BRPI0902808B1

BRPI0902808B1 - método para reduzir os dados de imagem de furo de poço medidos, método e aparelho para realizar telemetria e reconstruir os dados azimutais reduzidos

Info

Publication number: BRPI0902808B1
Application number: BRPI0902808-0A
Authority: BR
Inventors: W Mickael Medhat
Original assignee: Precision Energy Services Inc
Priority date: 2008-08-21
Filing date: 2009-08-19
Publication date: 2019-11-19
Also published as: US20100049443A1; GB2466531A; BRPI0902808A2; NO20092844L; US10302811B2; AU2009202743A1; GB0911809D0; GB2466531B; NO344471B1; AU2009202743B2; CA2673083C; CA2673083A1

Abstract

redução de dados de imagens medidas dentro de um furo de poço. a presente invenção refere-se a um método de redução de dados para a transmissão de uma imagem de furo de poço para a superfície da terra utilizando larguras de banda restritas de sistemas de telemetria de lwd. o método de redução de dados está baseado na física de medição ao invés de algoritmos de compressão matemáticos. os dados medidos de um sensor são ajustados, dentro da ferramenta de perfilagem, para uma função de resposta que relaciona a resposta de sensor a um parâmetro de interesse. os coeficientes da função de resposta ajustada são escalados e então telemetrados para a superfície. os dados medidos são reconstruidos na superfície pela combinação dos coeficientes telemetrados com a função de resposta. uma imagem de furo de poço é formada pela combinação de dados reduzidos reconstruidos. os parâmetros de leitos inclinados que intersectam o furo de poço podem ser determinados dos coeficientes.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO PARA REDUZIR OS DADOS DE IMAGEM DE FURO DE POÇO MEDIDOS, MÉTODO E APARELHO PARA REALIZAR TELEMETRIA E RECONSTRUIR OS DADOS AZIMUTAIS REDUZIDOS.

CAMPO DA INVENÇÃO

Esta invenção refere-se à medição de imagens de parâmetros de interesse enquanto perfurando um furo de poço. Mais especificamente, a invenção está relacionada à redução de dados de imagem medida antes da transmissão para a superfície da terra, onde a redução de dados de imagem resulta em uma mínima perda em resolução de imagem. A invenção é também utilizada para determinar automaticamente a direção de leitos inclinados que intersectam o furo de poço.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Os sistemas de perfilagem durante a perfuração (LWD) são utilizados para produzir um furo de poço e imagens de formação de diversos parâmetros de interesse. O instrumento de perfilagem ou ferramenta está tipicamente disposto em um colar do conjunto de furo de poço, o qual é terminado por uma broca de perfuração. Os dados utilizados para gerar as imagens são coletados enquanto a ferramenta de perfilagem de LWD gira conforme a broca de perfuração avança no furo de poço. As imagens obtidas com o LWD são obtidas de uma variedade de medições incluindo a radiação gama natural, a densidade de massa, as propriedades acústicas, e as propriedades eletromagnéticas tais como a resistividade. As ferramentas de formação de imagem de LWD tipicamente produzem grandes quantidades de dados por intervalo de profundidade de avanço de furo de poço. É operacionalmente desejável obter as imagens de furo de poço em tempo real na superfície da terra. Os sistemas de telemetria de LWD típicos incluem um sistema de pulso de lama, um sistema de telemetria eletromagnético, ou um sistema de telemetria acústico que utilizam a coluna de perfuração como um conduto de dados. As taxas de telemetria destes dispositivos variam de 1 a 20 bits por segundo. Devido a estas taxas de telemetria lentas, os dados de formação de imagem das ferramentas de LWD não podem ser transmitidos para a superfície em tempo real a menos que os dados sejam significativamente comprimidos.

f

Diversos métodos de compressão foram desenvolvidos ao longo dos anos para transmitir os dados de imagem de LWD em tempo real. No entanto, estes métodos utilizam técnicas matemáticas genéricas e com perda e tipicamente resultam em uma perda significativa de qualidade de da5 dos.

Uma vez que as imagens de furo de poço são obtidas, a direção de quaisquer leitos inclinados que intersectam o furo de poço são tipicamente determinadas correlacionando manualmente as pontas de centroide nas imagens com as medições absolutas de direção azimutal.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Esta descrição está direcionada a um método de redução de dados, ao invés de um método de compressão de dados, para a transmissão de imagens de furo de poço para a superfície da terra utilizando larguras de banda restritas de sistemas de telemetria de LWD. O método de redução de 15 dados está baseado na física de medição ao invés de algoritmos de compressão matemáticos. Mais especificamente, os dados medidos de um sensor são ajustados, em um processador disposto dentro da ferramenta de perfilagem, para uma função de resposta de sensor predeterminada que relaciona a resposta de sensor a um parâmetro de interesse que inclui as mu20 danças em limites de leito de formação e ângulos de inclinação. Os coeficientes desta relação ajustada são escalados e então telemetrados para a superfície. Os dados reduzidos são reconstruídos na superfície, em um processador de superfície, pela combinação dos coeficientes telemetrados com a função de resposta por meio disto formando os dados reduzidos reconstru25 idos. Este processo conceitualmente gera uma reconstrução dos dados medidos pela ferramenta. Uma imagem de furo de poço ou de uma formação é formada pela combinação de dados reduzidos reconstruídos. Para uma dada largura de banda de telemetria de LWD, a imagem formada na superfície exibe uma resolução superior em relação àquela obtida utilizando os algo30 ritmos de compressão e de descompressão de dados.

Os coeficientes selecionados podem também ser utilizados para identificar os leitos inclinados que intersectam o furo de poço, e ainda deter minar uma direção destes leitos inclinados.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

O modo no qual as características e vantagens acima recitadas, brevemente sumarizadas acima, são obtidas pode ser compreendido em 5 detalhes com referência às modalidades ilustradas nos desenhos anexos.

Figura 1 ilustra um sistema de perfilagem de LWD disposto dentro de um ambiente de perfuração de furo de poço;

figura 2 mostra um exemplo da resposta normalizada de uma ferramenta de raios gama hipotética conforme esta passa através de uma 10 interface entre uma areia limpa e uma formação xistosa;

figura 3 ilustra a resposta de uma ferramenta de densidade de LWD hipotética conforme esta gira a uma profundidade dentro de um furo de poço que é intersectado por dois leitos inclinados;

figura 4 é um fluxograma do método de redução de dados desta 15 invenção;

figura 5 ilustra a economia no número de bits telemetrados pelo método de redução de dados desta invenção;

figura 6 mostra imagens de densidade de massa geradas em uma zona de contraste de densidade média;

figura 7 mostra imagens de densidade de massa geradas em uma zona de contraste de densidade baixa;

figura 8 mostra imagens de densidade de massa geradas em uma zona de contraste de densidade alta;

figura 9 mostra uma imagem de furo de poço de densidade de massa com um coeficiente de ajuste sobreposto e que indica a direção de inclinação de limite de leito;

figura 10 mostra a mesma imagem de furo de poço de densidade de massa com um coeficiente de ajuste sobreposto e que indica um contraste de densidade de leitos inclinados;

figura 11 ilustra a resposta de uma ferramenta de densidade de

LWD hipotética conforme esta gira dentro de um furo de poço que é intersectado por dois leitos inclinados de densidade de 2,30 g/cm³ e 2,10 g/cm³;

I figura 12 ilustra a segunda derivada da curva apresentada na figura 11;

figura 13 é um fluxograma de um algoritmo para medir os parâmetros de leitos inclinados que intersectam um furo de poço; e figuras 14, 14(a) e 14(b) ilustram um mapa de ângulos azimutais de interseção de leitos inclinados como uma função de um azimute e uma profundidade de furo de poço.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS

O sistema de redução de dados será descrito em detalhes utili10 zando as medições de densidade de massa feitas com um sistema de perfilagem de LWD. As medições de raios gama naturais serão também utilizadas na descrição de conceitos básicos do sistema de redução de dados. APARELHO

A figura 1 ilustra um sistema de perfilagem de LWD disposto em um ambiente de perfuração de furo de poço. O componente de instrumento de furo de poço de LWD ou ferramenta do conjunto de furo de poço é designado como um todo pelo número 10, e compreende um alojamento de pressão 11 o qual é tipicamente um colar de perfuração. A ferramenta 10 está disposta dentro de um furo de poço 44 definido por paredes de furo de poço 43 e penetrando na formação terrestre 34. Uma broca de perfuração 12 termina uma extremidade inferior da ferramenta 10, e um conector 30 termina uma extremidade superior da ferramenta. O conector 30 conecta operacionalmente a ferramenta 10 a uma extremidade inferior de uma coluna de perfuração 32. A extremidade superior da coluna de perfuração termina em 25 uma sonda de perfuração rotativa 36, a qual é conhecida na técnica e está conceitualmente ilustrada em 36.

Novamente referindo-se à figura 1, a ferramenta 10 compreende uma seção de raios gama 16 que responde à radiação gama que ocorre naturalmente na formação 34. A seção de densidade de massa compensada 30 está mostrada em 20. Os detalhes das medições de raios gama e de densidade de massa de LWD estão descritos na Patente U.S. Número 6.566.649 B1, Compensação de Retrocesso e Correção de Furo de Poço e Tamanho de Furo de um Novo Sistema de Perfilagem de Densidade I Nêutron de LWD, SPE 77478, M. Mickael et. al, 29 de Setembro - 02 de Outubro, 2002, e Projeto, Calibração, Caracterização e Experiência de Campo de Novas ferramentas de Perfilagem Durante a Operação de Alta Temperatura, Azimu5 tal, e Espectral, SPE 77481, M. Mickael et. al, 29 de Setembro - 02 de Outubro, 2002, as quais estão aqui inseridas nesta descrição por referência. À Ferramenta 10 pode compreender outros elementos que podem ser utilizados para complementar as medições feitas com a seção de raios gama 16 e a seção de densidade 20. Na modalidade mostrada na figura 1, a ferramenta 10 compreende uma seção direcional opcional 24 que provê uma medição em tempo real de ângulo azimutal, portanto provê uma orientação azimutal da ferramenta 10 dentro do furo de poço 44. A ferramenta 10 pode opcionalmente compreender uma seção de sensor auxiliar 14 com um ou mais sensores auxiliares que respondem a uma variedade de parâmetros de ambien15 tes de furo de poço tais como a resistividade e a lentidão acústica.

Ainda referindo-se à figura 1, uma seção de eletrônica 26 provê um circuito de energia e de controle para a seção de raios gama 16, a seção de densidade 20, a seção direcional opcional 24, e quaisquer sensores auxiliares opcionais na seção de sensor auxiliar 14. A energia é tipicamente su20 prida por baterias, mas pode ser suprida por um gerador de turbina alimentado por lama (não mostrado). A seção de eletrônica também compreende um primeiro processador ou um processador de fundo de poço 26a no qual várias computações do método de redução de dados são executadas em tempo real. A seção de eletrônica 26, que inclui o processador de fundo de 25 poço 26a, está operacionalmente conectada a uma primeira unidade de telemetria ou de fundo de poço 28. Os dados dos elementos dentro da ferramenta 10, que incluem os coeficientes utilizados no método de redução de dados, são telemetrados para a superfície 46 da terra por meio de um sistema de telemetria adequado. Os sistemas de telemetria adequados incluem 30 um sistema de pulso de lama, e um sistema de telemetria eletromagnético, ou um sistema de telemetria acústico que utiliza a coluna de perfuração 32 como um conduto de dados. Os dados telemetrados são recebidos por um segundo elemento de telemetria ou superior 38a de preferência disposto em um módulo de equipamento de superfície 38. Conforme o conjunto de furo de poço que compreende a ferramenta de perfilagem 10 é conduzido ao longo do furo de poço 44 pela coluna de perfuração 32. Os dados reduzidos 5 reconstruídos e as imagens de furo de poço resultantes, e outros parâmetros de interesse, são inseridos em um gravador 40. O gravador 40 tabula os dados como uma função de profundidade dentro do furo de poço 44 no qual estes são medidos. A saída de gravador 42 é tipicamente uma perfilagem dos dados como uma função de profundidade de furo de poço.

Tipicamente, cada seção de ferramenta está equipada com um circuito de eletrônica e energia tal como baterias de modo que estas seções possam ser intercambiadas como requerido para montar uma ferramenta de perfilagem de múltiplas seções.

Como anteriormente declarado, o alojamento de ferramenta 11 é tipicamente um colar de perfuração de aço com um conduto através do qual um fluido de perfuração flui. Os elementos da ferramenta 10 conceitualmente ilustrados na figura 1 estão tipicamente dispostos dentro da parede do alojamento de pressão de colar de perfuração 11.

CONCEITOS BÁSICOS

Como anteriormente declarado, os dados medidos pela ferramenta de perfilagem 10 são reduzidos no processador de fundo de poço 26a antes da telemetria ao invés de comprimidos como nos sistemas da técnica anterior. A redução de dados está baseada em uma função de resposta que representa a física de medição da ferramenta de perfilagem 10 ao invés de 25 algoritmos de compressão matemáticos. O conceito de função de resposta de física de medição será ilustrado utilizando os exemplos seguintes.

Uma ferramenta que gira dentro de um furo de poço na ou próximo de uma interface entre duas formações exibe uma resposta similar àquela encontrada com a ferramenta passa por uma interface conforme esta 30 penetra na formação. Uma função de resposta /(x), a qual gera um parâmetro de interesse medido como uma função de profundidade dentro do furo de poço, e frequentemente descrita por uma função sigmoide e dada por w /M=—

1+e ^σ onde:

x = profundidade da medição dentro do furo de poço;

A = o valor medido do parâmetro de interesse na formação antes de aproximar-se da interface;

Xo = a profundidade da interface de limite de leito; e σ = um parâmetro de calibração conhecido proporcional à resolução vertical da ferramenta.

A figura 2 mostra um exemplo da resposta normalizada de uma ferramenta de raios gama hipotética conforme esta passa através de uma interface entre uma areia limpa (formação inferior) e uma formação xistosa (formação superior). As medições estão mostradas para um intervalo de profundidade (abscissa) que varia de XXXO pés a XXX7 pés, com a interface de areia - xisto a uma profundidade de XXX3 pés. A interface é assumida ser perpendicular ao eixo geométrico do furo de poço. O xisto é assumido ter uma taxa de contagem de raios gama natural normalizada (ordenada) de A = 1, e a areia limpa é assumida ter uma taxa de contagem de raios gama natural normalizada de A = 0. A taxa de contagem normalizada medida pela ferramenta de raios gama está ilustrada pelos símbolos de pontos de dados 52, com somente alguns sendo identificados para simplificar a ilustração. A curva 50 é a função de resposta sigmoide da equação (1) e gera um ajuste excelente para os pontos de dados medidos 52. Os coeficientes de função de resposta sigmoide representam ou as quantidades medidas ou as constantes físicas conhecidas da ferramenta. A resposta de dados medida da ferramenta pode portanto ser reconstruída utilizando a função de resposta de física de medição e os valores apropriados para os coeficientes. Apresentado de outro modo, os coeficientes de função de resposta sigmoide, ao invés dos pontos de dados medidos, podem ser telemetrados para a superfície e combinados com a função de resposta para reconstruir a resposta de ferramenta. Esta metodologia reduz as especificações de largura de banda do sistema de telemetria.

I

É instrutivo considerar outro exemplo de redução de dados que é baseado em outra função de resposta de física de medição, ao invés de algoritmos de compressão matemáticos. Neste exemplo, o limite de leito de formação não é perpendicular ao furo de poço, mas intersecta o furo de poço 5 a um ângulo a uma inclinação. Este tipo de estrutura de leito é comumente referido como leitos inclinados. Uma ferramenta de perfilagem hipotética, portanto, responde azimutalmente assim como verticalmente conforme esta atravessa o limite de leito inclinado. A diferença principal entre este exemplo e a resposta de limite de leito horizontal do exemplo anterior é que a fun10 ção de resposta de ferramenta azimutal /(φ) tem um loop fechado devido à natureza de rotação circular da ferramenta de perfilagem de LWD. A resposta azimutal em um limite de leito pode geralmente ser descrita por uma função de resposta de sigmoide dupla dada por (²) /W= (W,+b/2) ¹ (^-c/2) + e ^σ' L 1 + e ^σ>

onde φ = o ângulo azimutal;

A = a resposta de ferramenta máxima para o parâmetro de interesse;

φι e φ₂ = os dois ângulos que definem a interseção de limite de leito do furo de poço;

c = um coeficiente proporcional à abrangência azimutal de um dos leitos; e σι e σ₂ = coeficientes proporcionais à resolução azimutal da ferramenta nas duas formações intersectantes.

Os ajustes entre os dados medidos e a função de resposta sig25 moide dupla da equação (2) são similares àqueles mostrados na figura 2. Como no exemplo anterior, os coeficientes de função de resposta sigmoide dupla, ao invés de pontos de dados de taxa de contagem medidos, podem ser telemetrados para a superfície e combinados com a função de resposta sigmoide dupla para a resposta de ferramenta reconstruída em limites de leito inclinados. Novamente, isto reduz as especificações de largura de banda do sistema de telemetria.

Uma função de resposta de ferramenta /(φ) para ambos os leitos inclinados e horizontais pode também ser descrita por uma função gaussiana modificada

-oM’ (3) /to=4+4₄ ^{e A1} onde φ = o ângulo azimutal;

Ai = um coeficiente que representa o ângulo da interface azimutal medido com relação ao eixo geométrico de furo de poço;

A2 = um coeficiente proporcional à resolução azimutal da ferramenta;

A3 = um coeficiente igual ao contraste entre os dois leitos atravessados;

A4 = um coeficiente que é a diferença de amplitude de resposta de ferramenta entre as duas formações; e

A5 = um coeficiente igual à amplitude de ferramenta de uma das formações.

A figura 3 ilustra a resposta de uma ferramenta de densidade de LWD hipotética conforme esta gira a uma profundidade dentro de um furo de poço que é intersectada por dois leitos inclinados de densidade de 2,37 gramas por centímetro cúbico (g/cm³) e 2,10 g/cm³. A ordenada é a densidade de massa p_b medida pela ferramenta orientada quando orientada a um ângulo azimutal φ (abscissa). Os pontos de dados medidos estão indicados pelos símbolos 62, com somente alguns sendo identificados para simplificar a ilustração. Os valores máximo e mínimo de densidade de massa estão indicados em 66 e 64, respectivamente.

Ainda referindo-se à figura 3, a curva 60 é obtida pelo ajuste da função de resposta Gaussiana modificada da equação (3) aos pontos de dados de densidade de massa medidos 62. Como acima definido, a função de resposta Gaussiana modificada compreende os coeficientes A, onde i = (1, ..., 5). De modo a reduzir os dados medidos para uso efetivo de telemetria, é necessário determinar todos os valores Aj do processo de ajuste. A função de resposta Gaussiana modificada /(φ) é não-linear e encontrar os coeficientes A, pelo ajuste da função de resposta aos dados medidos 62 requer métodos de menores quadrados não-lineares iterativos. Felizmente, os três parâmetros não-lineares da função de resposta Gaussiana modificada (Ai, A₂, e A₃) têm faixas limitadas. Mais especificamente, A-ι e A₂ são ângulos entre 0 e 360 graus e A₃ varia de 1 a 8. Estas limitações tornam a pesquisa não-linear mais fácil e mais rápida. Os coeficientes lineares A4 e A5 podem ser rapidamente determinados de um ajuste de menores quadrados lineares. O processo inteiro é, no entanto, interativo e requer diversas dezenas de iterações para obter os coeficientes A, corretos de ajustes da função de resposta Gaussiana modificada para os dados medidos. Para o exemplo mostrado na figura 3, a função de resposta Gaussiana modificada ajustada para os dados de densidade de massa medidos 62 está representada pela curva 60 e gera os seguintes valores para os coeficientes A<

Ai = 165 graus

A₂ = 77 graus (4) A₃ = 5

A₄ = -0,27 g/cm³

A₅ = 2,37 g/cm³

O ajuste entre os dados e a função de resposta é excelente conduzindo à conclusão que os coeficientes A, acima podem ser utilizados para reconstruir precisamente os dados reduzidos para simular a resposta de dados medida da ferramenta de densidade.

IMPLEMENTAÇÃO

As imagens de furo de poço de baixa resolução, tais como aquelas obtidas de ferramentas de raios gama, de nêutron, e de densidade, principalmente delineiam as interfaces entre as formações (ou leitos) e não podem resolver menores estruturas tais como fraturas ou drusas. Os métodos de redução de dados aqui descritos podem ser utilizados para descrever a maioria das características encontradas por dispositivos de formação de i11 magem de baixa resolução. Ao contrário, os dispositivos de formação de imagem de alta resolução tais como os formadores de imagem de resistividade e acústicos podem resolver as estruturas em uma escala muito menor, e os métodos desta invenção não mais proveem uma representação comple5 ta e precisa da resposta de imagem de ferramenta. A implementação da metodologia de redução de dados desta invenção será apresentada utilizando medidas de densidade de massa como um exemplo.

O perímetro do furo de poço está dividido em um número predeterminado de arcos azimutais ou bins azimutais φ, ao longo dos quais valo10 res correspondentes de densidade ρ(φ,) são medidos. Tipicamente, 16 bins que são iguais e contíguos (isto é, afastados de 22,5 graus) geram uma resolução suficiente ao longo de 360 graus completos de rotação da ferramenta de LWD. Outros números, tamanhos e disposições de bins azimutais podem ser utilizados dependendo das especificações de resolução. Como um 15 exemplo, o número predeterminado de bins azimutais pode ser aumentado se uma resolução azimutal aumentada for requerida. Este aumento não resultará em especificações de telemetria de dados aumentadas já que os dados dos bins são ajustados para a função de resposta Gaussiana modificada no processador de fundo de poço. Com a ferramenta a uma profundidade x 20 dentro do furo de poço, os valores correspondentes de ρ(φ,) são somados ao longo de um intervalo de profundidade predeterminado Δχ conforme a ferramenta é conduzida dentro do furo de poço. O incremento de profundidade é tipicamente de aproximadamente 15,24 cm (6 polegadas). Isto gera um conjunto de valores de medida de densidade de massa ρ_χ(φί) onde (i = 1, 2, ..., 25 16) para 16 bins. A função de resposta Gaussiana modificada da equação (3) é então ajustada para o conjunto de dados ρ_χ(φί), como acima discutido, para gerar um conjunto de coeficientes A_iiX (i = 1, ..., 5) para a profundidade x dentro do furo de poço. Os coeficientes Aj_iX determinados do ajuste nãolinear são de preferência escalados para um número de bits predeterminado, 30 de acordo com os dígitos significativos dos coeficientes, para reduzir o tamanho total do pacote de dados a ser transmitido pelo sistema de telemetria de LWD. Foi determinado que um total de 32 bits pode ser utilizado para i

empacotar os cinco coeficientes com alta precisão independentemente do número de bins utilizados para coletar os dados. Isto provê uma representação de alta fidelidade da imagem em aproximadamente um quarto do tamanho da imagem gravada se os dados forem coletados em 16 bins.

Referindo-se novamente à figura 1, o ajuste acima descrito é executado no processador de fundo de poço 26a. O conjunto de coeficientes Aj.x (i = 1, ..., 5) é então escalado para 32 bits como acima descrito utilizando o processador de fundo de poço 26a, e então transmitido para o equipamento de superfície 38 através da unidade de telemetria de fundo de poço 28 10 cooperando com a unidade de telemetria superior 38a. Na superfície, a função de resposta Gaussiana modificada e o conjunto de coeficientes Aj,_x (i = 1, ..., 5) são inseridos em um segundo processador ou superior (não mostrado) no equipamento de superfície 38 onde estes são utilizados para reconstruir o conjunto de valor de densidade de massa medido ρ_χ(φ,) onde (i = 15 1,2, ..., 16 ou mais) para uma profundidade x no furo de poço 44. A profundidade é incrementada por Δχ e o processo é repetido. Os resultados das medições de densidade de massa reconstruídas são gravados como uma função de profundidade x pelo gravador 40. O resultado desta metodologia é uma imagem 42 de densidade de furo de poço, como será ilustrado e discu20 tido em detalhes em uma seção subsequente desta descrição.

A figura 4 é um fluxograma do método acima. A profundidade x é iniciada em 70. Os valores de densidade de massa de valor de densidade de massa ρ_χ(φί) para uma única revolução da ferramenta são medidos em 71. Os valores de densidade de massa são somados para cada bin ao longo do 25 intervalo de profundidade Δχ para obter ρ_χ(φι) em 72. Os valores de ρ_χ(φι) são ajustados para a função de resposta Gaussiana modificada (equação (3)) para obter Aj,_x (i = 1, ..., 5) em 74. Os valores de Α,_χ são escalados para de preferência 32 bits em 76, e telemetrados para a superfície em 78. Os valores de ρ_χ(φί) são reconstruídos na superfície em 80 e gravados como uma 30 função de profundidade em 82. A profundidade x é incrementada em 84 e o processo é repetido por meio disto gerando um mapa de densidade de massa como uma função de azimute e profundidade de furo de poço. Como an teriormente discutido, os coeficientes telemetrados são combinados na superfície com a função de resposta para formar os dados reduzidos reconstruídos, os quais representam os dados medidos pela ferramenta.

Apesar de outras funções de resposta poderem ser utilizadas tais como a função de resposta sigmoide dupla da equação (2), a função de resposta Gaussiana modificada da equação (3) tem o menor número de coeficientes, e no entanto provê a mesma precisão obtida de funções de resposta mais complicadas. Os cinco coeficientes A, quando escalados para 32 bits tipicamente proveem a precisão requerida das imagens de furo de poço resultantes.

A figura 5 ilustra a economia no número de bits telemetrados conseguida pelo método de reconstrução de dados desta invenção. A ordenada é uma função de erro, em por cento, que é induzida pela transmissão de dados. A abscissa é o número de bits transmitidos ou custo. Os pontos de dados 92 representam o erro versus custo de telemetrar dados nãocomprimidos. Uma curva 90 foi traçada através destes pontos de dados. Pode ser visto que para telemetrar a resposta de ferramenta como 32 bits de dados não-comprimidos em 94, o erro será de aproximadamente 25 por cento como indicado em 99. Para obter um erro de aproximadamente 1 por cento como mostrado em 96, aproximadamente 115 bits de dados nãocomprimidos teriam que ser telemetrados como mostrado em 98. O ponto 93 representa os dados reduzidos utilizando a metodologia desta invenção que utiliza uma escalagem de 32 bits de coeficientes de função de resposta. Pode ser visto que um erro de aproximadamente 1 por cento pode ser obtido com um custo de telemetria de somente 32 bits.

RESULTADOS

1. Imagens de Furo de Poço

Os resultados do método de redução de dados estão ilustrados utilizando as figuras de seis imagens de densidade de massa de furo de poço. Três das seis imagens são geradas utilizando uma escala de densidade de massa estática. A faixa da escala estática é fixa e varia do valor p_b = 2,0 a 3,0 g/cm³. As três imagens restantes são geradas utilizando uma escala de

I densidade de massa dinâmica. As imagens dinâmicas são feitas escalando Pb utilizando diferentes valores mínimo e máximo ao longo de um intervalo de profundidade predeterminado. Esta técnica melhora os detalhes das imagens. Mais ainda, cada figura ilustra as imagens geradas com dados não5 comprimidos, dados reduzidos utilizando a metodologia desta invenção, e dados reduzidos utilizando os algoritmos de compressão matemáticos genéricos. As imagens não-comprimidas ou gravadas são obtidas após a operação de perfuração ser completada baixando os dados azimutais armazenados na ferramenta de fundo de poço. Cada uma das imagens não10 comprimidas, reduzidas e comprimidas está mostrada em um formato tanto estático quanto dinâmico. Tanto as imagens reduzidas quanto comprimidas utilizam 32 bits de dados telemetrados. Todas as imagens representam a densidade de massa utilizando uma escala de cinza com as áreas mais escuras representando os maiores valores. A ordenada é a profundidade x e a 15 abscissa representa o ângulo azimutal de furo de poço φ. As anotações T, R,

B, e L indicam o lado direito superior, inferior e lado esquerdo do furo de poço, respectivamente, e são de preferência determinados utilizando a seção direcional 24 da ferramenta de perfilagem de LWD 10 (ver figura 1). Cada imagem estática ilustra uma curva de densidade de massa de formação mé20 dia obtida das medições de densidade de massa azimutais. Todas as imagens de uma dada figura são medidas ao longo do mesmo intervalo de profundidade.

A figura 6 mostra as imagens estáticas 110, 120 e 130 que representam as imagens gravada, reduzida e comprimida, respectivamente.

As curvas 111, 121 e 131 são perfilagens de densidade de massa média como anteriormente definido. As imagens dinâmicas 140, 150 e 160 representam as imagens gravada, reduzida e comprimida, respectivamente. As imagens abrangem uma sequência de leitos com um contraste de densidade de massa médio. É aparente que as imagens estática e dinâmica 120 e 150 30 exibem uma melhor resolução de leito do que as imagens estática e dinâmica 130 e 160 correspondentes geradas utilizando a metodologia de compressão de dados matemática.

A figura 7 ilustra os resultados em uma zona de contraste de baixa densidade, e mostra as imagens estáticas 114, 124 e 134 que representam as imagens gravada, reduzida e comprimida, respectivamente. As curvas 115, 125 e 125 são perfilagens de densidade de massa média como anteriormente definido. As imagens dinâmicas 144, 154 e 164 representam as imagens gravada, reduzida e comprimida, respectivamente. É novamente aparente que as imagens estática e dinâmica 124 e 154 exibem uma melhor resolução de leito do que as imagens estática e dinâmica 134 e 164 correspondentes geradas utilizando a metodologia matemática de compressão de dados. É, de fato, difícil ver os planos de leito na imagem comprimida 134. A imagem comprimida dinâmica 164 melhor ilustrou os planos de leito, mas é ainda inferior à imagem reduzida dinâmica 154.

A figura 8 ilustra os resultados em uma zona de contraste de alta densidade, e mostra as imagens estáticas 118, 128 e 138 que representam as imagens gravada, reduzida e comprimida, respectiva mente. As curvas 119, 129 e 139 são perfilagens de densidade de massa média como anteriormente definido. As imagens dinâmicas 148, 158 e 168 representam as imagens gravada, reduzida e comprimida, respectivamente. Tanto as imagens estática e dinâmica reduzida e comprimida mostram os planos de leito de alto contraste, mas novamente as imagens reduzidas estática e dinâmica são superiores em resolução em relação às imagens comprimidas estática e reduzida correspondentes.

Para resumir os resultados mostrados nas figuras 6, 7 e 8, a metodologia de redução de dados desta invenção mantém virtualmente todas as características da imagem gravada exceto aquelas que são devidos a rupturas de furo de poço que não se ajustam à equação Gaussiana modificada. No entanto, para as aplicações de geodirecionamento de LWD e Medição Durante a perfuração (MWD) em tempo real, o delineamento de limites de leito é a aplicação primária para a formação de imagem de densidade e de raios gama. A precisão aumentada obtida utilizando a redução de dados é vantajosa para estas aplicações.

I

2. Determinação Automática de Leitos Inclinados

A atenção é novamente direcionada para a função de resposta Gaussiana modificada da equação (3) e os coeficientes de ajuste A (i = 1.....5).

Como anteriormente definido, Ai é um coeficiente que represen5 ta um ângulo da interface azimutal medido com relação ao eixo geométrico de furo de poço. Mais especificamente, Ai é um centroide que é a posição azimutal exata das pontas de uma senoide que representa a resposta de ferramenta à interface de leito inclinado. A posição deste centroide é, portanto, requerida para colocar a senoide na posição azimutal correta, por meio 10 disto identificando a direção de inclinação de leito. Pequenos erros na colocação da senoide podem resultar em grandes erros na determinação direcional de uma inclinação de leito. O parâmetro Ai é, portanto, utilizado para determinar precisamente a direção de inclinação na metodologia de captação de inclinação automática desta invenção.

Como anteriormente definido, A₄ é um coeficiente que é a diferença de amplitude de resposta de ferramenta entre duas formações. Se leitos inclinados de densidades contrastantes intersectarem o furo de poço, A₄ representa a diferença de densidade máxima ou contraste de densidade destes leitos. As variações no coeficiente A₄ podem, portanto, ser utilizadas 20 para identificar a presença de leitos inclinados. Dos valores Ai e A₄, a existência de, e a direção de leitos inclinados pode ser determinada automaticamente como uma função de profundidade dentro do furo de poço sem a necessidade de identificar manualmente as pontas de senoide em uma imagem de furo de poço.

A figura 9 é uma imagem de furo de poço de densidade de massa 170 gerada como discutido na seção anterior desta descrição e utilizando uma faixa de densidade de massa estática variando de 2,2 a 2,8 g/cm³. Os valores de densidade utilizados para criar a imagem estão apresentados utilizando uma escala de cinza com as áreas mais escuras representando os 30 maiores valores. Deve ser compreendido que esta convenção pode ser invertida, com as áreas mais claras representando os maiores valores. A ordenada é novamente a profundidade x e a abscissa representa o ângulo a zimutal de furo de poço φ que varia de um ângulo de referência 0 a 360 graus. Os ângulos azimutais são de preferência medidos com relação a um ângulo de referência absoluto tal como o norte verdadeiro em poços verticais ou lado alto em poços horizontais. O ângulo de referência absoluto e outros ângulos azimutais são de preferência determinados utilizando a seção direcional 24 da ferramenta de perfilagem de LWD 10 (ver figura 1). A curva 172 representa o coeficiente Ai com uma escala variando de 0 a 360 graus. Uma observação visual da imagem 170 mostra claramente as interfaces de limite de leito inclinadas a aproximadamente 180 graus. A curva 172, a qual varia ligeiramente de um valor de 180 graus (ver escala inferior para Ai) como uma função de profundidade x, verifica quantitativamente esta observação. É notado que a imagem 170 não é necessária para determinar a direção de inclinação de leito, mas está provida somente para mostrar a eficiência do coeficiente Ai na provisão de uma indicação direcional precisa que não requer nenhum exame subjetivo da imagem.

A figura 10 é a mesma imagem de furo de poço de densidade de massa 170 como mostrado na figura 9, com a faixa de densidade de massa estática novamente variando de 2,2 a 2,8 g/cm³. A curva 176 representa o coeficiente A4 com uma escala variando de -0,4 a +0,4 g/cm³. A profundidades x onde o contraste de densidade varia de zero, o valor correspondente de A4 é maior ou menor do que zero. Ao contrário, a profundidades x onde o contraste de densidade se aproxima ou é de zero, o valor correspondente de A₄ é menor ou zero. Apresentado de outro modo, os valores de A₄ maiores do que ou menores do que zero indicam que as interfaces de leito inclinado intersectam o furo de poço. É novamente notado que a imagem 170 não é necessária para determinar o contraste de densidade dos leitos inclinados, mas está provida somente para mostrar a eficiência do coeficiente A₄ na provisão de uma indicação direcional precisa que não requer nenhum exame subjetivo da imagem.

A figura 11 ilustra a resposta 180 de uma ferramenta de densidade de LWD hipotética conforme esta gira a uma profundidade x dentro de um furo de poço que está intersectado por dois leitos inclinados de densida18

I de de 2,30 gramas por centímetro cúbico (g/cm³) e 2,10 g/cm³. A ordenada é a densidade de massa ρ_χ(φ,) medida pela ferramenta orientada quando orientada a um ângulo azimutal φ, (abscissa). Utilizando uma convenção de notação anteriormente definida, o subscrito i indica os bins azimutais, nos 5 quais a medição de densidade é feita. Os pontos de dados medidos estão indicados pelos símbolos 182, com somente alguns sendo identificados para simplificar a ilustração. É aparente que a direção de inclinação é de aproximadamente 180 graus como indicado pelo mínimo na curva 180. Como anteriormente discutido, a curva 180 é obtida pelo ajuste da função de resposta 10 Gaussiana modificada da equação (3) aos pontos de dados de densidade de massa medidos 182.

A figura 12 ilustra a curva 181 a qual é a segunda derivada da curva 180 apresentada na figura 11. A ordenada é d²px^j)/d^i)² e a abscissa é novamente φ>. As segundas derivadas dos pontos de dados medidos estão 15 indicadas pelos símbolos 186, novamente com somente alguns sendo identificados para simplificar a ilustração. Os cruzamentos zero 190a e 190b da curva 181 são os ângulos azimutais φΊ e φ₂ (definidos na equação (2)) nos quais a interface de limite de leito intersecta o furo de poço a uma profundidade x.

Para resumir, um primeiro coeficiente de ajuste (Ai) e um segundo coeficiente de ajuste (A₄) para uma função de resposta Gaussiana modificada são examinados como uma função de profundidade. Variações no coeficiente A₄ que são maiores ou menores do que zero indicam uma interface de leito inclinado que intersecta o furo de poço. A magnitude do coe25 ficiente Ai (90 a 360 graus) indica a direção de inclinação de leito em relação a um ângulo de referência azimutal predeterminado. Finalmente, os cruzamentos zero da segunda derivada υ²ρχ(φί)/ά(φί)² geram os ângulos azimutais φι e φ2 nos quais a interface de limite de leito intersecta o furo de poço a uma profundidade x.

A figura 13 é um fluxograma do método acima para medir automaticamente os parâmetros de leitos inclinados que intersectam um furo de poço. A profundidade x é iniciada em 200. Os valores de densidade de mas19 sa ρχ(φι) para uma única revolução da ferramenta são medidos em 202. Os valores de densidade de massa são somados para cada bin i ao longo do intervalo de profundidade Δχ para obter ρ_χ(φί) em 204. Os valores de Ai e A₄são determinados do ajuste dos valores de ρ_χ(φί) para a função de resposta 5 Gaussiana modificada em 206. A₄ é verificado em 208 quanto a valores maiores ou menores do que zero. Se nenhuma variação de zero for encontrada, não existe nenhuma interface de leito inclinado intersectante na profundidade x. A profundidade é, portanto, incrementada em 216 e o processamento retorna para a etapa 202. Se uma variação de zero em A₄ for detectada, 10 uma interface de leito inclinado está intersectando o furo de poço. A segunda derivada d²px^j)/d^i)² é computada em 210 e os ângulos azimutais de cruzamento zero, φι e φ2, são determinados em 212. Os parâmetros de interesse são gravados com uma função de profundidade x em 214, a profundidade é incrementada em 216, e o processamento é retornado para etapa 202.

Este processo é repetido por meio disto gerando um ou mais mapas de imagem de mudanças em densidade de massa e direção de leitos inclinados como mostrado nas figuras 9 e 10. As computações são de preferência executadas no processador de fundo de poço 26a (ver figura 1) com os resultados sendo telemetrados para o equipamento de superfície 38 e subsequen20 temente para o gravador 40 no qual o mapa é gerado.

Utilizando o algoritmo na figura 13, um mapa de ângulos azimutais de interseção de leitos inclinados como uma função de azimute e profundidade de fundo de poço pode ser gerado. A figura 14 mostra um exemplo de tal mapa de imagem. A imagem esquerda é uma porção da mesma 25 imagem 170 de mudanças em densidade de massa como uma função de ângulo azimutal mostradas nas figuras 9 e 10. A imagem direita é a mesma imagem 170 com linhas 191a e 191b para cada incremento de profundidade Δχ estendendo do ângulo azimutal 0 e 360 para os ângulos azimutais de cruzamento zero φ-ι e φ₂, respectivamente (ver figura 12). Os detalhes desta 30 apresentação de imagem são mais claramente vistos no inserto expandido da figura 14^a, a qual ilustra uma linha 191a a cada intervalo de profundidade Δχ que estende de φ₁ = 0 a zero para o ângulo de cruzamento φ-ι identificado

I em 190a. Do mesmo modo, o inserto expandido da figura 14b a qual ilustra uma linha 191b a cada intervalo de profundidade Δχ que estende de φ-ι = 360 graus para o ângulo de cruzamento zero Φ2 identificado em 190b. É aparente que o lado direito da figura 14 proveja uma imagem que apresenta claramen5 te a geometria de leitos intersectantes. É novamente notado que nenhuma análise manual da imagem de densidade seja requerida para gerar este mapa de imagem.

A descrição acima deve ser considerada como ilustrativa e nãorestritiva, e a invenção está limitada somente pelas reivindicações que se10 guem.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para reduzir os dados de imagem de furo de poço medidos, caracterizado pelo fato de que compreende:

ajustar os ditos dados de imagem de furo de poço medidos a uma função de resposta azimutalmente dependente, a função de resposta representando física de medição da ferramenta de perfilagem;

determinar os coeficientes de função de resposta do dito ajuste;

escalar os ditos coeficientes para um número de bits predeterminado; em que os ditos coeficientes escalados combinados com a dita função de resposta representam os ditos dados medidos reduzidos; e reconstruir uma imagem de furo de poço representativa dos dados de imagem do furo de poço através da combinação entre os coeficientes escalados e a função de resposta.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita função de resposta é uma função Gaussiana modificada que compreende cinco ditos coeficientes, e em que os cinco ditos coeficientes incluem:

A1 = um coeficiente representando um ângulo da interface azimutal medido com relação ao eixo geométrico de furo de poço;

A2 = um coeficiente proporcional à resolução azimutal da ferramenta de perfilagem;

A3 = um coeficiente igual ao contraste entre os dois leitos atravessados;

A4 = um coeficiente que é a diferença de amplitude de resposta de ferramenta entre duas formações; e

A5 = um coeficiente igual à amplitude de ferramenta de uma das formações.
3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os ditos dados de imagem de furo de poço medidos compreendem as respostas de um sensor de ferramenta de perfilagem em uma pluralidade de bins azimutais.
4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo

Petição 870190071845, de 26/07/2019, pág. 6/15 fato de que ainda compreende escalar os ditos cinco coeficientes para 32 bits.
5. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que:

os ditos dados de imagem de furo de poço são dados azimutais e são medidos dentro de um furo de poço enquanto perfurando o dito furo de poço;

a variação em um segundo dos ditos coeficientes de função de resposta indica uma interface de leito inclinado que intersecta o dito furo de poço; e a magnitude de um primeiro dos ditos coeficientes de função de resposta indica a direção azimutal da dita interface de leito inclinado.
6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que os cruzamentos zero de uma segunda derivada da dita função de resposta de ajuste geram os ângulos azimutais nos quais a dita interface de limite de leito intersecta o dito furo de poço.
7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende realizar telemetria e reconstruir os dados azimutais reduzidos representativos da imagem de furo de poço por:

prover uma primeira unidade de telemetria com os ditos coeficientes escalados;

realizar telemetria dos ditos coeficientes escalados da dita primeira unidade de telemetria para uma segunda unidade de telemetria; e combinar os ditos coeficientes escalados recebidos pela dita segunda unidade de telemetria com a dita função de resposta para reconstruir os ditos dados reduzidos assim formando a dita imagem de furo de poço.
8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas adicionais de:

prover um primeiro processador;

determinar os ditos coeficientes do dito ajuste no dito primeiro processador;

Petição 870190071845, de 26/07/2019, pág. 7/15 prover um segundo processador; e combinar, com o dito segundo processador, os ditos coeficientes escalados recebidos pela dita segunda unidade de telemetria com a dita função de resposta para reconstruir os ditos dados reduzidos.
9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que ainda compreende:

dispor a dita primeira unidade de telemetria e o dito primeiro processador em uma ferramenta de perfilagem; e dispor a dita segunda unidade de telemetria e o dito segundo processador em um equipamento de superfície; em que a dita ferramenta de perfilagem e o dito equipamento de superfície estão operacionalmente conectados por uma coluna de perfuração.
10. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 8, caracterizado pelo fato de que a dita função de resposta é uma função Gaussiana modifi- cada que compreende cinco ditos coeficientes e da forma:

- 0.5| f {Φ)= ^A5 + ^A4^e \Φ-A1| a₂ em que:

φ é o ângulo azimutal;

Ai é um coeficiente representando um ângulo de interface azimutal com um leito inclinado, o ângulo de interface azimutal sendo medido com relação ao eixo longitudinal do furo de poço;

A2 é um coeficiente proporcional a uma resolução azimutal da ferramenta;

A3 é um coeficiente indicativo de um contraste entre dois leitos atravessados;

A4 é um coeficiente indicativo de uma diferença de amplitude de resposta de ferramenta entre duas formações; e

A5 é um coeficiente indicativo de uma amplitude de resposta de ferramenta de uma das formações.
11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que:

os ditos dados azimutais medidos são um parâmetro de interes

Petição 870190071845, de 26/07/2019, pág. 8/15 se de furo de poço; e os ditos dados reduzidos reconstruídos são combinados para formar uma imagem de furo de poço do dito parâmetro de interesse de furo de poço.
12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o dito número de bits predeterminado é determinado pela precisão requerida da dita imagem de furo de poço.
13. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o dito número de bits predeterminado é determinado pela resolução requerida da dita imagem de furo de poço.
14. Aparelho para realizar telemetria e reconstruir dados reduzidos representativos de uma imagem de furo de poço, caracterizado pelo fato de que compreende:

um primeiro processador;

uma primeira unidade de telemetria que coopera com o dito primeiro processador;

uma segunda unidade de telemetria operacionalmente conectada à dita primeira unidade de telemetria; e um segundo processador que coopera com a dita segunda unidade de telemetria; em que o dito primeiro processador está pré-programado para:

- ajustar os dados medidos representativos de uma imagem de furo de poço a uma função de resposta, em que a função de resposta é uma função de azimute de furo de poço

- determinar os coeficientes da dita função de resposta do dito ajuste, e

- escalar os ditos coeficientes para um número de bits predeterminado;

o dito segundo processador está pré-programado para:

- receber os ditos coeficientes escalados telemetrados da dita primeira unidade de telemetria para a dita segunda unidade de telemetria, e

- combinar os ditos coeficientes escalados com a dita função de

Petição 870190071845, de 26/07/2019, pág. 9/15 resposta para reconstruir os ditos dados reduzidos, assim gerando a dita imagem de furo de poço.
15. Aparelho de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que:

o dito primeiro processador e a dita primeira unidade de telemetria estão dispostos em uma ferramenta de perfilagem que opera dentro de um furo de poço;

o dito segundo processador e a dita segunda unidade de telemetria estão dispostos em um equipamento de superfície; e a dita ferramenta de perfilagem e o dito equipamento de superfície estão operacionalmente conectados por uma coluna de perfuração.
16. Aparelho de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro processador está adicionalmente préprogramado para:

medir a variação em um segundo dos ditos coeficientes de função de resposta;

medir uma magnitude de um primeiro dos ditos coeficientes de função de resposta;

identificar uma interface de leito inclinado que intersecta o dito furo de poço da dita variação do dito segundo coeficiente de função de resposta; e computar a direção azimutal da dita interface de leito inclinado da dita magnitude do dito segundo coeficiente de função de resposta.
17. Aparelho de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro processador está adicionalmente préprogramado para:

computar uma segunda derivada da dita função de resposta ajustada;

determinar os cruzamentos zero da dita segunda derivada; e determinar dos ditos cruzamentos zero os ângulos azimutais nos quais a dita interface de limite de leito intersecta o dito furo de poço.
18. Aparelho de acordo com a reivindicação 15, caracterizado

Petição 870190071845, de 26/07/2019, pág. 10/15 pelo fato de que ainda compreende:

um sensor disposto na dita ferramenta de perfilagem; em que os ditos dados medidos são respostas do dito sensor para um parâmetro de interesse de furo de poço; e

5 os ditos dados reduzidos reconstruídos são combinados para formar uma imagem de furo de poço do dito parâmetro de interesse de furo de poço.