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PERFIL_SONICO_EGYDIO

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Perfil Sônico
Egydio Lagos Chianello (ctjv)
UN-RIO/EXP/AAG
EDIHB 11º andar
Ramal 816-1861
• É O REGISTRO DE ONDAS ACÚSTICAS
DENTRO DE UM POÇO
DEFINIÇÃO
• OUTRAS MEDIDAS ACÚSTICAS INCLUEM: 
SÍSMICA DE SUPERFÍCIE, 
VSP (vertical seismic profile), 
IMAGEM ULTRASÔNICA E 
MEDIDAS EM LABORATÓRIO
OBS: A PRINCIPAL DIFERENÇA ENTRE ESTES MÉTODOS É
A FREQUÊNCIA DO SINAL
DEFINIÇÃO
10MHz1MHz100Hz10kHz1kHz100Hz10Hz1Hz0.1Hz
0.1mm1mm10mm100mm1m10m100m1km10km
Freqüência f
Comprimento de onda λλλλ
sísmica
VSP
Perfil sônico
Ultrasônico (lab)
Basicamente, uma ferramenta sônica consiste
em um TRANSMISSOR que emite um pulso
sonoro e pelo menos dois RECEPTORES a 
uma distância conhecida do transmissor. 
É reconhecido na indústria como um perfil de 
porosidade.
papel fundamental/ histórico do perfil sônico:
Calibrar as velocidades da sísmica
DEFINIÇÃO
DEFINIÇÃO
TRAJETÓRIA DO PULSO:
TRANSMISSOR => LAMA => FORMAÇÃO => LAMA => RECEPTORES*
*onde é detectado um PULSO DE PRESSÃO
A porosidade do perfil sônico (PhiS) pode ser calculada pela equação:
φ = (∆tlido - ∆tmatriz) / (∆tfluido + ∆tmatriz)
Meio ∆t (ms/pé) Veloc (m/s)
Água pura 189 1613 
Matriz Arenito 55,5 a 51,2 5492 a 5953
Matriz Calcário 47,6 a 43,5 6400 a 7007
Matriz Dolomito 43,5 a 38,5 7007 a 7917
DEFINIÇÃO
REGISTRO
∆∆∆∆t OU VAGAROSIDADE (SLOWNESS)
• A diferença entre os tempos de chegada nos
receptores dividida pela distância entre eles fornece o 
TEMPO DE TRÂNSITO NO INTERVALO:
• DEPENDE: LITOLOGIA / POROSIDADE / 
FLUIDO DO PORO
• UNIDADE PADRÃO: µµµµsec/ft (µµµµs/pé)
REGISTRO
t
304800
10
3048.0
t
1
 e 
pé
s
t 
1
t 
6 ∆
=×
∆
=











∆
=∆
−
v
s
m
v
v
µ
∆∆∆∆t OU VAGAROSIDADE (SLOWNESS)
UNIDADE PADRÃO: µµµµsec/ft (µµµµs/pé)
� O perfil sônico utiliza informações geradas pela propagação das ondas
acústicas no poço e na formação para determinar propriedades como: 
porosidade, litologia, presença de fraturas e sua direção, presença de 
hidrocarbonetos.
A medida:
� de velocidade de propagação permite que se determine porosidade, litologia.
� De atenuação da onda permite determinar qualidade de cimentação do 
revestimento (CBL) e identificar zonas fraturadas
� De amplitude da onda refletida permite identificar fraturas e sua orientação, 
a inspecionar o revestimento
Papel Fundamental do Perfil Sônico
Velocidade da formação para a sísmica
Princípios Básicos
Princípios Básicos
PERFIL RESOLUÇÃO VERTICAL (m)
Sônico 0,61
Potencial Espontâneo 1,50
Raios Gama 0,46
Porosidade Neutrônica 0,46
Densidade 0,46
Indução 2,0
Esférico Focalizado 0,76
Princípios Básicos - Refração
fonte
Meio 1
Velocidade 1
Meio 2
Velocidade 2
θ1
θ1 θ2
P refletida
P refratada
P incidente
S refratada
<
POÇO FORMAÇÃO
LEI DE SNELL
V2 = sen θθθθ2222
V1 sen θθθθ1111
Princípios Básicos - Refração
ÂNGULO CRÍTICO – ângulo de incidência correspondente 
a um ângulo de refração de 90°
θc θc head waves
T R R R R
θc = sen -1 ( ) V1V2
Head waves: onda refratada que retorna ao interior do poço
poço
formação
Princípios Básicos
• Onda P – foi chamada de onda primária ou P pela sísmica de 
exploração por se propagar mais rápido do que as outras formas 
de onda. Também chamada de compressional. A oscilação do 
pulso é paralela à direção de propagação. Onda volumial.
• Onda S – chamada de secundária ou S (shear) por chegar após 
a P. A oscilação do pulso é perpendicular à direção de 
propagação (transversal). Onda volumial.
Princípios Básicos
Princípios Básicos
Princípios Básicos
• Onda pseudo-rayleigh – atinge o receptor após a onda S, 
também chamada de guided wave. Propaga-se na parede do 
poço (surface wave).
• Onda Stoneley – propaga-se entre a ferramenta e a parede 
do poço, na componente de baixa freqüência é chamada de onda 
de tubo (tube wave) A oscilação do pulso é elíptica.
Princípios Básicos
Princípios Básicos
Pp Compressional body wave (refracted)
PpP Compressional head wave
Ps Shear body wave (refracted)
PsP Shear head wave
R Pseudo Rayleigh wave (surface wave)
Pps Shear head wave in the formation
(mode converted from Pp)
Pm Direct mud wave
St Stoneley wave (Tube wave)
C Mud velocity
Vp Formation compressional velocity
Vs Formation shear velocity
Princípios Básicos 
FORMAÇÃO RÁPIDA X FORMAÇÃO LENTA
(fast formation) (slow formation)
VLAMA < VS FORMAÇÃO VLAMA > VS FORMAÇÃO
Princípios Básicos 
Formação rápida
VLAMA < VS FORMAÇÃO
Princípios Básicos - Refração
fonte
Meio 1
Velocidade 1
Meio 2
Velocidade 2
θ1
θ1 θ2
P refletida
P refratada
P incidente
S refratada
<
POÇO FORMAÇÃO
LEI DE SNELL
V2 = sen θθθθ2222
V1 sen θθθθ1111
Formação lenta
Princípios Básicos 
VLAMA > VS FORMAÇÃO
Princípios Básicos 
Princípios Básicos 
Fontes - MONOPOLO
•MONOPOLO – emite energia acústica em todas as “direções”
(azimutes) radialmente a partir do eixo da ferramenta. Usada em 
perfil sônico convencional.
– Em formações rápidas permite o registro de ondas P e S, podendo 
gerar também ondas pseudo-Rayleigh e Stoneley. 
– Em formações lentas não há registro de ondas S
monopolo
dipolo
Fontes - MONOPOLO
Fontes - DIPOLO
• DIPOLO – emite energia acústica em uma direção, ao 
invés de radialmente. Gera uma forte onda S (flexural) 
em formações rápidas ou lentas.
– Em formações rápidas permite o registro de ondas P e S, 
podendo gerar também ondas pseudo-Rayleigh e Stoneley. 
– Registro de ondas S em formações lentas
Fontes - DIPOLO
Fontes - DIPOLO
Fontes - DIPOLO
• DIPOLO CRUZADO – dois dipolos ortogonais com 
seus respectivos receptores. Registro da onda S em duas 
direções, o que possibilita uma análise da anisotropia da 
formação.
ANISOTROPIA =
Vsmin
Vsmax
Fontes – MONO X DIPOLO
Fontes – DIPOLO CRUZADO
Fontes – DIPOLO CRUZADO
Fontes - QUADRIPOLO
• QUADRUPOLO – Gera ondas semelhantes ao dipolo. 
Está sendo usada comercialmente em LWD (logging
while drilling). Em baixas frequências a onda gerada 
por esta fonte se propaga com a velocidade da onda S 
da formação.
Fontes - QUADRIPOLO
Fontes - QUADRUPOLO
Aplicações
• perfil de cimentação
• anisotropia
• determinação da pressão de poros em tempo real
• detecção de gás (Vp/Vs)
• AVO
• fraturas
• permeabilidade Stoneley
• propriedades mecânicas das rochas (estabilidade do 
poço, escolha de brocas)
Aplicações
Perfil Sônico
FERRAMENTAS
Ferramentas - CABO
DSI
 Schlumberger
MAC/XMAC
Baker -Atlas
WSST
HLS
Seção
Transmissora
Monopolo
 14 kHz (MPS)
1 kHz (MST)
Dipolo (2) - 2.2 kHz
0.5/1.5 kHz (LFD)
Dist. Tmon-R – 9’
Dist. Tdip-R – 11’
Monopolo (2)
8 kHz
Dipolo (2) –
1/3 kHz
Dist Tmon-R- 8’
Dist Tdip-R – 9’
Monopolo
1/12 kHz (6 kHz)
Dipolo
0.5/5 kHz(0.8/2.0 kHz)
Dist Tmon-R- 10.2’
Dist Tdip-R – 9.2’
Junta de
Isolamento/
Seção
Atenuadora
Atenuador mecânico
que impede a onda
que viaja pela ferram
atingir os receptores
Estrutura modular
permite modifica-
ções na sua exten-
são.
Suporta 100.000 libras
de tensão; isolamento
acústico > 90 dB
Seção
receptora
8 estações c/ 2 pares de
hidrofones cada.
Distância R/R – 6”
8 rec. Monopolo
8 rec Dipolo
( rejeitam P e St)
Distância R/R– 6”
8 anéis coplanares com
4receptores a 90o
Distância R/R – 6”
Seção
eletrônica
Conversor A/D ( 8
canais) c/ resolução de
12 bits
Conversor A/D (4
canais) c/
resolução de 12
bits
Controle da
freqüência,amplitude,
assinatura e duração da
onda no dipolo.
Ferramentas
1a Geração de Ferramentas - VLT (1957)
�
� Com:
e
1
1
21
1
LLL
r
v
BR
v
AB
v
EAT ++=
1
2
221
2
LLLL
r
v
CR
v
BC
v
AB
v
EAT +++=
2
12
L
rr
v
BCTTt ==∆ −
1
2
1
1
LL v
CR
v
BR
=
21RRBC =
2a Geração de Ferramentas – BHC (1964)
Compensadas para o efeito do poço e inclinação da 
ferramenta. 
Ferramentas
2a Geração
Ferramentas
3a Geração de Ferramentas: Digitais (1984)
� maior número de transmissores e receptores(array)
� maior espaçamento entre transmissores e 
receptores.
� menor espaçamento entre receptores.
� transmissores e receptores de baixa 
frequência.
� transmissores e receptores assimétricos 
(dipolo)
� digitalização do sinal no poço.
Ferramentas
Ferramentas
 DSI 
Schlumberger 
MAC/XMAC 
Baker Atlas 
WSST 
HLS 
Modos de 
operação 
 
FMD 
Monopolo 
MPS,MST 
Dipolo 
UDP,LDP,LFD,XDP 
 
First Brake Times 
Monopolo 
Dipolo, Xdipolo 
Threshold/Zero 
Crossing 
Monopolo 
Dipolo, XDipolo 
Resolução 
Vertical
 
3.5’ (semblance) 
2.0’ (multi-shot) 
6” (threshold 
crossing) 
3.5’ ( semblance) 
6” (first brake) 
6” 
Profundidade 
de 
investigação 
2’ no máximo 
 
3 a 20’ 
 
 
• A profundidade de investigação depende:
- do comprimento de onda (freqüência), 
- da formação, 
- da zona invadida 
- e do espaçamento fonte / receptor.
Ferramentas
• Monopolo DOI:
Doi= z/2*sqrt(dtcinvaded/dtcvirgin-1)/ 
dtcinvaded/dtcvirgin+1))
• Ferramentas superiores:
Doi= z/2*sqrt(dtcinvaded/dtcvirgin-1)* 
dtcinvaded/dtcvirgin+1))
Ferramentas
• Monopolo a cabo @ 6 kHz,
DTC=130 us/ft, invadida=170 us/ft, 10 ft do 
1o receptor:
DOI=1.82 ft
• LWD dipolo a 4.5 ft do 1o receptor:
DOI=1.89 ft
Ferramentas
Ferramentas
Ferramentas
Ferramentas – imagem sônica
Ferramentas – imagem sônica
Ferramentas – DSI
Dipole Shear Sonic Imager
Ferramentas – Sonic Scanner
ELETRÔNICA
MONOPOLO 
SUPERIOR
MONOPOLO
INFERIOR
MONOPOLO
DISTANTE
ISOLAMENTORECEPTORES SEÇÃO TRANSMISSORA
DISTANTE
DIPOLOS
X E Y
Ferramentas – XMAC
Ferramentas – XMAC
Cross-Multipole Array Acoustilog
Ferramentas – WaveSonic
Ferramentas – LWD
BAT
Ferramentas – sonicVISION
Ferramentas – SoundTrak
• A profundidade de investigação depende:
- do comprimento de onda (freqüência), 
- da formação, 
- da zona invadida 
- e do espaçamento fonte / receptor.
Ferramentas
• Monopolo a cabo @ 6 kHz,
DTC=130 us/ft, invadida=170 us/ft, 10 ft do 
1o receptor:
DOI=1.82 ft
• LWD dipolo a 4.5 ft do 1o receptor:
DOI=1.89 ft
Ferramentas
Perfis – QC no Campo
�Registro de ∆t contínuo no poço sem anomalias e refletindo a 
natureza litológica da seção.
�No revestimento livre o registro esperado de ∆t deverá ser 57 
µs/pé, com a ferramenta em movimento. Este registro deve 
ser apresentado na cópia do perfil.
�Os valores de ∆t em intervalos correlatos conhecidos devem 
ser semelhantes.
�A curva de Dts deve assemelhar-se à Dtc, com valores 
aproximadamente entre de 1,5 a 2 vezes maiores. 
Perfis
Velocidades Sônicas em Formações
Arenitos
Calcários
Dolomito
Anidrita
Halita
Tubos
Vma(pé/s)
18.000-19.500
21.000-23.000
23.000
20.000
15.000
17.500
DTma(µs/pé)
55,5 ou 51,0
47,6 ou 43,5
43,5
50,0
67,0
57,0
Poros
Matriz φ−1
φ
100%
( ) maf ttt .1.log φ−+φ=
φ−+φ= ..log mamaf tttt
( ) mamaf tttt +−φ= .log
maf
ma
tt
tt
−
−
=φ log ftst f /189µ=
Bcptt
tt
maf
ma 1
*
log
−
−
=φ
Equação de Wyllie
0)()2(. 12 =−+−+ VVVVV mamafsmas φφ
Equação de Hunt/Raymer/Gardner
fma VVV ..)1( 21 φφ +−=
t
V
∆
=
6
1
10 spésV f /5300=
100
. tshcBcp ∆= Soeiro, 2004
Perfis
Perfis
APRESENTAÇÃO DO SÔNICO
Curva do Tempo de Trânsito: Pista 4 (240 a 40µs/pé)
Integração (TTI): Marcação no lado direito da pista de 
profundidade (cada traço equivale a 1milisegundo).
Perfis
7 
p.u
Arenito – 55.5 us/pé
Calcáreo – 47.6 us/pé
Dolomito – 43.5 
us/pé
 
BR
PETROBRAS
DT240 40GR (UAPI)0 150
CAL (pol)4 14
BS= 6 1/8” AHT-90 (Ohm.m)0.2 2000
0.2 2000
0.2 2000
AHT-60 (Ohm.m)
AHT-10 (Ohm.m)
3000
3025
TTI
)/( pésµ
Perfis
Perfis
LWD X CABO
CABO Pros
– pouco ruído, dados mais limpos
– No drill collar
– dipolo cruzado disponível para 
análise de anisotropia
• Cabo - desafios
– Weak collar – pode curvar ou 
quebrar
– deve ser centralizada, o que pode 
ser difícil em poços arrombados ou 
horizontais
– requer tempo adicional de sonda
LWD Pros
– Strong collar
– dados adquiridos com pouca 
degradação da formação 
– Centralização não essencial
• LWD - desafios
– não fornece formas de onda 
completas enquanto perfurando
– Drill collar afeta o registro da S 
lenta
– ambiente ruidoso
– somente anisotropia TI em 
torno de 30% é detectável e não 
direcional (sem dipolo cruzado)

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