UFRN - UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CT - CENTRO DE TECNOLOGIA

DPET - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE PETRÓLEOENGENHARIA DE PETRÓLEO

Seminário sobre perfil sônico (medição do tempo de trânsito)Perfilagem de poços

Natal/RNMaio, 2014

Seminário sobre perfil sônico (medição do tempo de trânsito)Perfilagem de poços

Prof. Dr. German Garabito Callapino

ComponentesJuliana Rocha Dantas de Lima – 2014017999

Laís Medeiros de Lima – 2014018833Marcela Ferraz Guimarães – 2014019296

Natal/RNMaio, 2014

1. Introdução

Os parâmetros previamente considerados (resistividade e potencial espontâneo) têm origem nas características elétricas das rochas. Existem, todavia, outras características físicas tais como magnetismo, condutividade térmica, radioatividade etc., que podem ser igualmente úteis na quantificação do conteúdo fluido das rochas. A determinação do tempo gasto pelo som para percorrer um determinado espaço de formação, é uma delas. A velocidade do som varia segundo o meio em que suas ondas se propagam. Ela é mais rápida nos sólidos que nos líquidos e gases. Velocidade de propagação maior significa tempo menor. Assim, o tempo gasto pelo som para percorrer uma mesma distância fixa nos sólidos é bem menor que nos líquidos e nos gases. O tempo de trânsito (DT) guarda uma relação direta com a porosidade da rocha. Quanto maior o DT, maior a separação entre os grãos, portanto, maior a porosidade, sendo a recíproca verdadeira. Consequentemente, a maior vantagem do perfil sônico provém da relação direta que existe entre o tempo de trânsito de uma onda sonora em uma rocha e a sua porosidade (Wyllie, 1956). Em sua tese (Lima, 2005) afirma que elevados tempos do DT podem representar fraturas, desmoronamentos ou até mesmo presença de gás no poço. A fórmula para a estimativa da porosidade está representada na equação 1:

1V P

= ФV f

+ 1−ΦV m

Onde: Vp: velocidade média compressional na rocha Vm: velocidade da matriz da rocha Vf: velocidade da onda no fluido Φ: porosidade

Tabela 1- Velocidades acusticas compressionais (onda P) e tempos de trânsito

Na tabela 1 são mostrados alguns dos valores das velocidades da onda primária e os tempos de trânsito, obtidos em laboratório, para materiais puros (matrizes de rocha). Esses valores servem de referência para identificar a litologia a partir do perfil sônico. Por outro lado, quando os pulsos sonoros atravessam os fluidos, os tempos de trânsito são maiores. Como por exemplo, o tempo para água salgada é de 620,1 µs/m, para água doce é de 656,2 µs/m e para óleo é de 774,3 µs/m. Caso, o meio seja um gás, o tempo de trânsito é, aproximadamente, de 1968,5 µs/m. Para uma matriz rochosa com fluido nos seus poros, o tempo de trânsito cresce ligeiramente de acordo com a quantidade de fluido.

As sondas sônicas normalmente fazem parte de um conjunto de outros tipos de sondas, como as de raio gama e a ferramenta caliper (para detectar problemas de posição no poço). Atualmente, as sondas sônicas são equipadas com um ou mais transmissores de pulsos, de 10 até 40 KHz, e dois ou mais detectores de curta distância (Rider,2002). As distâncias entre transmissores ou fontes de sinal e os receptores são predeterminadas. A distância maior (aproximadamente 61 cm) indica a resolução da espessura dos estratos detectados. Para espessuras menores, as velocidades registradas não são verdadeiras.

O perfil sônico é utilizado, principalmente em poços pioneiros, que recebem maiores investimentos para aquisição de dados, pois esses poços servem como referência para analisar o potencial petrolífero da área. Para poços considerados de explotação, normalmente não são corridas as ferramentas sônicas por motivos econômicos, principalmente nos tempos de preço de petróleo baixo. História:

Em 1946, durante a Segunda Guerra Mundial, foi desenvolvido o perfil sônico, também conhecido como perfil acústico. Este perfil compõe, junto com os perfis de densidade e de nêutrons, os perfis de porosidades. O perfil sônico mede a velocidade acústica sobre um pequeno intervalo do poço. No entanto, essa velocidade acústica é obtida a partir do tempo de trânsito. Geralmente, o tempo de trânsito é medido em microssegundo por pé (ms/ft) e também é chamado de vagarosidade (slowness), que, na verdade, é o inverso da velocidade. Ao longo dos anos diversas ferramentas de perfilagem acústica foram desenvolvidas, porém a ferramenta mais comum é o BHC (borehole compensated). Em geral, essas ferramentas são constituídas de transmissores, que são fontes de energia acústica, e receptores. Utilizam-se nesses receptores e transmissores, transdutores, dispositivo eletrônico que possui a propriedade de transformar uma determinada grandeza física num sinal elétrico e vice-versa. A configuração do BHC consiste em quatro receptores organizados em pares e localizados entre dois transmissores. A medida é feita em duas etapas. Na primeira etapa, o transmissor inferior é acionado, transmitindo um pulso de energia sonora numa determinada parte da formação, sendo captado pelos receptores superiores de cada par. Nesse instante registra-se a diferença da vagarosidade entre os dois receptores superiores. Em seguida, o transmissor superior é acionado, liberando energia sonora, sendo recebido pelos receptores inferiores de cada par, registrando a vagarosidade. A vagarosidade somente pode ser obtida porque os espaçamentos entre os transmissores e os receptores são iguais e conhecidos. As medidas ocorrem na primeira chegada da energia sonora transmitida ao longo da formação (ondas compressionais). O espaçamento entre os receptores e transmissores devem ser grandes o suficiente, para que a energia acústica viajante na lama do poço não chegue antes do sinal que vem da formação. Então, desse modo, a vagarosidade das ondas compressionais são medidas. A ausência do ruído de perfuração nos poços elimina a possibilidade de registrar um perfil sônico. No entanto, há perfis sônicos mais sofisticados, como o full-waveform sonic logging, que efetua medidas de vagarosidade para ondas cisalhantes e compressionais. Diversos fatores geométricos, como espessura da camada, o diâmetro do poço, arrombamentos e distância entre os transmissores e receptores, podem causar velocidades aparentes diferentes da velocidade verdadeira na profundidade medida. O aumento do espaçamento entre os transmissores e receptores reduz a influência das condições ruins do poço na medição. Por exemplo, em comparação com os demais perfis de porosidades (densidade e nêutrons), o perfil sônico sofre menos com arrombamento. No entanto, quando há um grande aumento no diâmetro do poço em formações lentas, a chegada do sinal da lama antecede ao da formação.

Com isso, mesmo com o aumento do espaçamento entre os transmissores e receptores, que reduzem este efeito, é possível que ocorra uma sobreposição desses dois sinais de chegada (formação e lama), mascarando o registro. Outro sério efeito de ambiente do poço sobre a ferramenta sônica é a alteração ou dano do material perto da parede do poço. Um exame da literatura mostra que a velocidade compressional acústica em rochas depende a priori de seis fatores: porosidade, composição ou litologia, o estado de tensão, temperatura, composição do fluido para uma rocha porosa saturada e a textura da rocha. Dados de poços e de laboratórios mostram que, velocidades acústicas em arenitos também são dependentes da porosidade, da pressão confinante, da pressão do fluido do reservatório e da argilosidade. Por essas razões, o perfil sônico é utilizado na avaliação da formação, através da relação de Willie para a estimativa da porosidade, comentada mais adiante. O perfil sônico também é utilizado na correlação de poços, analises de propriedades petrofísicas, checagem da sessão sísmica e pode ser usado na identificação de fraturas, quando combinado com outros perfis. Geralmente, os perfis sônicos não estão incluídos em grande parte dos programas de perfilagens em poços antigos. Apesar disso, a perfilagem sônica tem sua importância na exploração sísmica. Através deles e possível construir sismogramas sintéticos. Por isso, este perfil torna-se de suma importância para o desenvolvimento trabalho.

2. Princípios básicos

O princípio básico deste perfil requer a utilização de um transmissor de energia acústica, de frequência ultrasônica baixa e dois receptores. O impulso sonoro emitido com uma frequência constante, pelo transmissor, se propaga nas camadas até vir a ativar sucessivamente dois receptores localizados, na sonda de perfilagem, a distâncias fixas e pré-determinadas. Mede-se, portanto, não o tempo gasto pelo som para atingir ambos receptores, mas sim o tempo gasto pelo som para atingir ambos receptores, mas sim o tempo gasto no percurso entre os mesmos. Em outras palavras, mede-se uma diferença de tempo de propagação (tempo de trânsito) que é expressa em microssegundos por pé de formação. O tempo de trânsito tem como recíproca a velocidade, que é expressa em pés por segundo. Estas unidades são padronizadas pelo API (American Petroleum Institute), ao qual as companhias são filiadas. O tempo de trânsito (DT) guarda uma relação direta com a porosidade da rocha. Quanto maior o DT, maior a separação entre os grãos, portanto, maior a porosidade, sendo a recíproca verdadeira. Consequentemente, a maior vantagem do perfil sônico provém da relação direta que existe entre o tempo de trânsito de uma onda sonora em uma rocha e a sua porosidade (Wyllie, 1956). Em sua tese (Lima, 2005) afirma que elevados tempos do DT podem representar fraturas, desmoronamentos ou até mesmo presença de gás no poço.

Figura 1: Esquema da sonda de perfil sônico. Fonte: (FRANZINI, 2010) 3. Medições de perfis (ferramentas)

4. Fatores que afetam as medidas

As medições, para este tipo de perfil, apresentam erros que podem afetar a interpretação do perfil sônico. Os erros são produzidos por fatores como: desmoronamentos, rugosidade das paredes do poço, a falta de compactação de algumas rochas (em que os tempos de trânsito devem ser corrigidos), tipo de porosidade secundária (com cavidades e vesículas), aparecimento de saltos de ciclo (em que um dos detectores não é ativado) produzidos por zonas de gás e fraturas, entre outros. ( Nery; 2004, Ellis & Singer)

Correções ambientais

Efeito da Ausência de Compactação sobre a Φs

Nas rochas não compactadas, a água suporta a pressão das camadas sobrepostas. Uma maior quantidade de água, em relação a matriz, promove uma atenuação nas ondas em forma de leve estiramento (“stretch”) das amplitudes e, conseqüentemente, aumento do tempo medido. Em vista disso, as porosidades calculadas pelo Sônico necessitam de algum tipo de correção para compatibilizá-las com as rochas compactadas. Convencionou-se considerar uma camada permoporosa como sendo compactada, quando o tempo médio dos folhelhos sobre e sotopostos estiverem na ordem de ∆tsh < 100µs/pé.

ϕS Corrigida=ϕSWyllie x100c .∆ tsh

O fator “c” varia, de acordo com a área, ambiente, formação etc, entre 0,8 e 1,2. Tais valores resultam de observações práticas e experimentais. Ocorrendo folhelhos com valores inferiores àquele limite estabelecido, não se deve efetuar a correção. Dois arenitos de iguais porosidades, não têm que ter, necessariamente, o mesmo tempo de trânsito, pois o ∆t depende da compactação da rocha. Exemplificando :

• Arenito 1 (∆tm=55,5µs/pé), compactado (∆tsh=100µs/pé), saturado com água salgada (∆tf=189µs/pé) e Φ = 25,84 %, tem um ∆t igual a (equação 6.1) : ∆t = 0,2584 x (189) + (1-0,2584) x 55,5 ≅ 90 µs/pé.

• Arenito 2 (∆tm=55,5µs/pé), não compactado (∆tsh=120µs/pé), saturado com água salgada (∆tf=189µs/pé) e Φ = 25,84% (admitindo-se o “ c “ =1,0), terá um ∆t = ? :

0,2584= ∆ t−55,5189+55,5

x100120

⇔ ∆t ≅ 97 s/pé

O arenito 2, por não ser compactado, mostrará sua primeira amplitude compressional um pouco atenuada, e seu tempo será 7µs/pé a mais do que os 90µs/pé observado no arenito 1, compactado. Caso a correção não seja realizada, se incorrerá em erro para mais (otimista) no valor da porosidade, na ordem de 20%. Senão vejamos :

ϕS=97−55,5189−55,5

=0,3109=31,09% (isto é, um erro de 31,09/25,84 = 1,2032).

Convém lembrar que as rochas endógenas (calcários e dolomitos) não apresentam este tipo de problema (ausência de compactação), as quais, por serem produtos de precipitações químicas e/ou crescimento orgânico, são naturalmente compactadas.

Figura 6.4 – Definição do parâmetro ∆tsh para uso na equação 6.3. Os arenitos A e B devem ser corrigidos pela falta de compactação vez que estão entre folhelhos (F) com ∆tsh da ordem de 140 µs/pé, isto é : Φscorrigido = Φs x 100/140

Efeito da Argilosidade (VSH) das camadas sobre o Perfil Sônico

A presença de argila nas camadas permoporosas aumenta a quantidade de água intersticial (comparadas àquelas limpas ou sem argila), atenua a velocidade do som e aumenta o ∆t registrado. Para se estudar este tipo de efeito, adota-se o modelo abaixo.

Fazendo-se um balanço dos tempos e materiais, segundo Wyllie, obtém-se :

∆t = ∆tm.(1−φ −VSH)+ VSH. ∆tsh +φ .∆tf

ϕ= ∆t−∆ tm∆tf−∆ tm

−VSH (∆ tsh−∆tm∆ tf−∆ tm )

Figura 6.6 – Modelo geológico para uma camada areno-argilosa.Denominando-se os termos (∆t-∆tm)/(∆tf-∆tm) de porosidade sônica (ΦSw) e (∆tsh-

∆tm)/(∆tf-∆tm) de porosidade aparente dos folhelhos adjacentes (ΦSSH), tem-se:

Φsc = Φsw - VSH . ΦSSH

onde, Φsw é a porosidade sônica calculada, segundo Wyllie, como se a rocha fosse limpa (sem argilosidade) e VSH é a argilosidade calculada pelos Raios Gama etc. Observar que na dedução da equação acima, o ∆tm usado é o mesmo, tanto para a areia como para o folhelho, considerando-se portanto, como ambos tendo o mesmo ∆tm. Assim, o conceito de ΦSSH é o de uma porosidade “aparente” média, calculada (ainda segundo Wyllie), a partir dos folhelhos adjacentes (sobre e sotopostos), admitindo-se que eles tenham o mesmo ∆tm da camada analisada.

RASCUNHO

Ao se considerar duas rochas semelhantes, a que contiver mais fluidos dentro de seus poros (maior porosidade) mostrará um tempo de trânsito maior do que uma com menos

fluidos (menor porosidade). Consequentemente, o perfil sônico mostra uma relação direta entre o tempo de propagação do som e a porosidade das rochas.