MX2009000112A - Conjunto de herramienta de geodireccion modular. - Google Patents

Abstract

Una herramienta recuperable para dirigir a través de una formación terrestre incluye un primer ensamble de herramienta y una antena inclinada acoplada al primer ensamble de herramienta. La herramienta también incluye un segundo ensamble de herramienta acoplado al primer ensamble de herramienta y una antena inclinada acoplada al segundo ensamble de herramienta. El primer ensamble de herramienta se acopla al segundo ensamble de herramienta de manera que las antenas están inclinadas en direcciones predeterminadas. Las antenas inclinadas son antenas transmisoras o antenas receptoras. Cada ensamble de herramienta es un cilindro tubular con un eje longitudinal que corre a lo largo de la longitud del cilindro, donde el cilindro tubular tiene dos extremos, cada extremo incluye un mecanismo de acoplamiento rotatorio. Los ensambles de herramientas se acoplan entre sí a través de sus mecanismos de acoplamiento rotatorios. El mecanismo de acoplamiento rotatorio puede ser un mecanismo de atornillado, un mecanismo de ajuste por presión o un mecanismo de soldadura.

Description

CONJUNTO DE HERRAMIENTA DE GEODIRECCIÓN MODULAR ANTECEDENTES La recopilación de información del fondo del pozo ha sido realizada por la industria de perforación de pozos por muchos años. Las operaciones modernas de extracción y producción de petróleo demandan una gran cantidad de información relacionada con los parámetros y condiciones en el fondo del pozo. Tal información normalmente incluye la ubicación y orientación del agujero del pozo y la unidad de perforación, propiedades de formación de la tierra, y parámetros ambientales de perforación en el fondo del pozo. La recopilación de información relacionada con las propiedades de formación y condiciones en el fondo del pozo normalmente se refiere como "registro" o perfilaje, y puede realizarse durante el propio proceso de perforación. Existen diversas herramientas de medición que se usan en el registro de pozos con cable eléctrico y el registro al perforar. Una de tales herramientas es la herramienta de resistividad, la cual incluye una o más antenas para transmitir una señal electromagnética en la formación y una o más antenas para recibir una respuesta de formación. Cuando se opera a bajas frecuencias, la herramienta de resistividad puede llamarse herramienta de "inducción", y a altas frecuencias puede llamarse herramienta de propagación de ondas electromagnéticas. Aunque los fenómenos físicos que dominan la medición pueden variar con la frecuencia, los principios de operación para la herramienta son consistentes. En algunos casos, la amplitud y/o la fase de las señales de recepción se comparan con la amplitud y/o fase de las señales de transmisión para medir la resistividad de la formación. En otros casos, la amplitud y/o fase de las señales de recepción se comparan entre sí para medir la resistividad de la formación. En ciertas situaciones, como cuando se perfora a través de formaciones en las cuales los límites de la formación se extienden verticalmente , o al perforar desde una plataforma marítima, es deseable perforar pozos en un ángulo con respecto a los límites del lecho en los estratos. Esto a menudo se llama perforación "horizontal". Al perforar horizontalmente , es deseable mantener el agujero del pozo en la zona de intervalos productivos (la formación que contiene hidrocarburos) tanto como sea posible para maximizar la recuperación. Esto puede ser difícil dado que las formaciones pueden inclinarse o desviarse. Por tanto, mientras se intenta perforar y mantener el agujero del pozo dentro de una formación específica, la barrena del taladro puede aproximarse a un límite del lecho.

A medida que la barrena en rotación se aproxima al límite del lecho, el límite del lecho se encontrará en un lado del eje de la barrena, es decir, en un rango azimutal con respecto al eje de la barrena. Las herramientas de resistividad convencionales no son sensibles azimutalmente y por tanto no permiten la detección ni evasión de los límites del lecho próximos. Además, las herramientas de resistividad convencionales se fabrican como una sola unidad, y por tanto no pueden adecuarse rápidamente a medida que se descubren y refinan nuevas técnicas de medición o detección de límites. En lugar de ello, deben fabricarse nuevas herramientas a medida que se descubran diferentes configuraciones de maquinaria útil.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS En la siguiente descripción detallada, se hará referencia a los dibujos adjuntos en los cuales: La Figura 1 muestra un ambiente de registro durante la perforación; La Figura 2 muestra un módulo de base ilustrativo en forma de una herramienta de resistividad para registro durante la perforación (LWD, por sus siglas en inglés) ; La Figura 3 muestra coordenadas para definir la orientación de una antena inclinada; Las Figuras 4A-4E muestran módulos de extensión ilustrativa para un ensamble de herramientas de geodirección modular; La Figura 5 muestra un ensamble ilustrativo de herramienta de geodirección modular ; La Figura 6 muestra otro un ensamble ilustrativo de herramienta de geodirección modular; La Figura 7 muestra un tercer ensamble ilustrativo de herramienta de geodirección modular con una herramienta diferente interpuesta entre los módulos; La Figura 8 muestra componentes electrónicos para los módulos base y de extensión; La Figura 9 muestra un esquema ilustrativo de una antena multiderivación; La Fig. 10A muestra una vista detallada de un ensamble de herramienta de geodirección modular durante la fabricación; Las Figuras 10B-10D muestran los componentes de una modalidad ilustrativa del módulo de antena inclinada,- Las Figuras 11A-11E muestran los componentes de una modalidad ilustrativa del módulo de antena inclinada; y La Figura 12 es un diagrama de flujo de un método de registro ilustrativo. Mientras que las invenciones descritas son susceptibles a diversas modificaciones y formas alternativas, modalidades específicas de la misma se muestran como ejemplo en los dibujos y se describirán en detalle en el presente documento. Sin embargo, deberá entenderse que las ilustraciones y la descripción detallada de los mismos no pretenden limitar las invenciones a la forma específica descrita, sino que por el contrario, la intención es cubrir todas las modificaciones, equivalentes y alternativas que se encuentren dentro del espíritu y alcance de las reivindicaciones adjuntas.

NOTACIÓN Y NOMENCLATURA Se utilizan ciertos términos a través de la siguiente descripción y reivindicaciones para referirse a componentes y configuraciones del sistema específicos. Como podrá apreciar un experto en la técnica, las empresas pueden referirse a un componente por diferentes nombres. Este documento no pretende distinguir entre componentes que difieren en nombre pero no en función. En la siguiente discusión y en las reivindicaciones, los términos "incluye" y "comprende" se utilizan en una manera abierta, y por tanto deben interpretarse como "incluyendo, de manera enunciativa..." También, el término "acoplar" o "acoplarse" pretende significar una conexión eléctrica ya sea indirecta o directa. Así, si un primer dispositivo se acopla a un segundo dispositivo, esa conexión puede hacerse a través de una conexión eléctrica directa, o a través de una conexión eléctrica indirecta a través de otros dispositivos y conexiones. Además, el término "acoplado" pretende significar una conexión física ya sea indirecta o directa. Así, si un primer dispositivo se acopla a un segundo dispositivo, esa conexión puede hacerse a través de una conexión física directa, o a través de una conexión física indirecta a través de otros dispositivos y conexiones.

DESCRIPCIÓN DETALLADA Los problemas identificados en los" antecedentes descritos anteriormente son tratados por lo menos en parte por los métodos y ensambles de herramientas descritos en el presente documento. En algunas modalidades de método y ensamble de herramientas, un módulo de extensión está acoplado directa o indirectamente a un módulo base, el cual en algunos casos puede tener la configuración de antena de una herramienta comercial de resistividad para registro durante la perforación existente. El módulo de extensión funciona en cooperación con el módulo base para permitir la detección de variaciones azimutales en la resistividad de la formación. Las señales de geodirección pueden derivarse de las variaciones azimutales para permitir la dirección en relación con los límites del lecho. Un conjunto de diversos tipos de módulos de extensión está disponible para permitir la configuración personalizada del ensamble de herramienta. Otras herramientas o tubos pueden estar ubicados entre el módulo de extensión y el módulo base, permitiendo por este medio proporcionar las configuraciones de medición sin alargar indebidamente la cadena de herramientas . Examinando ahora las figuras, la Figura 1 muestra un pozo durante las operaciones de perforación. Una plataforma de perforación (2) está equipada con una torre (4) que soporta un cabrestante (6) . La perforación de pozos de petróleo y gas se realiza mediante una cadena de tubos de perforación conectados entre sí por uniones de "herramientas" (7) de modo que formen una sarta de perforación (8) . El cabrestante (6) suspende un vástago (10) que baja la sarta de perforación (8) a través de la tabla rotativa (12) . Conectado al extremo inferior de la sarta de perforación (8) se encuentra una barrena de taladro (14) . La barrena (14) se hace girar y la perforación se logra haciendo rotar la sarta de perforación (8) , mediante el uso de un motor en el fondo del pozo cerca de la barrena de taladro, o por ambos métodos. El fluido de perforación, llamado "lodo", se bombea mediante equipo de recirculación de lodo (16) a través del tubo de suministro (18) , a través del vástago de perforación (10) , y hacia abajo a través de la sarta de perforación (8) a altas presiones y volúmenes para emerger a través de las boquillas o chorros en la barrena de perforación (14) . El lodo entonces viaja de regreso por el agujero a través de una válvula preventora de explosiones, y a un foso de lodo (24) en la superficie. En la superficie, el lodo de perforación se limpia y se recircula mediante equipo de recirculación (16) . Para el registro durante la perforación (L D) , los sensores en el fondo del pozo (26) se ubican en la sarta de perforación (8) cerca de la barrena de taladro (14) . Los sensores (26) incluyen instrumentos de dirección y una herramienta de resistividad modular con antenas inclinadas para detectar límites del lecho. Los instrumentos de dirección miden el ángulo de inclinación, el ángulo horizontal y el ángulo de rotación (también conocido como "ángulo de superficie de la herramienta") de las herramientas LWD. Como se define comúnmente en el campo técnico, el ángulo de inclinación es la desviación desde la vertical hacia abajo, el ángulo horizontal es el ángulo en un plano horizontal desde el Norte real, y el ángulo de superficie de la herramienta es el ángulo de orientación (rotativo alrededor del eje de la herramienta) desde el lado alto del agujero del pozo. En algunas modalidades, las mediciones direccionales se realizan como sigue: un acelerómetro de tres ejes mide el vector del campo gravitacional terrestre en relación con el eje de la herramienta y un punto en la circunferencia de la herramienta llamado la "línea de referencia de la superficie de la herramienta" . (La línea de referencia de la cara de la herramienta se dibuja sobre la superficie de la herramienta como una línea paralela al eje de la herramienta.) A partir de esta medición, pueden determinarse la inclinación y el ángulo de la superficie de la herramienta de la herramienta LWD. Adicionalmente , un magnetómetro de tres ejes mide el vector de campo magnético terrestre en una manera similar. A partir de los datos combinados del magnetómetro y el acelerómetro, puede determinarse el ángulo horizontal de la herramienta LWD. Además, un giroscopio u otra forma de sensor de inercia pueden incorporarse para realizar mediciones de posición y refinar adicionalmente las mediciones de orientación. En algunas modalidades, los sensores en el fondo del pozo (26) están acoplados a un transmisor de telemetría (28) que transmite señales de telemetría modulando la resistencia del flujo de lodo en la sarta de perforación (8) . Un receptor de telemetría (30) está acoplado al vastago (10) para recibir señales de telemetría. Otras técnicas de transmisión de telemetría son bien conocidas y podrán ser utilizadas. El receptor (30) comunica la telemetría a una instalación de superficie (no mostrada) que procesa y almacena las mediciones. La instalación de superficie normalmente incluye un sistema de cómputo de alguna clase, por ejemplo una computadora de escritorio, que puede utilizarse para informar al perforador sobre la posición relativa y la distancia entre la barrena del taladro y los límites del lecho cercanos. La barrena de perforación (14) se muestra penetrando una formación que tiene una serie de lechos en capas (34) inclinándose en un ángulo. Se muestra un primer sistema de coordenadas (x,y,z) asociado con los sensores (26) , y se muestra un segundo sistema de coordenadas (x",y",z") asociado con los lechos (32). El sistema de coordenadas del lecho tiene el eje z" perpendicular al plano del lecho, tiene el eje y" en un plano horizontal, y tiene el eje x" apuntando "cuesta abajo" El ángulo entre los ejes z de los dos sistemas de coordenadas se conoce como "echado" y se muestra en la Figura 1 como el ángulo ß. Refiriéndose ahora a la Figura 2, un módulo base ilustrativo (102) se muestra en forma de una herramienta de resistividad. El módulo base (102) se proporciona con una o más regiones (106) de diámetro reducido. Una bobina de alambre (104) se coloca en la región (106) y está espaciada respecto a la superficie de (102) en una distancia constante. Soportar mecánicamente y proteger la bobina (104) , un material de relleno no conductor (no mostrado) como resina epóxica, hule, fibra de vidrio o cerámica puede utilizarse en las regiones de diámetro reducido (106) . Las bobinas transmisora y receptora pueden comprender tan poco como un lazo de alambre, aunque más lazos pueden proporcionar una potencia de señal adicional. La distancia entre las bobinas y la superficie de la herramienta se encuentra preferiblemente en el rango de 1/16 de pulgada a 3/4 de pulgada (0.15 a 1.9 cm) , pero puede ser mayor. En la modalidad de la herramienta de la Figura 2, las bobinas (104) y (108) son bobinas transmisoras, y las bobinas (110) y (112) son bobinas receptoras. En la operación, una bobina transmisora (104) transmite una señal electromagnética de interrogación la cual se propaga a través del agujero del pozo y dentro de la formación circundante. Las señales de la formación alcanzan las bobinas receptoras (110, 112) induciendo un voltaje de señal detectado y medido para determinar la atenuación de amplitud y el desplazamiento de fase entre las bobinas (110 y 112) . La medición se repite usando el transmisor (108) . A partir de los desplazamientos de atenuación y fase, la resistividad de la formación puede estimarse usando técnicas convencionales. Sin embargo, el módulo base (102) carece de sensibilidad azimutal, haciendo difícil determinar la dirección de cualquier límite de lecho próximo. De manera acorde, es deseable inclinar una o más de las antenas. La Figura 3 muestra una antena que yace dentro de un plano que tiene un vector normal en un ángulo T con el eje de la herramienta y un azimut de ce con respecto a la línea de referencia de la superficie de la herramienta. Cuando T es igual a cero, se dice que la antena es coaxial, y cuando T es mayor que cero se dice que la antena está inclinada. Aunque el módulo base ilustrativo (102) no incluye una antena inclinada, se contemplan otras configuraciones del módulo base. Por ejemplo, el módulo base puede incluir una o más antenas inclinadas para proporcionar sensibilidad azimutal. Puede incluir tan poco como una antena (para transmitir o recibir) , o de manera contraria, puede ser una herramienta de registro de geodirección y resistividad autocontenida . Cuando se emplea un módulo de extensión, se espera por lo menos una antena en el módulo base para transmisión a un receptor en el módulo de extensión o recepción desde un transmisor sobre el módulo de extensión. En esta manera, el módulo de extensión extiende la funcionalidad del módulo base. Las Figuras 4A-4E ilustran varios módulos de extensión que pueden añadirse a un módulo base como una herramienta (102) (Fig. 2) para proporcionar a la herramienta sensibilidad azimutal u otras mejoras como mediciones de resistividad más profundas. En algunas modalidades alternativas, estos módulos también pueden servir como módulos base, permitiendo a estos módulos mezclarse y acoplarse para formar una herramienta de registro totalmente adecuada según sea necesario para las nuevas técnicas de registro o de geodirección que sean desarrolladas . Como se discute adicionalmente a continuación, estos módulos pueden estar provistos de componentes electrónicos que les permitan operar cada antena como un transmisor o un receptor. En algunas modalidades, un bus de comunicaciones de una línea, con el cuerpo de la herramienta actuando como tierra, se proporciona para permitir la transferencia de potencia y las comunicaciones digitales entre los módulos. En algunas modalidades del sistema, un módulo de potencia y control por separado (no mostrado aquí) se proporciona para coordinar las operaciones de los diversos módulos de herramientas y recopilar (y quizá procesar) las medidas de estos módulos que funcionan como receptores . Los módulos de herramienta de resistividad tienen un mecanismo de acoplamiento que permite a cada módulo acoplarse a otros módulos. En algunas modalidades, el mecanismo de acoplamiento puede ser una clavija roscada y un mecanismo de caja como se muestra en las Figuras 4A-4E. En algunas otras modalidades de la invención, los medios de acoplamiento pueden ser un mecanismo de atornillado, un mecanismo de ajuste por presión, soldadura u otro medio de acoplamiento que permita acoplar ensambles de herramientas a otros ensambles de herramientas con alineaciones azimutales controladas. La Figura 4A muestra un módulo de extensión (402) que tiene una antena coaxial (404) . La Figura 4B muestra un módulo de extensión que tiene una concavidad en ángulo (408) que contiene una antena inclinada (410) , permitiendo por este medio mediciones de resistividad sensibles azimutalmente . La antena inclinada (410) (y la concavidad (408)) preferiblemente se encuentran en un ángulo de ?=45°. La Figura 4C muestra un módulo de extensión (412) que tiene dos concavidades en ángulo (414, 418) con sus respectivas antenas en ángulo (416 y 420) . Proporcionar varias antenas en un solo módulo puede permitir satisfacer requisitos de espaciado más ajustado y permitir realizar mediciones diferenciales más precisas. La Figura 4D muestra un módulo de extensión (422) con una concavidad (424) y una antena inclinada (426) en un azimut alejado 180° con respecto al de la antena en la Figura 4B. El módulo de extensión (422) puede estar diseñado para acoplarse a los otros módulos en una manera que asegure la alineación distinta de la antena (426) con relación a cualquier otra antena como aquellas antenas en las Figuras 4B-4C. Alternativamente, los módulos de extensión pueden estar provistos de un mecanismo de acoplamiento que permita a las antenas fijarse en cualquier alineación azimutal deseada, por tanto haciendo a los módulos (406) y (422) equivalentes. Como otra alternativa, un módulo de antena multiaxial (428) puede proporcionarse como se muestra en la Figura 4E para permitir la dirección virtual de la alineación de la antena. La dirección virtual implica la combinación de mediciones hechas por o con las diferentes antenas (430, 432 y 434), para construir la medición que habría sido hecha por o con una antena orientada en un ángulo y azimut arbitrarios. Como se describió anteriormente, cada módulo de herramienta incluye una concavidad alrededor de la circunferencia externa del tubo. Una antena está ubicada dentro de la concavidad en el ensamble de la herramienta tubular, sin dejar un perfil radial que obstaculice la colocación de la cadena de herramientas dentro del agujero de perforación. En algunas modalidades alternas, la antena puede enrollarse sobre un segmento sin concavidades del tubo si se desea, incluso entre bandas de protección contra el desgaste. La Figura 5 muestra el módulo base (102) de la Figura 2, acoplado a un módulo de extensión (406) que tiene una antena inclinada para permitir mediciones de resistividad azimutalmente sensibles que pueden utilizarse para proporcionar geodirección con respecto a los límites de lecho cercanos. Pueden encontrarse detalles sobre los métodos adecuados para determinar la distancia y dirección a límites de lecho cercanos en, por ejemplo, la Patente de los EUA 7,019,528, "Herramienta de resistividad de onda electromagnética que tiene una antena inclinada para geodirección dentro de una zona de intervalo productivo" , a Michael Bittar; y la Solicitud de Patente co-pendiente de los EUA (Referencia del abogado 1391- 681.01), "Herramienta para medición de resistividad azimutal y detección de límites de lecho" , también a Michael Bittar. La Figura 6 muestra un ensamble de herramienta de resistividad/geodirección formada por módulos de las Figuras 4A-4E. Como puede percibirse de inmediato, el uso de módulos permite la construcción rápida de herramientas de resistividad personalizadas que puedan explotar mejor nuevos métodos de registro y geodirección. Además, ya que las antenas o componentes electrónicos pueden dañarse, los módulos individuales pueden repararse o reemplazarse económicamente, prolongando la vida útil de la herramienta. Aún más significativa es la posibilidad de intercalar módulos de herramienta de resistividad con otros instrumentos o tubos como se muestra en la Fig. 7. En el ensamble de la Fig. 7, una herramienta como un mecanismo de geodirección u otro instrumento de registro (702) está posicionad entre los módulos de herramienta de resistividad. Tal disposición permite mediciones de resistividad profundas sin requerir que la herramienta de resistividad misma sea excesivamente larga. Además, esta capacidad puede permitir a partes de la herramienta de resistividad ubicarse mucho más cerca de la barrena de perforación, permitiendo la detección temprana de los límites de lecho próximos. En por lo menos algunas modalidades, la herramienta (702) es un estabilizador que tiene aspas ajustables de acuerdo con la descripción en las Patentes de los EUA cedidas conjuntamente Nos. 5,318,137 y 5,318,138, las enseñanzas de las cuales se incorporan por referencia en el presente documento. Como se describe en estas patentes, la inclinación del ensamble del agujero inferior puede ser cambiado al variar selectivamente la extensión de las aspas estabilizadoras . Como un experto en el campo técnico reconocerá de inmediato, el curso de la barrena de perforación también puede cambiarse de acuerdo con otras técnicas, como encender o apagar selectivamente un motor en el fondo del pozo, ajustar el ángulo de inclinación en una carcasa para motor inclinada, o cambiar el peso en la barrena del sistema. En algunas modalidades, la herramienta de resistividad modular puede ensamblarse en el campo, por ejemplo en el sitio del pozo. Diferentes ensambles de herramientas pueden crearse con diferentes cantidades de rotación de cada módulo de herramienta en relación con otros módulos de herramienta alrededor del eje longitudinal. La capacidad de reconfigurar una cadena de herramientas existente permite la recolección de más datos acerca de la formación que rodea el agujero de perforación. Así, pueden determinarse gráficas de resistividad más robustas y sofisticadas para dirigir el aparato de perforación en la dirección adecuada. El uso de ensambles de herramienta descritos anteriormente para la herramienta de geodirección aumenta la modularidad, conflabilidad y reduce el costo de fabricación, mantenimiento, diseño, reutilización y reemplazo. La Figura 8 muestra un diagrama de bloques de una modalidad ilustrativa para los componentes electrónicos de la base y los módulos de extensión. Al ensamblarse, los diversos módulos están acoplados a través de un bus de herramientas de un cable (802) . En algunas modalidades, se hace pasar un cable a través del agujero de las herramientas y se acopla manualmente a bloques de terminal dentro de los módulos de herramienta al ensamblar la herramienta. En algunas modalidades alternativas, el cable del bus de herramientas pasa a través de un canal abierto o cerrado en la pared de la herramienta y se acopla a los contactos o acopladores inductivos en cada extremo del módulo. A medida que los módulos se conectan juntos, estos contactos o acopladores inductivos se ponen en comunicación eléctrica debido a la geometría de la conexión. Por ejemplo, en una disposición de conector de caja y clavija, el conector puede incluir una clavija macho conductora sostenida en su lugar sobre el eje central por uno o más soportes de la pared interna del módulo. Un conector hembra correspondiente puede mantenerse en su lugar de manera similar sobre el eje central del conector de clavija y posicionarse para hacer contacto eléctrico con la clavija macho cuando la conexión roscada está ajustada. Un arreglo de anillo-0 puede proporcionarse para mantener la conexión eléctrica seca durante las operaciones de perforación. En los sistemas que requieran un agujero vacío, el conector eléctrico puede modificarse para ser una conexión anular en la cual un aspa simétrica circularmente embone en un zócalo circular, de nuevo con una disposición con un arreglo de anillo-0 para mantener la conexión eléctrica seca. Otros conectores eléctricos y mecánicos adecuados son conocidos y pueden ser empleados . En las modalidades ilustradas por la Figura 8, el bus de herramienta (802) está acoplado inductivamente a los componentes electrónicos del módulo a través de un transformador (804) . Una fuente de alimentación (806) extrae alimentación de corriente alterna (AC) desde el bus de herramienta y adecúa la alimentación para su uso por las otras partes de los componentes electrónicos. La comunicación bidireccional con los otros módulos se realiza mediante un módem (808) bajo control del controlador (810) . El controlador (810) opera de acuerdo con firmware y software almacenados en la memoria (812) para coordinar las operaciones con otros módulos y para controlar un transmisor (814) y un receptor (816) para cada una de las antenas (818) . Al transmitir una señal electromagnética a la formación, el controlador proporciona una señal de sincronización a través del bus de herramienta a los otros módulos. Cuando funciona como un receptor, el controlador recibe el pulso de sincronización y comienza a digitalizar y almacenar las señales recibidas en memoria para posterior comunicación con el módulo de alimentación y control. La Figura 9 es un esquema ilustrativo de la antena (818) . La antena (818) incluye varias bobinas de alambre rodeando un núcleo central (905) . Las terminales (910, 915, 920, 925) están acopladas a diferentes bobinas para permitir que los componentes electrónicos transmisores o receptores cambien el número de vueltas efectivas en la bobina. Cuando se aplica una corriente alterna a la bobina (818) , se produce un campo electromagnético. Por el contrario, un campo electromagnético alterno en las cercanías de la antena (818) induce un voltaje en las terminales. De esta manera, la antena (818) puede utilizarse para transmitir o recibir ondas electromagnéticas . La Figura 10A muestra una vista detallada de dos módulos parcialmente ensamblados (402 y 412) . Una compuerta (1008) para los componentes electrónicos transmisores/receptores de la antena (406) en el módulo (402) pueden verse, pero la antena misma no puede verse en esta vista debido a que está protegida por una capa de bandas intercaladas (1010 y 1012) . Las bandas (1012) son barras de desgaste de acero para proteger la antena contra daño. Para evitar que las barras de desgaste de acero (1012) supriman la señal de la antena, están orientadas perpendiculares al plano de la antena y entrelazadas con bandas de material aislante (1010) . Las antenas (416) y (420) del módulo (412) se muestran soportadas en sus concavidades respectivas (414) y (418) por los bloques de soporte (1002) y (1004) . El espacio alrededor de las antenas se llenará con un material de apoyo y una estructura protectora se colocará sobre las antenas para proporcionar resistencia contra el desgaste. Las compuertas (1006) para los componentes electrónicos del transmisor/receptor de las antenas (416) y (420) también son visibles.

La Figura 10B muestra una primera modalidad de una estructura protectora a colocar sobre las antenas inclinadas. La estructura protectora es una camisa (1013) consistente en un cuerpo tubular (1014) que tiene un patrón de ventanas (1016) dispuestas de manera que estén alineadas con una o más antenas inclinadas. En algunas modalidades, las ventanas son esencialmente rectangulares, con los bordes más cerca de la antena orientados generalmente en forma perpendicular al plano de la antena. Pueden proporcionarse agujeros de montaje (1018) como medios para asegurar la tapa al cuerpo de la herramienta. La tapa (1013) está hecha de materiales que actúan como una carcasa rígida para proteger las antenas. El cuerpo tubular (1014) puede estar formado por un material conductor o no conductor, y en por lo menos algunas modalidades el cuerpo tubular consiste en acero no magnético. El cuerpo tubular (1014) puede estar revestido con, por ejemplo, carburo de tungsteno. El cuerpo tubular (1014) tiene extremos abiertos para que pueda deslizarse dentro y fuera del cuerpo del módulo mientras permite que el módulo se acople a otros módulos en cualquier extremo. La forma, grosor, diámetro y longitud del cuerpo tubular (1014) puede variar de una aplicación a la siguiente. El número de ventanas puede variar de una aplicación a la siguiente, y las dimensiones, espaciado y otras características de cada ventana o de cada conjunto de ventanas pueden variar de una aplicación a la siguiente . Pueden utilizarse agujeros de montaje (1018) para fijar la tapa (1013) al cuerpo del módulo. Así, pueden formarse agujeros de acoplamiento en el módulo y utilizarse tornillos u otros medios conocidos para unir la tapa (1013) al cuerpo del módulo. Tales medios pueden ser adicionales a un ajuste a presión, soldadura u otro método suplementario para retener la tapa (1013) en su lugar. Las Figuras 10C-10D muestran dos vistas de la tapa protectora (1013) en su lugar sobre el módulo (412) . Para fines explicativos, la tapa (1013) se muestra como un material semitransparente para permitir la visualización de la relación entre las antenas (416, 420) y las ventanas (1016) cortadas en el material protector (1102) . Se espera que la tapa (1013) comprenda acero u otro metal conductor eléctrico. De manera acorde, las ventanas (1016) están cortadas con bordes perpendiculares a las antenas (416, 420) para impedir que corrientes inducidas en la cubierta protectora (1013) supriman la señal de la antena. La Figura 10C muestra una vista lateral de la tapa protectora (1013) en su lugar sobre el módulo de herramienta (412). Las concavidades inclinadas (414, 418) y las antenas (416, 420) se colocan subyacentes a los patrones de ventanas (1016) . Cuando se acoplan adecuadamente, las ventanas (1016) se alinean arriba y perpendiculares a las antenas (416, 418) alrededor de la circunferencia del módulo (412) . La Figura 10C además ilustra que en algunas modalidades las antenas (416, 420) están inclinadas 45 grados respecto al eje de la herramienta. La Figura 10D muestra una vista inferior de la tapa protectora (1013) en su lugar sobre el módulo de herramienta (412) . La vista inferior ilustra una vista adicional de concavidades inclinadas, antenas inclinadas, y ventanas dispuestas perpendiculares a las antenas (416, 420) alrededor de la circunferencia del módulo (412) . En las Figuras 10C y 10D, se muestran las compuertas (1006) en el módulo de herramienta (412) . Una cavidad herméticamente sellada bajo cada compuerta contiene componentes electrónicos para transmitir y recibir señales a través de la antena correspondiente (416, 420). El volumen de las concavidades (414, 418) y las ventanas (1016) y otras áreas pueden llenarse y sellarse para evitar la penetración de fluido de perforación y otros materiales. Los métodos adecuados pueden incluir aquellos descritos en la Patente de los EUA 5,563,512. Sin embargo, el sellador preferiblemente no degrada esencialmente la capacidad de las ventanas (1016) para pasar energxa radiada y reflejada.

Como una alternativa a emplear una tapa protectora (1013) , las antenas inclinadas pueden protegerse usando bandas de desgaste entrelazadas (1012) como aquellas mostradas en la Figura 10A. La Figura 11A muestra una herramienta de resistividad (500) que tiene un módulo (505) con una concavidad inclinada (510) que tiene una antena inclinada (515) . La concavidad tiene rebordes (525) para soportar la estructura de bandas entrelazadas (550) mostrada en la Figura 11B. La estructura comprende un material aislante (555) que contiene barras de desgaste de acero (560) orientadas generalmente a través del ancho de la estructura. El material aislante (555) impide el flujo de corrientes que suprimirían la señal de la antena. La Figura 11C muestra una vista lateral de otra tapa alterna (572) que tiene un patrón de ventanas que se alinea con la antena inclinada. La tapa (572) comprende una banda (574) que tiene ventanas (576) . La tapa (572) está soportada por los rebordes (525) , y quizá adicionalmente cualquier soporte de antena.. Como las ventanas (1016) , las ventanas (576) están preferiblemente alineadas con y perpendiculares a una antena, en este caso, la antena (515) . Los materiales utilizados para formar la tapa (572) y las dimensiones de la tapa y las ventanas pueden variar de una implementación a la siguiente como se mencionó anteriormente con respecto a la tapa (1013) y las ventanas (1016) . De manera similar, las ventanas (576) y otras áreas pueden sellarse para evitar la penetración de fluido de perforación y otro material por cualquier método conocido. La tapa (572) puede fijarse al segmento (500) mediante cualquier método conocido de acoplamiento, por ejemplo, tornillos, compresión, abrazadera (s) . Puede fijarse un empaque a la tapa (572) o a los rebordes (525) . La Figura 11D muestra una vista frontal de la tapa (572) . La tapa (572) puede cortarse de una hoja plana de acero y moldearse en una forma cilindrica (inclinada) . Después de ajustarse a la concavidad, puede hacerse una soldadura a lo largo del sello (582) para asegurar la tapa en su lugar. Las pestañas (578) pueden proporcionarse para evitar la rotación de la tapa, y las muescas (580) pueden proporcionarse para ajustarse alrededor de tapas de acceso, asegurando la maquinaria u otros elementos de las herramientas . Observe que las formas de las ventanas no necesitan ser uniformes en forma o tamaño como se indica en la ventana (584) . La Figura 11E muestra la tapa (572) en lugar de una herramienta de registro ensamblada parcialmente para ilustrar la relación entre la antena (515) y las ventanas. Dentro de una concavidad maquinada (588) se encuentra una cavidad para componentes electrónicos (590) y diversos agujeros roscados para asegurar los componentes electrónicos y una compuerta. Una cavidad correspondiente (586) con agujeros roscados adicionales permite a la compuerta asegurarse (bajo la tapa (572)) a través del ancho de la concavidad de la antena, proporcionando una ruta para los cables entre la antena y los componentes electrónicos si se desea. En la práctica, la antena no será visible como la concavidad elíptica y las ventanas de la tapa se llenarán con algún material aislante para dar apoyo y proteger la antena. Una vez ensamblado, insertado en el agujero de perforación y encendido, el ensamble de la herramienta de resistividad/geodirección activa sus diversos transmisores a su vez y recopila mediciones de cada uno de los receptores. En algunas modalidades el módulo base incluye aparatos de rastreo de orientación y posición, mientras que en otras modalidades el módulo base accede a la información de orientación y posición proporcionada por otro módulo. En aún otras modalidades, el módulo base reenvía las mediciones relevantes a otra herramienta que tiene acceso a la información de posición y orientación. Aunque la siguiente descripción de la Figura 12 procede suponiendo que el módulo base realiza las acciones descritas, estas acciones pueden realizarse alternativamente por uno u otro componente del sistema. En el bloque (1202) , los módulos de expansión están acoplados al módulo base. En algunas modalidades, los módulos de expansión sencillamente se enroscan al ensamble del agujero inferior o sarta de herramientas con el módulo base, y los contactos eléctricos en los conectores establecen la conexión del bus de herramienta. Otras técnicas de comunicación adecuadas son conocidas y podrán ser utilizadas. En el bloque (1204) , el módulo base identifica cada uno de los módulos de extensión a los cuales está acoplado. Cada módulo de extensión preferiblemente incluye un identificador único preprogramado, junto con alguna indicación del tipo de módulo (por ejemplo, transmisor, receptor, orientación de antena y configuración sencilla o diferencial) y número de versión para permitir que este proceso de identificación sea realizado automáticamente por el módulo base. Sin embargo, la configuración personalizada o la programación por un ingeniero de campo también pueden utilizarse como un método para configurar la herramienta. Una vez que el módulo base ha completado el proceso de identificación, inicia un procedimiento de sincronización de reloj en el bloque (1206) . Para asegurar la precisión de la medición, el proceso de sincronización debe repetirse o retinarse antes de cada medición. En algunas modalidades, cada módulo tiene su propio reloj de alta precisión y el módulo base sólo determina la desviación relativa del reloj para cada módulo usando un proceso de solicitud y respuesta. Para mayor refinamiento, el módulo base también puede determinar y rastrear la proporción de cambio de cada desviación de reloj . En el bloque (1208) , el módulo base establece parámetros de medición y los comunica a los módulos de expansión relevantes. Por ejemplo, los parámetros de medición pueden especificar la antena transmisora, la frecuencia deseada y la configuración de alimentación, y el tiempo de disparo deseado. (El tiempo de disparo deseado puede especificarse usando una señal de activación especial en el bus.) Donde se empleen señales de pulsos, también puede especificarse la forma y duración del pulso. En el bloque (1210) , el transmisor dispara y los receptores miden la fase y la atenuación. Estas mediciones se hacen relativas a cualquiera de las varias referencias posibles. La fase puede medirse en relación con los relojes individuales, relativa a la fase de la señal de transmisión, o relativa a la fase de una señal de recepción para otra antena. De manera similar, la atenuación puede medirse en relación con un valor de calibración, relativo a la configuración de alimentación de transmisión especificada o relativa a la amplitud de una señal de recepción de otra antena. El módulo base se comunica con cada uno de los módulos de extensión para recopilar las mediciones del receptor. Cuando un módulo de extensión transmitió la señal, también puede recopilarse un tiempo real de transmisión si ese módulo lo midió. En el bloque (1212) , el módulo base determina la orientación de la herramienta y procesa las mediciones de fase y atenuación de manera acorde. En algunas modalidades, la herramienta gira a medida que recopila las mediciones. Las mediciones se ordenan en contenedores azimutales y se combinan con otras mediciones para ese contenedor. El error de medición puede reducirse combinando las mediciones de esta manera. El módulo base procesa las mediciones para determinar la dependencia azimutal y radial de las mediciones, y además puede generar una señal de geodirección tomando la diferencia entre mediciones en orientaciones opuestas o entre las mediciones para un contenedor dado y el promedio de todos los contenedores. En el bloque (1214) , el módulo base opcionalmente comprime los datos antes de almacenarlos en la memoria interna y/o proporcionar los datos al transmisor de telemetría para comunicarse a la superficie. En el bloque (1216) , el módulo base determina si el registro debe continuar, y de ser así, las operaciones se repiten comenzando por el bloque (1206) . Aunque la descripción anterior se ha enfocado en el uso de mediciones de resistividad sensibles azimutalmente para permitir la geodirección relativa a los límites del lecho, tales mediciones también pueden usarse para proporcionar agujeros de pozo adicionales generalmente paralelos a uno o más agujeros de pozo. Los agujeros de pozo existentes pueden llenarse con un fluido que tiene una resistividad muy diferente a las formaciones circundantes. A medida que se perfora el nuevo agujero de pozo, la herramienta de resistividad azimutalmente sensible permite la detección de la dirección y distancia a los agujeros de pozo existentes. La colocación precisa de agujeros de pozo generalmente paralelos permite el uso de tales técnicas como drenado por gravedad asistido por vapor (SAGD por sus siglas en inglés) , en el cual se bombea vapor desde un primer agujero de pozo dentro de una formación para calentar la formación, aumentando así la fluidez de los hidrocarburos. Un segundo agujero de pozo a continuación drena estos hidrocarburos desde la reserva, mejorando significativamente el rendimiento de la reserva. Mientras que la presente invención se ha descrito con respecto a un número limitado de modalidades, aquellos expertos en la técnica apreciarán numerosas modificaciones y variaciones de la misma. Por ejemplo, se espera que los métodos de construcción de herramientas descritos se empleen en herramientas de registro con cable eléctrico así como en herramientas de registro durante la perforación. En el registro durante la perforación, la sarta de perforación puede ser una tubería de perforación conectada o desconectada o embobinada enrollada. Se pretende que las reivindicaciones adjuntas cubran todas las modificaciones y variaciones que se encuentren dentro del verdadero espíritu y alcance de la presente invención.

Claims (18)

1. REIVINDICACIONES 1. Un método de registro que comprende: acoplar un módulo de extensión a un módulo base; y operar el módulo de extensión y el módulo base cooperativamente para realizar por lo menos una de las siguientes acciones: detección de variaciones azimutales en la resistividad de la formación, y dirección.
2. 2. Un ensamble de herramienta de geodirección que comprende: un módulo base; y un módulo de extensión que se acopla al módulo base para detectar cooperativamente variaciones azimutales en la resistividad de la formación para dirección.
3. 3. Un módulo de extensión que comprende: un conector roscado que se acopla mecánicamente a un módulo base y establece una ruta de señal eléctrica con el módulo base cuando se acopla de este modo; y componentes electrónicos que funcionan cooperativamente con el módulo base para realizar por lo menos una de las siguientes acciones: detección de variaciones azimutales en la resistividad de la formación, y dirección.
4. 4. La invención de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde el módulo base comprende una herramienta de registro de resistividad que tiene por lo menos una antena transmisora y por lo menos una antena receptora .
5. 5. La invención de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde el módulo de extensión incluye una antena receptora inclinada para hacer las mediciones sensibles azimutalmente en respuesta a la operación de una antena transmisora en el módulo base.
6. 6. La invención de la reivindicación 5, donde las mediciones sensibles azimutalmente comprenden por lo menos una entre desplazamiento de fase y atenuación entre la antena de receptor inclinado y una señal de referencia.
7. 7. La invención según la reivindicación 6, donde la señal de referencia es una señal de transmisión o una señal de recepción de otra antena receptora.
8. 8. La invención según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde las variaciones azimutales se utilizan para determinar una señal de geodirección.
9. 9. La invención según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el módulo de extensión opera bajo control del módulo base.
10. 10. La invención según la reivindicación 9, donde el módulo base detecta y controla automáticamente el módulo de extensión cuando se suministra potencia.
11. 11. La invención según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde dicho acoplamiento ocurre a través de por lo menos un tubo intermedio.
12. 12. La invención según la reivindicación 1 ó 2, que además comprende acoplar un segundo módulo de extensión al módulo base, donde el segundo módulo de extensión opera bajo control del módulo base.
13. 13. La invención según la reivindicación 1 ó 2, en donde el módulo de extensión se acopla al módulo base con un medio de acoplamiento en el conjunto consistente en un conector atornillable , un conector de ajuste por presión y una soldadura.
14. 14. La invención según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, donde el módulo de extensión proviene de un conjunto de módulos de extensión intercambiables operables para proporcionar diferentes mediciones cuando se acopla al módulo base.
15. 15. La invención según la reivindicación 14, donde el conjunto de módulos de extensión intercambiables incluye módulos que tienen diferente número de antenas.
16. 16. La invención según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 15, donde el conjunto de módulos de extensión intercambiables incluye módulos que tienen antenas con diferentes orientaciones.
17. 17. La invención según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, donde el conjunto de módulos de extensión intercambiables incluye módulos que tienen diferentes potencias de transmisión.
18. 18. La invención según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 17, donde el conjunto de módulos de extensión intercambiables incluye módulos que tienen diferentes sensibilidades.