de 3 nano-segundos. Uma voltagem de pico do pulso é da ordem de 10 a 1000volts,dependendo, por exemplo, de uma profundidade do furo de sondagem. Porexemplo, a 1000m, um pulso de 1000volts pode ser usado. Alguém experientena técnica reconhecerá, porém, que qualquer pulso desejado de qualquercaracterística desejada pode ser usado, provido que uma resposta adequada dodispositivo de rede ressonante possa ser obtida com uma precisão e tolerânciadesejadas da característica.

Na fig. 5, uma seção de pulso representando um gerador depulso 105 da fig. IA é provido para transmitir um impulso exemplificativo502. Este pulso é suprido a um acoplador direcional provido de comporta 504associado à sonda 106 da fig. IA. Durante um pulso inicial, u receptor de altasensibilidade associado ao processador de sinal 118 é desabilitado, e o pulso éaplicado ao tubo condutor 102.

O processador 118 controla o acoplador direcional provido decomporta 502 para ativar o receptor e, desse modo, detectar um retorno dotransdutor localizado na cavidade ressonante. Este retorno está ilustrado, demodo geral, como a freqüência de vibração modulada 506. Um sistema deaprazamento e retardo 508 pode ajustar um retardo predeterminado (porexemplo, 8150 nano-segundos, como ilustrado na fig. 5) para controlar acomporta para recepção do pulso de retroalimentação.

Durante o encaixe do receptor com o processador 118, afreqüência de vibração de modulador passa através do acoplador direcionalprovido e comporta 504 e através de uma unidade de filtro de passa faixa 510.Um sinal filtrado proveniente da unidade de filtro de passa faixa 510 ésuprido a um gravador de sinal analógico-para-digital 512 e para uma unidadede controle mestre (por exemplo, microprocessador, como um Pentium, ououtro microprocessador adequado) do processador 118. Alguém experiente natécnica apreciará que qualquer uma das funcionalidades ilustradas na fig. 5pode ser complementada em hard, soft, firmware ou suas combinações.

Um sistema de link de telemetria/comunicação 516 pode serprovido para transmitir informação obtida do furo de sondagem para qualquerlocal desejado. O sistema de link de telemetria/comunicação pode serqualquer sistema de transmissão e/ou recepção adequado incluindo, mas nãode modo limitativo, sistemas sem fio e/ou por fio.

A fig. 6 mostra um método exemplificativo para sensorearuma característica de um furo de sondagem usando, por exemplo, umaparelho como descrito em relação às figuras precedentes. Na fig. 6, bloco602, um operador pode ajustar parâmetros de aprazamento (por exemplo, viaa interface de usuário geral). Estes parâmetros podem incluir, sem limitação,uma taxa de pulso, uma altura de pulso, u retardo recebido etc. No bloco 604,um pulso é suprido (por exemplo, disparado) através do acoplador direcional,e para o tubo condutor do furo de sondagem.

Após um retardo específico, o sistema de aprazamento eretardo 508 da fig. 5 abre uma comporta de recepção para detectar afreqüência de vibração modulada proveniente do transdutor. Esta freqüênciade vibração modulada constitui um toque que entra no filtro de passa faixa nobloco 608, e que é gravado pelo gravador analógico-para-digital 512.

No bloco 610, uma assinatura digitalizada do toque pode serprocessada quanto à freqüência, usando, por exemplo, uma transformada deFourier rápida (FFT). No bloco 612, a freqüência de toque pode serequalizada, através de software como tabelas de consulta contidas noprocessador 118, a uma característica particular, ou parâmetro de transdutor e,depois, preparada para transmissão ou armazenamento.Alguém experiente na técnica apreciará que modos derealização exemplificativos como aqui descritos podem prover telemetria defuro abaixo usando técnicas passivas e estruturas ressonantes. Desse modo, oaparelho como aqui descrito pode ser exposto a um ambiente hostil, comoaltas temperatura e pressão de um furo de sondagem. Mudanças diminutas emuma característica podem ser prontamente monitoradas e transmitidas a umreceptor para processamento. Devido à reflexão de energia incidente serusada, nenhuma bateria ou suprimento de energia de furo abaixo é necessária,o que pode reduzir a complexidade.

Alguém experiente na técnica apreciará que em certasaplicações, fluido pode estar presente no poço. Modos de realizaçãoexemplificativos podem empregar técnicas, como aplicação de pressão, paraforçar o fluido para fora de qualquer porção do tubo condutor e cavidaderessonante usados para transmissão de sinal onde o fluido é esperadoinfluenciar prejudicialmente detecção de sinal. Alternativamente, fluidos quenão impactem a detecção de sinal podem ser forçados para o furo desondagem para substituir outros fluidos que possam ser prejudiciais àdetecção de sinal.

Alguém experiente na técnica apreciará que os modos derealização revelados aqui descritos servem apenas como exemplos, e quenumerosas variantes existirão. A invenção só é limitada pelas reivindicações,que abrangem os modos de realização aqui descritos, bem como, variantesaparentes a alguém experiente na técnica.

Claims (24)

1. Aparelho para sensorear uma característica de um furo desondagem, caracterizado pelo fato de compreender:um tubo condutor;uma entrada acoplada ao tubo condutor para aplicação depulso ao tubo condutor;um dispositivo de rede ressonante conectado ao tubo condutor;eum transdutor que fica em comunicação operacional com odispositivo de rede ressonante para medir uma característica de furo desondagem, o transdutor sendo configurado para afetar uma modulação de umafreqüência de vibração de ressonador induzida no dispositivo de rederessonante quando um pulso é aplicado à entrada.

2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de compreender:um gerador de pulso acoplado à entrada para gerar o pulso aser aplicado ao tubo condutor.

3. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato do pulso ser um transiente elétrico.

4. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de compreender:um revestimento de furo de sondagem oco localizado nointerior do furo de sondagem, onde pelo menos uma porção do revestimentode furo de sondagem oco está a um terra comum, e onde o tubo condutor élocalizado dentro e eletricamente isolado do revestimento de furo desondagem oco.

5. Aparelho de acordo com a reivindicação 5, caracterizadopelo fato do tubo condutor ser eletricamente isolado do revestimento de furode sondagem oco pelo uso de espaçadores localizados em múltiplas junçõesde seções de tubo para formar o tubo condutor.

6. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de compreender:um processador acoplado ao transdutor para processar umasaída do transdutor para prover um sinal representativo da característica.

7. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato da característica ser pelo menos uma dentre composição de material,uma temperatura, uma pressão ou uma vazão sensoreada em um local aolongo da extensão do furo de sondagem.

8. Aparelho de acordo com a reivindicação 4, caracterizadopelo fato do revestimento de foro de sondagem oco estar a um potencial deterra comum tanto no local em uma vizinhança da entrada, como em um localem uma vizinhança da cavidade ressonante.

9. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da entrada incluir:uma sonda acoplada ao tubo condutor; eum indutor para isolar eletricamente a entrada de um primeiropotencial em um local na vizinhança da entrada.

10. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato do dispositivo de rede ressonante ser uma cavidade ressonantelocalizada dentro de um revestimento de furo de sondagem oco, uma extensãoda cavidade ressonante dentro do revestimento de furo de sondagem ocodefinida por um isolador indutivo em uma primeira extremidade, e por umaconexão de terra comum em uma segunda extremidade.

11. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato do transdutor incluir:componentes elétricos passivos.

12. Aparelho para sensorear uma característica de um furo desondagem, caracterizado pelo fato de compreender:meios para conduzir um pulso através de um furo de sondagem;meios, responsivos ao pulso, para ressonar a uma freqüênciaque é modulada em função de uma característica do furo de sondagem; emeios para processar a freqüência modulada como uma medida da característica.

13. Aparelho de acordo com a reivindicação 12, caracterizadopelo fato de compreender:meios, conectados aos meios de condução, para gerar o pulso.

14. Aparelho de acordo com a reivindicação 13, caracterizadopelo fato do pulso ser um pulso de transiente elétrico.

15. Aparelho de acordo com a reivindicação 12, caracterizadopelo fato compreender:um revestimento de furo de sondagem oco localizado dentro dofuro de sondagem, onde o meio condutor é um tubo cilíndrico condutivo localizadodentro e eletricamente isolado do revestimento de furo de sondagem oco.

16. Aparelho de acordo com a reivindicação 12, caracterizadopelo fato de compreender:um transdutor para modular a freqüência para prover um sinalrepresentativo da característica.

17. Aparelho de acordo com a reivindicação 12, caracterizadopelo fato da característica ser pelo menos uma dentre composição de material,uma temperatura, uma pressão ou uma vazão sensoreada em um local aolongo da extensão do furo de sondagem.

18. Aparelho de acordo com a reivindicação 13, caracterizadopelo fato de compreender uma entrada que inclui:uma sonda acoplada aos meios de condução; eum indutor para isolar eletricamente a entrada de um potencialde terra comum em um local em uma vizinhança da entrada, onde os meiosressonantes.

19. Aparelho de acordo com a reivindicação 13, caracterizadopelo fato de compreender uma entrada que inclui:uma sonda acoplada aos meios de condução; eum indutor para isolar eletricamente a entrada de um potencialde terra comum em um local em uma vizinhança da entrada, onde o meioressonante usa uma rede ressonante magneticamente acoplada.

20. Método para sensorear uma característica de um furo desondagem, caracterizado pelo fato de compreender:transmitir um pulso ao longo de um tubo condutor localizadono interior do furo de sondagem; esensorear uma freqüência de vibração modulada induzida pelopulso dentro de um dispositivo de rede ressonante dentro de um revestimento defuro de sondagem oco, como uma medida da característica do furo de sondagem.

21. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizadopelo fato de compreender:processar a modulação da freqüência de vibração para proverum sinal representativo da característica.

22. Método de acordo com a reivindicação 21, caracterizadopelo fato da característica ser pelo menos uma dentre composição de material,uma temperatura, uma pressão ou uma vazão sensoreada em um local aolongo de uma extensão do furo de sondagem.

23. Método de acordo com a reivindicação 20, caracterizadopelo fato do processamento incluir:efetuar uma análise estatística da freqüência de vibração modulada.

24. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizadopelo fato de compreender:calibrar um transdutor usado para produzir a freqüência devibração modulada antes da inserção do sensor no furo de sondagem.