Perfil de Densidade

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Avaliação de Formações
Agustinho Plucenio
Índice
• Introdução
• Mud Logging, Testemunhos (coring)
• Perfilagems de Poço Aberto
• Perfilagem de Poço Revestido
• Integração Sísmica de superfície com
perfilagem.
Introdução
Proporcionalmente, o custo de perfilagem
de um poço é pequeno.
Se o poço perfurado não puder ser avaliado
perde-se todo o investimento.
Mud Logging
• Chama-se Mud Logging o serviço que
mantém o registro contínuo de:
-Profundidade
-Taxa de Penetração
-Detecção de Gás na superfície e
cromatografia.
-Descrição litológica das amostras de calha
(“shale shaker”)
-Fluorescência das amostras de calha.
-Características do fluído de perfuração
-Peso sobre a broca (“Weight on Bit”)
-Torque sobre o BHA.
Mud Logging (cont.)
-Taxa de Bombeio. (Ás vezes usados
strokes/min)
-Temperatura de entrada da lama
-Temperatura de saída da lama
- Nível do tanque de lama
Descrição litológica
Estes dados fazem parte do
Mud Log. O geólogo
descrevendo as amostras é
geralmente um funcionário da
empresa petroleira. Contudo
pode ser contratado como um
elemento da equipe de Mud
Logging.
O geólogo do turno é responsável por manter a
descrição das amostras de calha para intervalos
regulares de profundidade (ex:a cada 10m)
Cabine de Mud Logging
Avaliação de formação (OH)
• A perfuração de um poço é dividida em fases.
Cada fase é caracterizada por um “Bit size” e
uma lama apropriada. Antes de passar para a
fase seguinte o poço, ainda aberto, é perfilado
para a avaliação das formações perfuradas. Um
dos produtos da perfilagem é o registro contínuo
do diâmetro do poço (às vezes em 2 eixos
ortogonais). Com estas informações calcula-se o
volume do poço e o volume de cimento a ser
usado na cimentação do revestimento.
Perfilagem (Logging)
• A perfilagem de um poço é o conjunto de
aquisições de dados, obtidos de forma
contínua ou estacionária utilizados para
avaliar alguma característica da formação
ou da mecânica do poço.
• Os perfis são usados pelos geólogos,
geofísicos, engenheiros de reservatório,
engenheiros de perfuração, engenheiros
de completação, etc.
Porque perfilar?
• Perfis ajudam a definir características físicas das
•
•
rochas como litologia, porosidade, geometria do
poro e permeabilidade.
Dados de perfilagem são usados para identificar
zonas produtoras, determinar a profundidade e
espessura das zonas, distinguir entre óleo, gás ou
água em um reservatório, e para estimar a
reserva de hidrocarbonetos.
Ainda, mapas geológicos desenvolvidos a partir de
interpretação de perfis ajudam na determinação
do relacionamento das facies e na determinação
de novas locações para perfuração.
Algumas definições
• Os dois parâmetros primários determinados a
partir dos dados de perfilagem são porosidade
(f ) e a fração do espaço poroso preenchido
com água de formação (sw ).
• Para uma rocha sem folhelho Archie (em 1942)
estabeleceu uma relação entre a resistividade R
de um volume unitário de rocha com a
porosidade f, saturação de água sw e
resistividade de água Rw.
a .Rw
R m n
 .sw
Geralmente a=1,m=2 e n=2
m=fator de cimentação
Para obtermos
volume de
folhelho
SP,
Perfil de Raios Gamma,
Neutron
Densidade
Para obtermos
Rw
Perfil SP, Xplots R x f
Para obtermos a
resistividade
Perfis Elétricos,Indução
e Lateralog
Para obtermos a
porosidade
Perfis Nucleares
(Densidade,Neutrão) ou
sônicos
Algumas regiões de interesse:
Antes de uma perfilagem:
• Para lamas condutivas mede-se:
- Rm,T - Resistividade da lama perfuração
e sua Temperatura,
-Rmf,T - Resistividade e Temperatura do
filtrado da lama de perfuração,
-Rmc,T - Resistividade e Temperatura da
crosta (mud-cake) formada no teste
de filtrado.
SP – Potencial Espontâneo
O perfil de SP é o registro dos
potenciais elétricos que ocorrem
naturalmente em um poço em
função da profundidade. Como
indicado no diagrama, registra-se a
diferença de potencial entre um
eletrodo na superfície e outro
eletrodo situado dentro do poço.
SP=Potencial de Membrana
(Em)+ Potencial de Junção (Ej)
Em = -59.2 log10(Rmf/Rw) at 77°F
Ej = -11.5 log10(Rmf/Rw) at 77°F
SP = -70.7 log10(Rmf/Rw) at 77°F
Utilização do perfil de SP:
• Determinação de Rw.
• Cálculo do Volume de Folhelho. (Vsh)
• Indicador qualitativo de permeabilidade
Utilização do perfil de SP:
Uma vez definidas as linhas base para o folhelho e para a
matriz, O perfil de SP pode indicar a % de folhelho
Determinação de Rw com SP:
• Determinação da resistividade da água de
Formação Rw usando SP
1-Corrige-se SP para Temperatura
SSP = -(60 + 0.133Tf) log (Rmf/Rweq)
Tp = Temperatura na profundidade p em °F .
Rmf= Resistividade do filtrado de Lama em ohm.m .
Rweq Resistividade da água de formação equivalente ohm.m.
Rweq = Rmf ( (SSP)/(10(60 + 0.133Tp) ))
Utilização do perfil de SP:
1-Determine Tp
2-Corrija Rm and Rmf para Tp
3-Encontre SSP
4-Determine a razão Rmf/Rwe
5-Determine Rwe
6-Corrija Rwe to Rw
• Calculamos Rw necessário para a determinação
da saturação Sw!
A partir de Rmf e SSP pode-se achar Rw utilizando
cartas como as do Schlumberger Log
Interpretation Charts sp-1, sp-2,sp-2m,sp-3,sp4
Carta sp-2 (exemplo):
Perfil de Raios Gama (Gr)
• O perfil de Raios Gama é um dos principais perfis
utilizados em perfilagems pois funciona tanto em poço
aberto como em poço revestido permitindo estabelecer
um controle de profundidade quando o poço está
revestido através da correlação da curva registrada.
Além disso é utilizado na determinação do
volume de folhelho e determinação de litologia.
Perfil de Raios Gama (Gr)
Os elementos Th, K e U fazem
parte de minerais que participam
em diferentes percentuais da
composição de rochas do tipo
folhelho.
Perfil de Raios Gama (Gr)
Sensor para a ferramenta GR
Calibração da ferramenta GR
(American Petroleum Institute)
Padrão Primário para a medida
GR (API)
Resolução x Prof. investigação
Resposta Típica GR Log
Interpretação I
Interpretação II
Existe 2 tipos de ferramentas:
1-Mede Gr Total
2-Mede contribuição de K,Th e U separadamente
Natural
Gamma
Ray Tool
Perfil de densidade
Brevíssima introdução aos tipos de
decaimentos radioativos.
Alguns elementos da tabela períodica são instáveis e no
processo para alcançar estabilidade emitem radiações do tipo:
• alfa
• beta
• gama
A ferramenta de densidade utiliza a radiação gama.
Decaimento alfa
Decaimento beta
Beta particles are electrons or positrons (electrons with positive electric
charge, or antielectrons). Beta decay occurs when, in a nucleus with too
many protons or too many neutrons, one of the protons or neutrons is
transformed into the other.
In beta minus decay, a neutron
decays into a proton, an electron, and
an antineutrino: n Æ p + e - +.
In beta plus decay, a proton decays into
a neutron, a positron, and a neutrino: p
Æ n + e+ +n.
Decaimento gama
In gamma decay, a nucleus changes from a higher energy state to a
lower energy state through the emission of electromagnetic radiation
(photons). The number of protons (and neutrons) in the nucleus does
not change in this process, so the parent and daughter atoms are the
same chemical element. In the gamma decay of a nucleus, the emitted
photon and recoiling nucleus each have a well-defined energy after the
decay. The characteristic energy is divided between only two particles.
Interação gama átomo
Arthur Holly Compton in 1923 and further
verified by his graduate student Y. H. Woo
in the years following. Compton earned
the 1927 Nobel Prize in Physics for the
discovery.
Energia de
“repouso” do
elétron
Patrick Blackett's the 1948
Nobel Prize in Physics.
Produção de par
In nuclear physics, this
occurs when a high-energy
photon interacts in the
vicinity of a nucleus,
allowing the production of
an electron and a positron
pair without violating
conservation of
momentum.
Efeito fotoelétrico
Efeito Compton
511 kev
1.022 Mev
Energia ( eV )
Perfil de Densidade
•Uma fonte radioativa emite raios Gama com
energia de 662 Kev e intensidade de ~1.3 Cu
•2 Detetores do Tipo Scintilação (Xtal
NaI+TuboPM) medem a radiação chegando.
•O número de colisões com espalhamento
Compton esta relacionado diretamente
com com o número de eletrons na
formação. Consequentemente, a resposta
da ferramenta à densidade é governada
essencialmente pela densidade de eletrons
(ne) da formação.
Princípio de funcionamento do Perfil de
Densidade
• Definições
Z = Número atômico de um elemento que corresponde ao número de
prótons encontrados no núcleo de seu átomo. Não existe dois elementos
com o mesmo número atômico.
A= Número de massa.
A= No.de prótons(Z) + No. neutrons no núcleo do átomo.
O número de massa de um elemento químico é representado na parte
superior do símbolo ou ao seu lado direito: 23Na ou Na-23
Princípio de funcionamento do
Perfil de Densidade
1  no 
ne 
ln 

n

scL 
O número de átomos por volume |N de formação (Átomos/cc ) é (N/A).r
O número de elétrons por volume é ne = 2(Z/A)r
então
2(Z/A)r=(1/scL) ln(no/n) e
r= 1/(scL(2Z/A))ln(no/n)
2Z/A é aproximadamente igual a 1
para a maioria das formações
r = A – Bln(n)
Sandstone: (SiO2)
Z/A = .499
Limestone: (CaCO3)
Z/A = .500
Dolomite:
(CaMg(CO3)2) Z/A = .499
Compensação do efeito do
reboco.
Medidas efetuadas:
-Diâmetro do poço ( Caliper –in )
-Densidade
(Rhob – g/cc)
-Fator Fotoelétrico (Pef – barn/e)
-Correção utilizada na determinação da densidade
(controle de qualidade) ( dRho –g/cc)
Resposta de algumas
substâncias:
Interpretação:
Perfil típico: Rhob
Pef
Caliper
dRho
Perfil de Neutrons
•Uma fonte
radioativa emite
Neutrons com
energia de 16Mev
e intensidade de
16 Cu.
•2 Detetores de Neutrons do tipo detetor proporcional com
He3 medem a quandidade de neutrons chegando.
• Tanto a água como hidrocarbonetos possuem o Hidrogênio em sua
constituição.O hidrogênio, dentre a maioria dos elementos encontrados na
rocha é aquele cuja massa do núcleo mais se assemelha à massa do neutron.
Isto explica sua alta secção eficaz para espalhamento elástico de neutrons e
também o máximo “decremento logarítimo” médio de energia por colisão.
Medidas efetuadas:
Assim a densidade de neutrons termais em um ponto no
espaço entre fonte e detetor depende somente de:
• Distância da fonte (espalhamento geométrico)
• Densidade dos átomos que causam espalhamento elástico e
inelástico.(Os neutrons de alta energia viajam muito mais longe
do que os neutrons termais.)
• Densidade dos átomos que capturam neutrons.
A razão das taxas de contagem dos dois detetores (N/F) é
proporcional a porosidade da formação f.
Para um determinado espaçamento fixo dos dois detetores e
uma fonte emissora de neutrons com uma determinada energia
podemos dizer que para uma faixa de valores de f ;
f= K1 + K2.(N/F)
A leitura da ferramenta de neutrão
sofre diversas correções ambientais:
Correção por
Tamanho do poço,
Expessura do reboco,
Salinidade da lama,
Peso da lama (densidade),
Temperatura ,
Pressão e
Salidade form. Calcarenito
O perfil de Neutrão é normalmente
corrido combinado com a ferramenta
de Densidade.
A entrada com o par
( Rhob, Nphi)
Define a litologia e
a porosidade para
regiões sem a
influência de
folhelho.
Veremos mais tarde
como corrigir o
efeito de Vsh.
Ferramenta sônica:
DT=1/2((TT1-TT2)/2 + (TT3-TT4)/2)
DT=(1-)DTm + DTf, onde
DTm=Tempo de trânsito da rocha
matriz.
DTf= Tempo de trânsito do fluído da
rocha e
=Porosidade (sônico)
Perfis de Resistividade
Princípio da
ferramenta Lateralog
Houve enormes avanços na tecnologia
de focalizar a corrente de medida.
Vista da ferramenta DLT-E
(Schlumberger)
Resistividade da zona
invadida
Imagem com perfil de
micro-resistividade
Resistividade com Ferramentas de
Indução-Princípio de Funcionamento
Resistividade com Ferramentas de
Indução-Princípio de Funcionamento
Resistividade com Ferramentas de
Indução-Princípio de Funcionamento
Resistividade com Ferramentas de
Indução-Fator Geométrico
Array Induction Tool (di=10¨ a 90¨)
Escolha da técnica
Permeability logging
Ressonância
magnética
Interpretação rápida
Exemplo perfil Indução/Densidade/Neutron/GR
Cortesia da Petrobras UN SE-AL
Interpretação rápida
Interpretação rápida
Exemplo perfil Indução/Densidade/Neutrão/GR
Dados:Cortesia da
Petrobras UN SE-AL
Exemplo de
uma
Interpretação
de Perfis
LWD-Logging while drilling
LWD-Logging while drilling
Perfilagem em Poços
Revestidos
Existem inúmeros perfis de poço revestido:
-Perfis para análise da cimentação
-Perfis para análise da condição do revestimento
-Perfis para determinação da saturação de água da
formação.
-Perfis para determinação de porosidade,
-Perfis para análise da produção ( Production Logging
Tools)
-etc.
Avaliação da Cimentação
Avaliação da Cimentação
1-CBL-VDL-GR-CCL
Determinação da trajetória do
poço
• A trajetória de um poço é o conjunto de dados
•
profundidade medida, inclinação e azimute da
inclinação.
A trajetória de um poço pode ser obtida de 3
formas:
- Foto (Realizada antes de retirar o BHA
para perfilar)
- Measure While Drilling (MWD)
- Perfilagem com ferramentas direcionais tipo
SHDT, GCT, BGT,
• Como não se costuma realizar medir a direção
da inclinação dentro do revestimento, a
sapata do último revestimento, (“casing
shoe”), é utilizada como o ponto onde se
considera a profundiade vertical=profundidade
medida. (“tie-in point”)
• A partir do “tie-in point” o conhecimento da
•
profundidade medida, inclinação e direção da
inclinação (“azimuth of hole deviation”)
permite calcular a posição do ponto em 3D.
Costuma-se corrigir a direção da inclinação
com o valor da declinação magnética do local.
Unidade Perfilagem em Terra
Alguns perfis
• Perfis de Resistividade
•
•
•
•
•
- Induction Log –Dual Induction Log- Dual Lateralog – Array
Induction – Micro-Spherical Log – Azimuthal Lateralog
Perfis de Porosidade
- Litho Density Log – Compensated Neutron Log -Borehole Sonic
Compensated Log – Combinable Magnetic Resonance Log
Perfis Lithológicos
-GR log, Natural Gamma-Ray Log, Fullbore Formation
Microimager
Perfis para estudo de campo
-Vertical Seismic Profile, Stratigraphic Dipmeter Tool, Offset VSP,
Dipole Sonic Imager,etc
Perfis amostradores
- Chronological Sample Taker, Repeat Formation Tester, Modular
Formation Dynamics Tester, etc.
Perfis de Imagem
- Ultrasonic Borehole Imager,
http://adamite.igs.indiana.edu/indgeol/problems/lessons/rockcycle/index
.htm
http://www1.slb.com/petr.dir/index.html
http://pumpjack.tamu.edu/
http://www1.slb.com/petr.dir/index.html
http://www.pe.utexas.edu/Dept/Reading/general.html
http://www.pe.utexas.edu/Dept/Reading/petroleum.html
http://www.aww.co.uk/oil/
http://www.spe.org/cda/2001_otc_front_door/1,1240,3325,00.html
http://www.cicpro.com/Pages/cicpro.html

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