MXPA05007412A - Aparato y sistema para la localizacion de pozos y caracterizacion de reservorios. - Google Patents

Abstract

Un conjunto de resistividad que tiene un diseno modular incluye un modulo transmisor con por lo menos una antena, en donde el modulo transmisor tiene conectores en ambos extremos adaptados para conectarse con otras herramientas del fondo de la perforacion; y un modulo receptor con por lo menos una antena, en donde el modulo transmisor tiene conectores en ambos extremos adaptados para conectarse con otras herramientas del fondo de la perforacion; y en donde el modulo transmisor y el modulo receptor estan separados en una cadena de perforacion y separados por al menos una herramienta del fondo de la perforacion. Cada modulo transmisor y receptor puede comprender por lo menos una bobina de antena con una orientacion de momento magnetico no limitada a la direccion longitudinal de la herramienta. Podra seleccionarse una separacion entre el modulo transmisor y receptor en base al espesor esperado del reservorio.

Description

APARATO Y SISTEMA PARA LA LOCALIZACIÓN DE POZOS Y CARACTERIZACIÓN DE RESERVORIOS REFERENCIA A SOLICITUDES RELACIONADAS Esta invención reivindica el beneficio, bajo 35 U.S.C. §119, de la solicitud provisoria U.S. serie No. 60/587689 presentada el 14 de julio de 2004. La divulgación de esta solicitud provisoria se incorpora por referencia en su totalidad.

ANTECEDENTES Campo de la invención Esta invención se refiere al campo de la exploración subterránea y, más particularmente, a técnicas para determinar parámetros subterráneos y localización de pozos. La invención tiene aplicación general en la técnica de la diagrafía de sondeos, pero la invención es particularmente útil en la adquisición de registros durante la perforación (LWD), medición durante la perforación (MWD), y aplicaciones en perforación direccional (direccionamiento geológico).

Técnica anterior Herramientas de registro electromagnético (EM) han sido empleadas durante muchos años en el campo de la exploración subterránea. Cada uno de estos instrumentos o herramientas de registro tiene un soporte alargado equipado con antenas que pueden operarse como fuentes (transmisores) o sensores (receptores). Las antenas en estas herramientas están formadas generalmente como lazos o bobinas de alambres conductores. En operación, se energiza una antena transmisora mediante una corriente alterna para emitir energía EM a través del fluido del pozo de sondeo ("lodo") y en las formaciones circundantes. La energía emitida interactua con el pozo de sondeo y la formación, para producir señales que son detectadas y medidas por una o más antenas receptoras. Las señales detectadas reflejan las interacciones con el Iodo y la formación. Las mediciones también son afectadas por invasión del filtrado de lodo que modifica las propiedades de la roca cerca del pozo de perforación. Por el procesamiento de los datos de señales detectadas se determinan una diagrafía o perfil de la formación y/o las propiedades del pozo de sondeo. El procesamiento de los parámetros subterráneos medidos se realiza a través de un procedimiento conocido como una técnica de inversión. El procesamiento de inversión incluye generalmente hacer una estimación inicial, o modelo, de la geometría de formaciones de suelos, y las propiedades de las formaciones, que rodean al instrumento de registro del pozo. Los parámetros iniciales del modelo pueden derivarse de varias formas conocidas en la técnica. Se calcula una respuesta del instrumento de registro esperada basada en el modelo inicial. La respuesta calculada es comparada luego con la respuesta medida del instrumento de registro. Diferencias entre la respuesta calculada y la respuesta medida son usadas para ajustar los parámetros del modelo inicial. El modelo ajustado es usado para calcular nuevamente una respuesta esperada del instrumento de registro de sondeos. La respuesta esperada para el modelo ajustado es comparada con la respuesta medida del instrumento, y cualquier diferencia entre ellas es usada para ajustar nuevamente el modelo. Este procedimiento se repite generalmente hasta que las diferencias entre la respuesta esperada y la respuesta medida caen por debajo de un umbral preseleccionado. La patente U.S. No. 6.594.584 describe técnicas modernas de inversión y es incorporada en la presente por referencia en su totalidad. La localización del pozo en tiempo real usando mediciones de resistividad fue usada por la industria desde la disponibilidad de las herramientas de LWD y MWD. Esta aplicación es conocida comúnmente como direccionamiento geológico. En el direccionamiento geológico se realiza la estimación de la posición del pozo de sondeo en tiempo real con respecto a marcadores geológicos conocidos a través de la correlación de características del perfil de resistividad. Debido a la localización cercana típica de los sensores de resistividad de una herramienta de LWD a lo largo del collar de perforación, se obtiene sólo sensibilidad radial limitada, limitando de este modo la extensión del conocimiento y estimación del modelo de formación geológica. Sólo con la introducción de sensores con distancia de transmisión recepción en decenas de metros, podrá obtenerse una sensibilidad radial mayor. La herramienta de inducción de Schlumberger de resistividad ultra profunda (UDR) de LWD, con gran separación transmisor receptor en decenas de metros ha sido probada con éxito. Una aplicación de la herramienta fue la de determinar la ubicación de un contacto aceite-agua (OWC) alejado 7-11 m del recorrido del pozo. La patente U.S. No. 6.188.222, titulada " ethod and Apparatus for Measuring Resistivity of an Earth Formation" y publicada por Seydoux y col., y la solicitud de patente U.S. serie No. 10/707.985, titulada "Systems for Deep Resistivity While Drilling for Proactive Geosteering" por Seydoux y col. proveen una descripción adicional de estas herramientas y el uso de las mismas. La patente No. 6.182.222 y la solicitud No. 10/707.985 son cedidas al cesionario de la presente invención y son incorporadas por referencia en su totalidad. La configuración de la herramienta básica de resistividad ultra profunda de LWD comprende dos subs de perforación independientes (uno transmisor y uno receptor) que están ubicados en un BHA entre otras herramientas de perforación para permitir una gran separación transmisor-receptor. Las mediciones básicas obtenidas con esta herramienta consisten en amplitudes de inducción a varias frecuencias, para permitir la detección de varios límites de capas de formaciones con contrastes de resistividad que tienen un rango amplio de resistividades. Las mediciones se usan para invertir para un modelo de formación parametrizado óptimo que da el mejor ajuste entre las mediciones reales de herramientas y las mediciones esperadas para la herramienta en un modelo de formación como este.

La Figura 1 muestra un ejemplo de una herramienta de MWD en uso. En la configuración de la Figura 1 una cadena de perforación 10 incluye generalmente una varilla de arrastre 8, tramos de tubos de perforación 11 , y collares de perforación 12, como se muestran suspendidos en un pozo de sondeo 13 que es perforado a través de una formación de suelo 9. Un trépano 14 en el extremo inferior de la cadena de perforación es girado por el eje de accionamiento 15 conectado con el conjunto de motor de perforación 16. Este motor es accionado por Iodo de perforación que circula hacia abajo a través del orificio de la cadena de perforación 10 y retorna a la superficie a través del anillo del pozo de sondeo 3a. El conjunto de motor 16 incluye una sección motriz (rotor/estator o turbina) que acciona el trépano y un alojamiento acodado 17 que establece un pequeño ángulo de curvado en su punto de doblado que hace que el pozo de sondeo se curve en el plano del ángulo de curvado y establezca gradualmente una nueva inclinación del pozo de sondeo. El alojamiento acodado puede ser un dispositivo de ángulo fijo, o puede ser un conjunto de superficie ajustabie. El alojamiento acodado puede ser también un conjunto de fondo de la perforación ajustabie como se revela en la patente U.S. No. 5.117.927 que se incorpora en la presente por referencia. Alternativamente, el conjunto de motor 16 puede incluir un alojamiento recto y puede usarse en asociación con un sub curvo conocido en la técnica y ubicado en la cadena de perforación encima del conjunto de motor 16 para proveer el ángulo de doblado. Encima del conjunto de motor 16 en esta cadena de perforación se encuentra una herramienta de MWD 18 convencional que tiene sensores que miden varios parámetros del fondo de la perforación. Los parámetros de la perforación, del trépano y de la formación del suelo son los tipos de parámetros medidos por el sistema de MWD. Los parámetros de perforación incluyen la dirección e inclinación del BHA. Los parámetros del trépano incluyen mediciones, tales como el peso en el trépano (WOB), torque en el trépano y velocidad del eje de accionamiento. Los parámetros de la formación incluyen mediciones, tales como emisión natural de rayos gama, resistividad de las formaciones y otros parámetros que caracterizan la formación. Señales de medición, representativas de estos parámetros y características del fondo de la perforación, tomadas por el sistema de MWD son telemedidas a la superficie por transmisores en tiempo real o registradas en la memoria para usar cuando el BHA es llevado de vuelta a la superficie. Aunque las herramientas de resistividad de lectura profunda de la técnica anterior (tal como UDR) probaron ser invalorables en aplicaciones de direccionamiento geológico, existe aún una necesidad de otras herramientas de resistividad de lectura profunda mejoradas que pueden usarse en direccionamiento geológico y/u otras aplicaciones.

SÍNTESIS Un aspecto de la invención se refiere a un conjunto de resistividad que tiene un diseño modular. Un conjunto de resistividad de acuerdo con una forma de realización de la invención incluye un módulo transmisor con por lo menos una antena, en donde el módulo transmisor tiene conectores en ambos extremos adaptados para conectarse con otras herramientas del fondo de la perforación; y un módulo receptor con por lo menos una antena, en donde el módulo transmisor tiene conectores en ambos extremos adaptados para conectarse con otras herramientas de fondo del la perforación; y en donde el módulo transmisor y el módulo receptor están separados en una cadena de perforación y separados por al menos una herramienta del fondo de la perforación. Cada módulo transmisor y receptor puede comprender por lo menos una bobina de antena con una orientación de momento magnético no limitada a la dirección longitudinal de la herramienta. En el caso de más de una antena, todos los vectores de orientación de antenas podrán ser linealmente independientes. Un juego de vectores es linealmente independiente si y sólo si la matriz construida de concatenar horizontalmente la componente de vector tiene un rango igual al número de vectores. Otro aspecto de la invención se refiere a herramientas de resistividad. Una herramienta de resistividad de acuerdo con una forma de realización de la invención incluye un cuerpo de herramienta adaptado para moverse en un pozo de sondeo; y por lo menos tres módulos (subs) dispuestos en el cuerpo de la herramienta, en donde los por lo menos tres módulos no están separados igualmente a lo largo del eje longitudinal del cuerpo de la herramienta, de modo que una combinación de los por lo menos tres módulos comprende un conjunto de resistividad de diferentes separaciones. Otro aspecto de la invención se refiere a herramientas de resistividad. Una herramienta de resistividad de acuerdo con una forma de realización de la invención incluye un cuerpo de herramienta adaptado para moverse en un pozo de sondeo; un sensor de resistividad dispuesto en el cuerpo de la herramienta y que comprende una pluralidad de módulos que forman por lo menos un conjunto; y una antena adicional dispuesta en el cuerpo de la herramienta y separada del sensor de resistividad a lo largo de un eje longitudinal del cuerpo de la herramienta, en donde el módulo adicional y uno de la pluralidad de módulos en el sensor de resistividad forma un conjunto que tiene una separación mayor de aproximadamente 90 pies.

Otro aspecto de la invención se refiere a herramientas de adquisición de registros durante la perforación. Una herramienta de adquisición de registros durante la perforación de acuerdo con una forma de realización de la invención incluye un trépano dispuesto en un extremo de una cadena de perforación; un primer módulo dispuesto en la cadena de perforación próximo al trépano o en el trépano, y por lo menos un módulo adicional dispuesto en la cadena de perforación, y separado del primer módulo, en donde el primer módulo tiene por lo menos una antena con orientación del momento magnético no limitada a la dirección longitudinal, y en donde el por lo menos un módulo adicional comprende tres antenas cuyas orientaciones del momento magnético son linealmente independientes. Otro aspecto de la invención se refiere a métodos para mediciones de resistividad en las formaciones. Un método para mediciones de resistividad en las formaciones de acuerdo con una forma de realización de la invención incluye transmitir energía electromagnética en una formación usando una antena transmisora en un conjunto de resistividad, en donde la transmisión se realiza con una pluralidad de frecuencias de acuerdo con un esquema de pulsos seleccionado; y detectar, para cada una de la pluralidad de frecuencias, una señal inducida en una antena receptora separada de la antena transmisora en el conjunto de resistividad. Otro aspecto de la invención se refiere a métodos para diseñar un conjunto de resistividad. Un método para diseñar un conjunto de resistividad de acuerdo con una forma de realización de la invención incluye estimar un espesor de un reservorio; y disponer un transmisor y un receptor en una cadena de perforación de modo que una separación entre el transmisor y el receptor no sea menor del espesor estimado del reservorio. Otros aspectos de la invención serán evidentes de la descripción siguiente y las reivindicaciones adjuntas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 muestra un equipo y una cadena de perforación de la técnica anterior que pueden usarse con una forma de realización de la invención. La Figura 2 muestra un conjunto de resistividad de acuerdo con una forma de realización de la presente invención. La Figura 3 muestra un conjunto de resistividad de acuerdo con otra forma de realización de la presente invención La Figura 4 muestra ejemplos de profundidad de investigación para una medición de amplitud de 10 kHz obtenida con varias distancias transmisor-receptor de acuerdo con una forma de realización de la presente invención. La Figura 5 muestra un conjunto de resistividad de acuerdo con una forma de realización de la presente invención. La Figura 6 muestra un conjunto de resistividad de acuerdo con una forma de realización de la presente invención. Las Figuras 7A y 7B muestran respuestas de amplitud de conjuntos de resistividad de la técnica anterior convencionales. Las Figuras 7C y 7D muestran respuestas de amplitud de conjuntos de resistividad de acuerdo con una forma de realización de la presente invención. La Figura 8 muestra un método de secuenciación de acuerdo con una forma de realización de la presente invención. La Figura 9 muestra un conjunto de resistividad de acuerdo con una forma de realización de la presente invención. La Figura 10 muestra un módulo de antena de acuerdo con una forma de realización de la presente invención. Las Figuras 11A-11 F muestran varias mediciones para un límite plano con contraste de resistividad de acuerdo con una forma de realización de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA Las formas de realización de la invención se refieren a conjuntos de resistividad que tienen propiedades mejoradas. Algunas formas de realización de la invención se refieren a métodos para usar estas herramientas en la evaluación de formaciones. Las formas de realización de la invención pueden permiten inversión para modelos de formación más complicados (es decir, modelo de formación con más parámetros) y/o pueden mejorar la robustez de la inversión de la medición de la resistividad (reducción incierta). Algunas formas de realización de la invención pueden aumentar la flexibilidad de la evaluación de la resistividad de la formación proporcionando más mediciones, pudiendo cada una de las cuales tener diferentes respuestas a diferentes modelos de formaciones. Algunas formas de realización de la invención proveen conjuntos de resistividad que tienen un diseño modular. El diseño modular facilita el ajuste de diferentes configuraciones de herramientas para diferentes requerimientos de mediciones. Por ejemplo, extendiendo el número de combinaciones transmisor, receptor (por ejemplo, una forma de realización con cuatro transmisores y un receptor, formando cuatro conjuntos transmisor-receptor), podrán obtenerse más profundidades de investigación. Algunas formas de realización de la invención pueden incluir antenas que pueden funcionar como un transceptor (es decir, como un transmisor y un receptor). Esto provee además flexibilidad de configuración de la herramienta. En esta implementación, para el mismo número de módulos, podrá alcanzarse un mayor número de combinaciones transmisor, receptor. También podrá alcanzarse la simetrización de la medición direccional, sin extender la longitud de la herramienta de un modo similar a la publicada en la solicitud de patente U.S. No. 2003/0085707 A1 , de Minerbo y col. Algunas formas de realización de la invención se refieren a herramientas que tienen un sub transmisor a una gran distancia del receptor (por ej. > 90 pies) para permitir sensibilidad selectiva a la complejidad del reservorio. Tal forma de realización puede tener un sub transmisor energizado independientemente colocado fuera de (lejos de) un conjunto de fondo de pozo convencional. Algunas formas de realización de la invención se refieren a la localización de un transmisor sobre o dentro del trépano, o muy cerca del trépano, para capacidad de adelantamiento. Tal forma de realización puede tener un sistema energizado independientemente y capacidad de comunicación de datos. Algunas formas de realización de la invención se refieren a tener por lo menos un módulo ubicado en un pozo o pozo de sondeo separado. Algunas formas de realización de la invención se refieren a métodos de evaluación de la resistividad de la formación usando frecuencias de medición a medida de la formación esperada. El rango de frecuencias, por ejemplo, puede ser de hasta 200 kHz. Algunas formas de realización de la invención se refieren a combinar módulos de la invención con conjuntos de resistividad de LWD existentes. Algunas formas de realización de la invención se refieren a diseños de bobinas que tienen múltiples espiras para permitir el uso de la misma antena para un amplio rango de frecuencias. Las múltiples espiras pueden estar conectadas en serie o paralelo. Algunas formas de realización de la invención se refieren a la extensión de la medición de la amplitud con respecto a la fase, fase relativa y amplitud como así también al desfasaje y a la atenuación (propagación) que requiere un sub para incluir dos antenas receptoras con separación relativamente grande en el rango de diez pies. Algunas formas de realización de la invención se refieren a la implementación de antenas direccionales (co-ubicadas o muy cercas) con o sin protecciones metálicas.

Modularidad de la herramienta Algunas formas de realización de la invención se refieren a conjuntos de resistividad que tienen diseños modulares. Como se usa en la presente, un "conjunto de resistividad" es una configuración que incluye por lo menos un módulo receptor y por lo menos un módulo transmisor unidos en diferentes ubicaciones en una cadena de perforación. El diseño modular permite colocar las antenas transmisoras y receptoras en varias ubicaciones dentro de un BHA, o en ubicaciones en la cadena de perforación por encima del BHA. Por ejemplo, la Figura 2 muestra un conjunto de resistividad que incluye cuatro módulos transmisores 21 , 22, 23, 24 y un módulo receptor 25 ubicados entre otras herramientas de LWD o MWD 27, 28, 29, 30 en un BHA. Insertando módulos transmisores y/o receptores en diferentes ubicaciones en un BHA estándar, como se muestra en la Figura 2, o en una cadena de perforación, podrán implementarse profundidades de investigación específicas para optimizar el procedimiento de inversión de modelo de la formación que usa tales mediciones de resistividad profunda. Por ejemplo, en una forma de realización, el módulo transmisor 21 puede estar aproximadamente a 90 a 100 pies del módulo receptor 25. Adicionalmente, podrán ubicarse uno o más módulos en un pozo de sondeo cercano para proveer un conjunto de gran separación. La solicitud No. 10/707985 arriba mencionada revela un conjunto de resistividad ultra profunda que puede incluir módulos transmisores y receptores. La solicitud No. 10/707985 comenta la relación entre profundidad de investigación ("DOI") y la separación entre una antena transmisora y una receptora correspondiente, siendo la relación que mayores separaciones dan por resultado un correspondiente aumento en la DOI. Los presentes inventores hallaron que la relación se ajusta a lo planteado; sin embargo, aumentar la separación complica la capacidad de un receptor de recoger y acoplar las señales de un transmisor. Formas de realización de la presente invención pueden usar una antena triaxial en un módulo transmisor o receptor, en donde el módulo de antena triaxial tiene tres antenas que tienen momentos magnéticos en tres direcciones diferentes. El módulo de antena triaxial asegurará que por lo menos algunos de los componentes transversales de la antena triaxial puedan formar un acoplamiento substancial con el componente transversal de un transmisor o receptor correspondiente. El uso de un transceptor (o receptor) de antena triaxial es ventajoso debido a que cuando la cadena de perforación está montada será difícil asegurar que un transmisor de antena simple se alineará con un receptor de antena simple, aumentando esa dificultad a medida que aumenta la separación. Por el contrario, el transceptor (o receptor) de antena triaxial tendrá siempre un componente alineado sustancialmente con el momento magnético de un receptor (o transceptor) correspondiente en el conjunto de resistividad. Adicionalmente, la triaxial permite la determinación de características de la formación tales como ángulo de buzamiento, anisotropía, efectos del lecho de respaldo. La Figura 4 muestra ejemplos de profundidad de investigación para una medición de amplitud de 10 kHz obtenida con distancias transmisor-receptor de 0, 30, 60 y 90 pies en presencia de un límite con un contraste de resistividad de 1 a 10 ohms. La cadena de perforación (por lo tanto el conjunto de resistividad) se supone paralela al límite y a varias distancias alejadas del límite. Como se muestra en la Figura 4, el conjunto de 10 pies no es muy sensible al límite; muestra solamente leves cambios de magnitud en la cercanía del límite. El conjunto de 30 pies es más sensible, mostrando una transición distinta en el límite.

El conjunto de 60 pies es aún más sensible; muestra una transición de resistividad muy pronunciada alrededor del límite. En esta separación de transmisor-receptor, la magnitud de la señal comienza a cambiar a aprox. 20-40 pies lejos del límite.

Con el conjunto de 90 pies, el cambio de magnitud de señal es aún más profundo.

Es evidente que la combinación de diferentes profundidades de investigación permite diferenciaciones de la formación geológica a una distancia radial diferente.

El diseño modular facilita configurar las herramientas para diferentes separaciones de conjuntos. Además, el uso de una o más antenas triaxiales como transmisores y/o receptores aumenta la separación que puede alcanzarse, lo que provee un correspondiente aumento en la DOI.

Subs modulares como transceptores Algunas formas de realización de la invención se refieren a diseños de conjuntos de resistividad que tienen antenas transceptoras. En estas herramientas, las antenas no están diseñadas como transmisores o receptores separados. En cambio, la misma antena puede funcionar como un transmisor o un receptor. Esta mejora, aparte de ser económicamente ventajosa, permite una mayor profundidad de investigación para el mismo número de subs, como se ilustra en la Figura 3. La Figura 3 muestra un conjunto de herramientas 40 que tiene tres subs 41 , 42, 43 que forman dos conjuntos con una separación de D y Dx2. Debido a que las antenas 41 y 43 pueden funcionar como un transmisor o un receptor, también se encuentra disponible con esta configuración de herramienta un tercer conjunto que tiene una separación de Dx3. Además, con las antenas transceptoras, se pueden realizar también mediciones direccionales sin tener que tener un transmisor y un receptor pertenecientes a una herramienta del fondo de la perforación común. Por ejemplo, se puede obtener un conjunto de mediciones simetrizadas, primero con la antena 41 como el transmisor y la antena 43 como el receptor, luego con la antena 43 como el transmisor y la antena 41 como el receptor.

Subs remotos como transmisores/transceptores Algunas formas de realización de la invención se refieren a herramientas que tienen subs de antenas colocados lejos de otras herramientas de BHA (por ej., los receptores o transmisores). Los pozos tienen frecuentemente curvas y ángulos que limitan la longitud práctica de un BHA. Por lo tanto, las herramientas de resistividad convencionales no pueden tener transmisores y receptores separados más lejos que el límite de longitud práctico del BHA (aprox. 150 pies). Tales herramientas no pueden proveer la profundidad de investigación que podrá necesitarse cuando se coloca un trayecto de pozo dentro de un reservorio con un espesor que excede la longitud práctica máxima de un conjunto de herramientas de perforación estándar. La Figura 5 muestra un conjunto de resistividad que incorpora un sub remoto de acuerdo con una forma de realización de la invención. Como se muestra, el conjunto de resistividad incluye un UDR 51 convencional en el BHA. El UDR incluye tres antenas (transmisores, receptores o transceptores) 52, 53, 54. Más arriba de la cadena de perforación, el conjunto de resistividad también incluye un módulo remoto 55, que incluye un transmisor, un receptor, o un transceptor. La antena en el módulo remoto 55 puede ser usada con cualquiera de las antenas 52, 53, 54 para formar un conjunto que tiene una gran separación. Usando un módulo remoto 55 con otras herramientas de resistividad convencionales en el BHA, se pueden fijar las distancias transmisor-receptor (es decir, la separación del conjunto) en cualquier distancia deseada. El módulo remoto 55 puede ser energizado independientemente. Además, el módulo remoto 55 puede ser operado por telemetría Inalámbrica, por ejemplo. En una forma de realización, se pueden ubicar uno o más collares de perforación 63 entre el módulo remoto 55 y una o más de las antenas 52, 53, 54. La ubicación del módulo remoto 55 puede ser seleccionada para estar en el orden de (o ser mayor que) el espesor del reservorio. Tener una separación del conjunto del orden de (o mayor que) el espesor del reservorio puede proveer claras ventajas que de otro modo no se pueden lograr con herramientas de resistividad convencionales. Por ejemplo, las Figuras 7C y 7D muestran que las respuestas de amplitud del conjunto largo (cuya separación es del orden del espesor del lecho, 130 pies) son mucho más simples, e indican claramente en donde se encuentran los límites del lecho. Las respuestas de este conjunto extra largo (especialmente a bajas frecuencias) no son sensibles a la complejidad interna del reservorio. Por el contrario, como se muestra en las Figuras 7A y 7B, las respuestas de amplitud de los conjuntos de resistividad de la técnica anterior convencionales (cuyas separaciones son más pequeños que el espesor del lecho, 130 pies) son más sensibles a las variaciones de resistividad dentro del lecho, pero menos sensibles a los límites del lecho. Los resultados de las Figuras 7A-7D muestran que las distancias de los sensores (separación del conjunto) y las frecuencias operativas pueden ser seleccionadas ventajosamente en base a las propiedades del reservorio que está siendo perforado, por ejemplo, el espesor de lecho esperado o la relación entre la resistividad de la capa del reservorio más baja y la resistividad de la cabecera y del fondo del reservorio.

Registro de anticipación con subs en el trépano Algunas formas de realización de la invención se refieren a herramientas de resistividad que tienen capacidad de registro de anticipación. De acuerdo con formas de realización de la invención, se puede colocar un sub cerca del trépano de una manera similar a la descripta en la patente U.S. No. 6.057.784 publicada por Schaff y col., y cedida al cesionario de la presente invención. Esa patente se incorpora a la presente por referencia en su totalidad. Además, también se puede colocar una antena en una herramienta rotativa direccionable o directamente dentro del trépano. Colocando un transceptor en el trépano, el punto de medición de la resistividad tomado a media distancia entre el par transmisor/receptor se mueve más cerca del trépano, permitiendo así un tiempo de reacción más rápido cuando se perfora. Esta capacidad permite realizar una acción en tiempo real más temprana para localizar el pozo en base a los eventos geológicos. Además, el registro de anticipación del trépano también es posible usando la cola de respuesta de la herramienta que se extiende más allá del par sensor de la resistividad. La Figura 6 muestra un ejemplo de un conjunto de resistividad de acuerdo con una forma de realización de la invención. Como se muestra, la herramienta de resistividad 70 comprende un trépano 14 en un extremo de la cadena de perforación. Una antena 73 (que puede ser una antena transmisora o receptora) está dispuesta en la cadena de perforación próxima al trépano 14. Adicionalmente el conjunto de resistividad incluye una UDR 51 que tiene tres módulos transceptores 52, 53, 54 que pueden funcionar como receptores o transmisores. Mientras que en este ejemplo se muestran tres módulos transceptores, un experto en la técnica podrá apreciar que tal herramienta puede tener más o menos módulos transceptores. Además, los módulos receptores o transmisores pueden reemplazar a uno o más de los módulos transceptores. En una forma de realización, la antena 73 puede ser un componente del trépano 14. De acuerdo con algunas formas de realización de la invención, la antena cercana al trépano 73 tiene un momento magnético no longitudinal, es decir, el momento magnético de la antena 73 no está en una dirección paralela al eje de la cadena de perforación. El momento magnético no longitudinal de la antena 73 asegura que la antena 73 tenga una componente del momento magnético en la dirección transversal (es decir, la dirección perpendicular al eje de la cadena de perforación). Adicionalmente por lo menos uno de los módulos transceptores (por ej., 52, 53, 54) comprende una antena triaxial, en la que tres antenas tienen momentos magnéticos en tres orientaciones diferentes. En algunos casos, las antenas triaxiales pueden tener momentos magnéticos en tres orientaciones ortogonales. El módulo de antena triaxial asegurará que por lo menos alguno de los componentes transversales de la antena triaxial puede formar un acoplamiento sustancial con el componente transversal de la antena cercana al trépano 73. La antena cercana al trépano 73 puede ser un transmisor, receptor o un transceptor. En general, es preferible que la antena cercana al trépano 73 sea un transmisor debido a que una antena receptora puede captar un ruido eléctrico mayor del aumento de la vibración y el shock o de una posible presencia de una herramienta orientable rotativa de alta potencia. Como resultado, el conjunto de motor 16, que puede incluir componentes de manejo energizados, puede dislocar una antena receptora.

Medición de multifrecuencia Algunas formas de realización de la invención se refieren a herramientas y métodos que usan multifrecuenclas para mediciones de resistividad. De acuerdo con formas de realización de la invención, podrán seleccionarse las frecuencias para cubrir más eficientemente el espectro de frecuencia para mejorar la precisión de inversión y la flexibilidad de las mediciones de resistividad profunda. Por ejemplo, de acuerdo con algunas formas de realización de la invención, las mediciones pueden ser obtenidas con una distribución de tres o más frecuencias por década. Estas frecuencias pueden fijarse o seleccionarse automáticamente antes de perforar o mientras se perfora, para proveer inversión de formación óptima. La combinación de distancia transmisora receptora con la frecuencia es integral en la determinación de los límites exteriores del reservorio con capa interna compleja. La combinación de frecuencia y separación de antena es seleccionada preferentemente con respecto a la siguiente ecuación para máxima sensibilidad. Definimos coeficiente de propagación k como k2 = eµ?2 + ?sµ?, en donde e es la permisividad electromagnética, µ es la permeabilidad electromagnética, s la conductividad y ? la frecuencia angular. Si L representa la separación transmisor receptor entonces deseamos: | k\ ± G [0,1 ;10]. Las frecuencias son seleccionadas preferentemente para cumplir con este criterio. Las mediciones de multifrecuencia pueden realizarse eficientemente usando cualquier esquema de implementación conocido en la técnica. Por ejemplo, la Figura 8 muestra un ejemplo de una secuencia de medición de resistividad para medición de multifrecuencia. En el esquema mostrado en la Figura 8, se supone que todos los pulsos TX tienen una amplitud controlada. Además, el experto en la técnica podrá apreciar que en el esquema de pulsos, como se muestra en la Figura 8, podrá implementarse un pulso simple para realizar dos o más frecuencias. Las mediciones de señales pueden realizarse midiendo las tensiones reales como son recogidas por los receptores. Alternativamente, las señales podrán medirse como señales diferenciales entre un par de pulsos de diferentes frecuencias.

Combinación de subs con herramientas de LWD existentes Algunas formas de realización de la invención se refieren a conjuntos de resistividad que tienen subs remotos, como se describió más arriba, con otras herramientas de resistividad convencionales. Por ejemplo, la Figura 9 muestra una herramienta que incluye dos transmisores sub remotos, 55A y 55B y una herramienta de resistividad de LWD convencional que pueden funcionar como receptores para los módulos transmisores remotos para proveer conjuntos con separación mucho más grande que la que era posible con conjuntos de resistividad convencionales. Un experto en la técnica podrá apreciar que cualquier herramienta de resistividad convencional que tiene una o más antenas para recibir señales de resistividad puede ser usada en combinación con transmisores sub remotos como se revela en la presente. La opción de emplear módulos transmisores en combinación con una herramienta de LWD "poco profunda" (usando sus antenas de resistividad como receptores de resistividad profunda) permite mejor racionalización y capacidades de medición integradas.

Antena de arrollamiento múltiple Algunas formas de realización de la invención se refieren a antenas que pueden usarse eficientemente en un amplio rango de frecuencias. Cuando se usa una antena para transmitir una señal de resistividad a una cierta frecuencia, la antena es más eficiente cuando la frecuencia se encuentra por debajo de la frecuencia de autorresonancia de la antena. Por lo tanto, cuando se usa una antena particular en un amplio rango de frecuencias, la antena podrá no ser eficiente en ciertos rangos de frecuencia. Por ejemplo, para transmitir a la frecuencia más alta, el número de espiras de la antena deberá ser lo suficientemente bajo como para estar por debajo de la autorresonancia de la bobina. Por otro lado, para tener una transmisión óptima a una frecuencia baja, deberá aumentarse el número de espiras. Como resultado, las antenas convencionales tienen frecuentemente arrollamientos que representan un compromiso para el rango de frecuencias operativas pretendido. De acuerdo con algunas formas de realización de la invención, una antena puede tener varias capas de arrollamientos; cada una de las capas puede estar arrollada en paralelo para alta frecuencia o en serie para una frecuencia más baja para equilibrar eficientemente la carga de impedancia de la antena cuando es accionada con una tensión constante. La conmutación entre configuraciones en serie y en paralelo podrá controlarse electrónicamente. La Figura 10 muestra una antena ilustrativa de acuerdo con una forma de realización de la invención. Las capas de bobina 101A-101 C, en este ejemplo, están conectadas en serie para maximizar el número de espiras en la transmisión a baja frecuencia (por ejemplo, alrededor de un rango de 1 kHz), o están conectadas en paralelo para el rango de frecuencias altas (por ejemplo, 00 kHz).

Las capas de bobina 10 A-101C están envueltas alrededor de un mandril 102. Un experto en la técnica apreciará que podrán usarse varias capas de bobinas en una antena para proveer una sintonización más fina de la performance de la antena.

Extensión a otras técnicas de medición de resistividad Mediciones de resistividad profunda convencionales, tales como las reveladas en la patente U.S. No. 6.188.222, están basadas en un mecanismo de inducción y miden amplitudes de señales, no fases o desfasajes o atenuaciones. Algunas formas de realización de la invención se refieren a mediciones de resistividad profunda basadas en un mecanismo de propagación y miden desfasajes y atenuaciones (es decir, mediciones diferenciales), introduciendo una antena receptora extra con una separación entre el par receptor del orden de 5 a 10 pies, que es significativamente más grande que la separación del par receptor (limitado típicamente a menos de un pie) en una herramienta de propagación convencional. La separación más grande entre el par receptor es conveniente por las bajas frecuencias usadas para medición EM profunda (1 a 200 kHz). Una separación entre los pares receptores del orden de 5 a 10 pies aseguraría que el desfasaje mínimo que puede medirse se encuentra en el rango de aprox. 0,1 grados. Adicionalmente al uso de un par receptor, podrán realizarse también mediciones diferenciales en fase y amplitud (es decir, desfasajes y atenuaciones) con un esquema de pulsos adecuado, tal como el mostrado en la Figura 8. El esquema de medición mostrado en la Figura 8 podrá usar uno (o más) de los pulsos transmitidos a una frecuencia específica como una referencia de tiempo. Asumiendo una referencia de fase constante (o diferencia de tiempo) entre pulsos en el tren de pulsos (esta diferencia de tiempo podrá medirse y comunicarse también al receptor a través de telemetría inalámbrica), la referencia de fase (o diferencia de tiempo) para los trenes de pulsos recibidos puede determinarse con respecto al pulso de referencia. Podrá aplicarse también la misma técnica (usando la amplitud de un pulso de referencia para comparación) a la relación de amplitud entre cada pulso en el tren de pulsos y el pulso de referencia. En este caso, la relación de amplitud en el transmisor podrá mantenerse constante o medida. La técnica de diferencia en el tiempo de pulso de llegada y la relación de amplitudes reduce la dependencia de la medición en una calibración de aire exacta como la que se necesita para la medición de la amplitud. Como un ejemplo, las Figuras 11A-11 F muestran varias mediciones para un límite plano con contraste de resistividad de 1 y 100 ohms, usando una herramienta que tiene una separación transmisor-receptor de 70 pies. Esta herramienta tiene antenas transmisoras receptoras que tienen momentos magnéticos longitudinales (es decir, momentos magnéticos en una dirección paralela al eje longitudinal de la herramienta). Las Figuras 11A y 11B muestran mediciones de amplitudes y mediciones de amplitudes relativas, respectivamente, a varias frecuencias. En la Figura 1 B, las mediciones de amplitudes relativas son con respecto a la medición de amplitudes a 2 kHz. Las Figuras 11C y 11 D muestran mediciones de fase y mediciones de fases relativas, respectivamente, a varias frecuencias. En la Figura 11 D, las mediciones de fases relativas son con respecto a la medición de fases a 2 kHz. Las Figuras 1 E y 11 F muestran mediciones de desfasajes y atenuaciones, respectivamente, a varias frecuencias, como se midieron con un par de receptores que tienen una separación de 8 pies. Con tal separación, podrán observarse rápidamente variaciones significativas en desfasaje y atenuación. Ambas mediciones proveen otro conjunto de mediciones con una sensibilidad diferente permitiendo usar mediciones más independientes durante el procedimiento de inversión.

Algunas formas de realización de la invención se refieren al direccionamiento geológico. Un método de direccionamiento geológico de acuerdo con formas de realización de la invención podrá usar cualquier conjunto de resistividad descripto más arriba y/o usar un método de medición descripto más arriba (por ej. mediciones de multifrecuencia, uso de un esquema de pulsos, etc.).

Todas las mediciones con las formas de realización de la invención arriba descriptas pueden extenderse a mediciones direccionales. Las mediciones direccionales permiten más sensibilidad con respecto a los límites y mejorarán por consiguiente el procedimiento de inversión. En algunas formas de realización, la(s) antena(s) tendría(n) un dipolo magnético transversal combinado con una antena "axial" normal para proveer ambas mediciones de la misma antena. En una antena triaxial, como se comentó más arriba, una parte podrá estar alineada con el eje del BHA, mientras que las otras dos partes están en ángulos relativos a los mismos. Podrán implementarse también pantallas convencionales con formas de realización de la invención, según se desee. Se podrá apreciar que las antenas (y la electrónica relacionada) de las formas de realización de la invención podrán implementarse usando uno de muchos diseños de antenas y esquemas de empaquetado bien conocidos. Por ejemplo, el aparato de registrado descripto en la patente U.S. No. 6.188.222 podrá usarse para implementar la presente invención. Si bien la descripción realizada más arriba usa herramientas de adquisición de registros durante la perforación para ilustrar varias formas de realización de la invención, una herramienta de la invención no está limitada por ningún modo de transmisión particular. Por lo tanto, podrá usarse una herramienta de la invención en, por ejemplo, operaciones de adquisición de registros durante la perforación, adquisición de registros durante la desconexión, perforación inductiva, adquisición de registros a través del trépano, perforación de revestimiento, perforación de entubado. Si bien la invención ha sido descripta con respecto a un número limitado de formas de realización, los expertos en la técnica, teniendo el beneficio de esta revelación, podrán apreciar que podrán concebirse otras formas de realización que no se aparten del alcance de la invención como se revela en la presente. Por consiguiente, el alcance de la invención debería estar limitado solamente por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (37)

1. REIVINDICACIONES 1. Un conjunto de resistividad que tiene un diseño modular, caracterizado porque comprende: un módulo transmisor con por lo menos una antena, en donde el módulo transmisor tiene conectores en ambos extremos adaptados para conectarse con otras herramientas del fondo de la perforación; y un módulo receptor con por lo menos una antena, en donde el módulo receptor tiene conectores en ambos extremos adaptados para conectarse con otras herramientas del fondo de la perforación; y en donde el módulo transmisor y el módulo receptor están separados en una cadena de perforación y separados por al menos una herramienta del fondo de la perforación.
2. 2. El conjunto de resistividad de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el módulo transmisor y el módulo receptor están separados por una distancia mayor de aprox. 90 pies.
3. 3. El conjunto de resistividad de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la por lo menos una antena en el módulo transmisor o el módulo receptor comprende un transceptor.
4. 4. El conjunto de resistividad de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque el módulo transmisor o el módulo receptor está dispuesto cerca de un trépano o en un trépano, en un extremo de la cadena de perforación.
5. 5. El conjunto de resistividad de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque la por lo menos una antena en el módulo transmisor o el módulo receptor comprende una bobina solenoide cercana a un dipolo magnético.
6. 6. El conjunto de resistividad de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque el módulo transmisor o el módulo receptor comprende tres antenas que tienen momentos magnéticos en orientaciones linealmente independientes.
7. 7. Un conjunto de resistividad que tiene un diseño modular, caracterizado porque comprende: un módulo transmisor con por lo menos una antena, en donde el módulo transmisor tiene conectores en ambos extremos adaptados para conectarse con otras herramientas del fondo de la perforación; y un módulo receptor con por lo menos una antena, en donde el módulo receptor tiene conectores en ambos extremos adaptados para conectarse con otras herramientas del fondo de la perforación; y en donde el módulo transmisor y el módulo receptor están dispuestos en pozos de sondeo separados.
8. 8. El conjunto de resistividad de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque la por lo menos una antena en el módulo transmisor o el módulo receptor comprende un transceptor.
9. 9. El conjunto de resistividad de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque el módulo transmisor o el módulo receptor está dispuesto cerca de un trépano o en un trépano, en un extremo de la cadena de perforación.
10. 10. El conjunto de resistividad de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque la por lo menos una antena en el módulo transmisor o el módulo receptor comprende una bobina solenoide cercana a un dipolo magnético.
11. 11. El conjunto de resistividad de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque el módulo transmisor o el módulo receptor comprende tres antenas que tienen momentos magnéticos en orientaciones linealmente independientes.
12. 12. Una herramienta de resistividad, caracterizada porque comprende: un cuerpo de herramienta adaptado para moverse en un pozo de sondeo; y por lo menos tres módulos dispuestos en el cuerpo de herramienta, en donde los por lo menos tres módulos no están separados igualmente a lo largo de un eje longitudinal del cuerpo de herramienta, de modo que una combinación de los por lo menos tres módulos comprende un conjunto de resistividad de diferentes separaciones.
13. 13. La herramienta de resistividad de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizada porque por lo menos uno de los por lo menos tres módulos comprende un transceptor.
14. 14. La herramienta de resistividad de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizada porque uno de los por lo menos tres módulos es un sensor de resistividad del fondo de la perforación convencional.
15. 15. Una herramienta de resistividad, caracterizada porque comprende: un cuerpo de herramienta adaptado para moverse en un pozo de sondeo; un sensor de resistividad dispuesto en el cuerpo de herramienta y que comprende una pluralidad de módulos que forman por lo menos un conjunto; y un módulo adicional dispuesto en el cuerpo de herramienta y separado del sensor de resistividad a lo largo de un eje longitudinal del cuerpo de herramienta, en donde el módulo adicional y uno de la pluralidad de módulos en el sensor de resistividad forma un conjunto que tiene una separación mayor de aprox. 90 pies.
16. 16. La herramienta de resistividad de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizada porque el sensor de resistividad es un sensor de resistividad del fondo de la perforación convencional.
17. 17. Una herramienta del fondo de la perforación, caracterizada porque comprende: un trépano dispuesto en un extremo de una cadena de perforación; un primer módulo dispuesto en la cadena de perforación cerca del trépano o en el trépano, y por lo menos un módulo adicional dispuesto en la cadena de perforación, y separado del primer módulo, en donde el primer módulo tiene por lo menos una antena con orientación de momento magnético no limitada a la dirección longitudinal, y en donde el por lo menos un módulo adicional comprende tres antenas cuyas orientaciones de momento magnético son Iinealmente independientes.
18. 18. La herramienta del fondo de la perforación de acuerdo con la reivindicación 17, caracterizada porque una separación entre el primer módulo y uno del por lo menos un módulo adicional es mayor de aprox. 90 pies.
19. 19. La herramienta del fondo de la perforación de acuerdo con la reivindicación 17, caracterizada porque por lo menos una antena en el primer módulo o el por lo menos un módulo adicional comprende un transceptor.
20. 20. La herramienta del fondo de la perforación de acuerdo con la reivindicación 17, caracterizada porque las tres antenas en el por lo menos un módulo adicional comprenden antenas solenoides, cuyos momentos magnéticos son linealmente independientes.
21. 21. La herramienta del fondo de la perforación de acuerdo con la reivindicación 17, caracterizada porque por lo menos una antena del por lo menos un módulo adicional es parte de un sensor de resistividad del fondo de la perforación convencional.
22. 22. Un método para mediciones de resistividad de formaciones, caracterizado porque comprende: transmitir energía electromagnética a una formación usando una antena transmisora en un conjunto de resistividad, en donde la transmisión se realiza con una pluralidad de frecuencias de acuerdo con un esquema de pulsos seleccionado; y detectar para cada una de la pluralidad de frecuencias, una señal inducida en una antena receptora separada de la antena transmisora en el conjunto de resistividad.
23. 23. El método de acuerdo con la reivindicación 22, caracterizado porque la pluralidad de frecuencias comprende por lo menos dos frecuencias por década y abarca por lo menos dos décadas.
24. 24. El método de acuerdo con la reivindicación 22, caracterizado porque la pluralidad de frecuencias se encuentra en un rango de hasta 200 kHz.
25. 25. El método de acuerdo con la reivindicación 22, caracterizado porque la antena transmisora o la antena receptora comprende una bobina que tiene múltiples arrollamientos que pueden seleccionarse entre configuración en paralelo y configuración en serie.
26. 26. El método de acuerdo con la reivindicación 22, caracterizado porque el esquema de pulsos seleccionado comprende una secuencia de pulsos transmisores teniendo cada uno una magnitud controlada.
27. 27. El método de acuerdo con la reivindicación 22, caracterizado porque el esquema de pulsos seleccionado comprende un tren de pulsos transmisores que tiene un intervalo de sincronización controlado entre cada par de pulsos vecinos.
28. 28. El método de acuerdo con la reivindicación 22, caracterizado porque el esquema de pulsos seleccionado comprende un tren de pulsos que tiene diferentes frecuencias.
29. 29. El método de acuerdo con la reivindicación 22, caracterizado porque la detección se realiza con un par de receptores que tienen una separación entre ellos no menor de 5 pies.
30. 30. El método de acuerdo con la reivindicación 22, caracterizado porque la pluralidad de frecuencias es seleccionada para sensibilidad máxima en base a una separación entre el transmisor y el receptor.
31. 31. El método de acuerdo con la reivindicación 30, caracterizado porque la pluralidad de frecuencias es seleccionada de modo que \ k\ .L T [0,1 ;10], en donde L es la separación entre el transmisor y el receptor y k es un coeficiente de propagación definido como: k2 = eµ?2 + ?sµ?, en donde e es la permisividad electromagnética, µ es la permeabilidad electromagnética, s la conductividad y ? la frecuencia angular.
32. 32. Un método para diseñar un conjunto de resistividad, caracterizado porque comprende: estimar un espesor de un reservorio; y colocar un módulo transmisor y un módulo receptor en una cadena de perforación de modo que una separación entre los módulos transmisor y receptor no es menor que el espesor estimado del reservorio.
33. 33. Un conjunto de resistividad diseñado usando el método de acuerdo con la reivindicación 32.
34. 34. Un método para controlar una dirección de perforación mientras se perfora un pozo de sondeo, caracterizado porque comprende: medir la resistividad de la formación usando una herramienta de resistividad que tiene un conjunto que tiene una separación mayor de aprox. 90 pies, en donde la herramienta de resistividad comprende un módulo transmisor y un módulo receptor separados en una cadena de perforación y separados por otra herramienta del fondo de perforación; determinar límites de capas de la formación; y controlar una dirección de trépano mientras se perfora de modo que el pozo de sondeo está en una capa de la formación seleccionada.
35. 35. El método de acuerdo con la reivindicación 34, caracterizado porque la medición se realiza con una pluralidad de frecuencias que incluye por lo menos dos frecuencias por década y abarca por lo menos dos décadas.
36. 36. El método de acuerdo con la reivindicación 34, caracterizado porque el módulo transmisor está dispuesto cerca del trépano.
37. 37. El método de acuerdo con la reivindicación 34, caracterizado porque el módulo receptor es parte de un sensor de resistividad de adquisición de registros durante la perforación.