Perfil Neutrônico

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
PERFILAGEM DE POÇOS
“Perfil Neutrônico”
Perfil Neutrônico
COMPONENTES
Raphael Ewerton Miranda Calderon
Vicente Florêncio Da Silva Neto
Victor Machado Mathias
Generalidades
A ferramenta de Perfilagem Neutrônica foi a primeira ferramenta nuclear a ser utilizada para obter-se uma estimativa direta da porosidade da formação;
Os nêutrons são partículas (raios gama são energia) destituídas de carga elétrica;
Interação elástica ou inelasticamente com a matéria;
Existem diferenças entre os raios gama naturais e os induzidos pelo processo de bombardeamento de nêutrons.
Os raios gama naturais têm energia da ordem de 0,5 - 2,0 MeV (K40= 1,46 MeV, etc);
Os induzidos por esse processo, variam entre 2 e 8 MeV.
O nêutron interage quase que exclusivamente como os núcleos atômicos. Consequentemente, as interações neutrônica na matéria são mais raras do que as gama ou as de partículas carregada.
O nêutron é uma partícula não ionizante, de massa igual ao hidrogênio, não existindo livre na natureza e tem meia-vida entre 10 a 30 minutos.
Os nêutrons, cujo conceito foi introduzido, em 1932, por Heisenberg (Ellis, 1987), classificam-se de acordo com seus níveis energéticos (Tabela 1).
Interação dos Nêutrons com a matéria
Os nêutrons interagem com os núcleos dos elementos componentes da matéria de três modos:
Absorção, captura ou reação;
Espalhamento Elástico;
Espalhamento Inelástico (a energia cinética não é conservada porque o núcleo atingido é deixado em estado excitado).
Fontes Radioativas das Ferramentas
Uma fonte radioativa de nêutrons resulta da junção de um material radioativo, tipo Rádio, Plutônio ou Amerício, em íntimo contato como um elemento que tenha nêutrons fracamente unidos como o Berílio. 
As partículas alfa produzidas pelo Ra, Pu ou Am colidindo com os núcleos de Be o fazem expulsar nêutrons. Quanto maior a energia das partículas alfa maior a energia dos nêutrons expulsos.
Ferramentas
As ferramentas neutronicas são constituídas de uma fonte de nêutrons e de um (GNT e SNP) ou quatro (CNT-G) detectores;
A fonte emite nêutrons rápidos, os quais penetram nas camadas adjacentes ao poço;
Através das sucessivas e múltiplas colisões elásticas os nêutrons perdem parte da energia com que foram lançados.
Figura 1: Ferramenta Compensada
Após sucessivas colisões os nêutrons diminuem sua velocidade e energia, até atingir o nível termal do meio (0,025 eV);
A partir deste momento eles se difundem erraticamente , sem mais perda de energia, até serem capturados por núcleos do meio, não obrigatoriamente hidrogênio;
O núcleo que o captura se torna excitado 	e emite raios gama de alta energia, para poder retornar a sua estabilidade;
A detecção da radioatividade e o consequente produto final, perfil, depende do tipo de ferramenta utilizada.
FERRAMENTA
EMISSÃO
DETECÇÃO
GNT
Raios Gamade Captura
SNP
Nêutron
Nêutron Epitermal
CNL
Rápido
Nêutron Termal
CNT-G
Nêutron Epitermal
+
Nêutron Termal
As ferramentas emitem nêutrons rápidos e as capturam com diferentes tipos de energia, a depender do tipo de colisão que enfrentou.
Ferramenta Neutrônica Omnidirecional (GNT)
	Não se usa mais, pois antes mesmo de atingir as rochas, o fluxo de nêutron eram absorvido pela lama e o reboco, gerando uma análise criteriosa e consequentemente maiores erros na interpretação do dados.
	Consistia de uma ferramenta tipo mandril portando uma fonte omnidirecional.
II. Ferramentas Neutrônica Epitermal (CNP)
	Ferramenta com fonte e detector unidirecionais, montados sobre um patin pressionado contra a parede do poço.
	Apenas os nêutrons com energia superior a 0,025 eV penetram no detector, promovendo um pulso que é captado.
Ferramentas Neutrônica Termal (CNL)
	Tipo mandril atuando excentralizada, contendo uma fonte mais potente que as anteriores e dois detectores de nêutrons distantes a 38 e 63,5cm da fonte.
	Esta disposição proporciona duas profundidades de investigação diferentes (Reboco e Rocha).
Ferramentas Neutrônica Dupla (CNT – G)
	Aproveita o que há de melhor nas ferramentas Epitermal e Termal, usando uma fonte e dois pares de detectores epitermais e termais.
Fatores que afetam as medidas
A detecção da radioatividade e o consequente produto final, o perfil, dependem do tipo de detector utilizado, visto que dependendo do modelo, eles captam nêutrons que variam de termais a epitermais. Na interpretação do perfil neutrônico deve-se estar atento para perturbações inerentes ao ambiente da perfilagem, tais como o efeito da argila, matriz e gás sobre a ferramenta.
Quando os poros são preenchidos com gás em maior quantidade do que óleo e água haverá uma redução no valor da porosidade neutrônica. 	
	- Isso ocorre porque a concentração de hidrogênio no gás é menor do que na água ou no óleo. Esse efeito é conhecido como Efeito do Gás ( Asquith & Gibson, 1982).
Na situação de gás, as ferramentas de densidade e sônico não sofrem influência pela redução da densidade de hidrogênio. 
	- Este comportamento propicia a indicação imediata das zonas de gás, a partir do cruzamento da curva de porosidade neutrônica com a curva de porosidade estimada pelos perfis de densidade ou sônico.
Outros fatores:
- Diâmetro do poço;
- Lama/Reboco;
- Argilosidade;
- Hidrocarbonetos leves;
- Altas porosidades e altas salinidades (absorvedores).
Correções Utilizadas
O nêutron tem uma "vida" relativamente curta. Considera-se início de sua "existência" no instante que sai da fonte como nêutron rápido e sua “morte” como sendo o momento em que ele é absorvido ou capturado por um núcleo do meio.
Ao longo da trajetória (fonte – captura), o nêutron passa pelas seguintes fases: (I) Colisão, (II) Amortecimento ou Espalhamento, (III) Termalização e (IV) Captura ou Absorção.
A energia fracional é proporcional à massa do átomo colidido. Por esse princípio, a perda mais significativa de energia ocorre quando um nêutron colide com um átomo de hidrogênio, visto que este tem praticamente a mesma massa de um nêutron, e a máxima quantidade de energia perdida é uma função da concentração de hidrogênio (Brock, 1986).
II. Amortecimento ou Espalhamento
Dois são os fatores relevantes no amortecimento energético dos nêutrons rápidos. Um deles é a perda de energia sofrida pelo nêutron em choques com os núcleos de uma dada espécie. O outro, é a probabilidade do nêutron entrar realmente em colisão com os mesmos.
O amortecimento do nível energético dos nêutrons rápidos, depende da quantidade de hidrogênio, por unidade de volume, das camadas próximas às paredes do poço.
III. Termalização
Tendo os nêutrons adquirido um nível energético igual ao do meio ambiente (0,025 eV), ocasionados por choques sucessivos, com os elementos presentes, continuam eles ainda em processos de colisões, porém sem maiores mudanças energéticas, cada vez mais se afastando da fonte(invariabilidade energética).
Uma vez que a fonte emite continuamente nêutrons, a população dos nêutrons rápidos estará sempre em crescimento, bem como a dos termais(etapa final da "vida" dos nêutrons). Na realidade é estabelecido um equilíbrio em virtude dos núcleos absorverem ou capturarem os nêutrons termais, além de dispersá-los naturalmente.
Tal situação é atingida durante a perfilagem enquanto a fonte se desloca no poço. O não prosseguimento do bombardeio deixa no local um número finito de nêutrons continuando o processo de interação, durante um certo período de tempo. Esta é a razão pela qual esta ferramenta deve ser a última radioativa a ser usada durante uma operação de perfilagem de poço.
Figura2: Representação esquemática da ferramenta neutrônico com dois detectores, exemplificando a fase termal (adaptado de Ellis, 1987).
IV. Captura ou Absorção
O processo de captura de nêutrons termalizados se dá pela incorporação do mesmo a um núcleo, não necessariamente de hidrogênio, mas de qualquer um outro do meio.
Liberação de energia em forma de
raios gama de captura.
A liberação dos raios gama, em termos de nível energético e quantidade, depende de cada elemento envolvido na colisão, por quanto cada um deles tem o seu próprio espectro de emissão, distinto dos demais.
Interação dos nêutrons com alguns elementos das rochas, de acordo com a sua secção eficaz de espalhamento e captura:
Efeito dos Absorvedores de Nêutrons Termais
A termalização pode ser afetada pela presença de elementos absorvedores que compõem a matriz da rocha e pela concentração daqueles elementos com maiores probabilidades de capturar nêutrons termais.
Na prática, a concentração destes elementos de alto poder de captura é mínima, principalmente quando se trata de rochas com porosidades maiores que 10-15%. Em baixas porosidades, quando a maioria dos absorvedores é constituída pelos elementos matriciais (por escassez do próprio hidrogênio), as diferenças entre arenitos (Si) e carbonatos (Ca, Mg) podem ser significativas.
A presença dos absorvedores nas rochas proporciona um efeito de importância vital na interpretação dos perfis neutrônicos, que é a redução da população termal a qualquer distância da fonte, porquanto eles atuam como se fossem hidrogênio – espalhando e absorvendo os nêutrons.
A redução na contagem final dos nêutrons termais poderá ser interpretada como uma alta porosidade, caso não se leve em consideração à concentração de cloro e demais absorvedores na água da formação.
Aplicações
Os perfis neutrônicos registram diretamente as porosidades das rochas, tanto em poço aberto como em poço revestido, desde que as camadas estudadas sejam portadoras de água. O artifício de mapear a porosidade é realizado a partir de calibrações em rochas e fluidos conhecidos.
Porosidade a poço aberto (SNP,CNL e CNT-G);
Porosidade a poço revestido (CNL e CNT-G);
Litologia;
Detecção de hidrocarbonetos leves ou gás;
Interpretação
A presença de gás ou hidrocarbonetos leves significa uma menor densidade de hidrogênio por unidade de volume de rocha. Como resultado o perfil neutrônico lerá baixa porosidade nestas zonas.
Assim, em uma zona com gás, o FDC ou BHC tem aumentado sua leitura de ρB e ∆T, enquanto que os neutrônicos tem seu índice de densidade de hidrogênio diminuindo. Este contraste entre porosidades é diagnóstico de presença de hidrocarbonetos leves e/ou gás.
Em zonas de água, de frente à rochas limpas (VSH=0), as três porosidades leem aproximadamente iguais valores de porosidade, isto é (ɸ)S=(ɸ)D= (ɸ)N.
Argilosidade
Argila dentro das camadas prejudica a leitura, pois ela tem alto teor de água adsorvida, logo, quando for analisada uma camada com alta argilosidade, ela irá apresentar um valor de porosidade maior do que as camadas não argilosas. Quando for feito o confronto FDC x CNL uma zona argilosa terá (ɸ)N > (ɸ)D.
O perfil a seguir mostra os dois efeitos típicos num RG/FDC/CNL, no qual as porosidades estão expressas numa mesma litologia: o primeiro na zona de 1400m (gás em litologia limpa) e o segundo, logo abaixo (gás em litologia argilosa)
Estudo de Caso
Caracterização das propriedades do reservatório utilizando curvas de perfilagem geofísica de poços no Campo de Namorado na Bacia de Campos RJ.
O campo está localizado na parte central da Bacia De Campos-RJ;
Cerca de 70 Km da costa.
Foram obtidos os valores de densidade porosidade neutrônica que confirmaram a presença de arenito nas três fases.
O topo do reservatório em 2990 m, e a base 3150 m, assim como os contatos gás/óleo a 3010 m e óleo/água a 3120 m. 
A porosidade neutrônica medida foi 21 PU, dg= 2,18 dw= 2,24 do= 2,33 g/cm³. A porosidade-densidade retornou os valores de 28,5%, 24,8% e 19,4% da mesma forma.
Bibliografia
NERY, G. G. Pefilagem Geofisica em Poço aberto. 622.18.Brasil: LENEP,1990.
PetroWiki, Neutron Porosity Logs. Disponível em:< http://petrowiki.org/Neutron_porosity_logs>. Acesso em 6 de Novembro de 2015.
SCARDINI, B.R; DAMASCENO, R.D; MAXIMIANO, C. A. Caracterização das propriedades do reservatório utilizando curvas de perfilagem geofísica de poços no Campo de Namorado na Bacia de Campos-RJ. Sociedade Brasileira de Geofísica, 2013.