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5. PERFIS COM ELETRODOS GALVÂNICOS 5.1 – Introdução A condutividade elétrica de uma substância qualquer é a medida da habilidade no transporte de cargas elétricas livres, sob a ação de um campo externo. Ela é definida pela Lei experimental de Ohm, que estabelece o relacionamento linear entre os vetores colineares da densidade da corrente (J), em um ponto qualquer do condutor, e o campo elétrico (ε), naquele mesmo ponto. A constante de proporcionalidade (σ) é denominada de condutividade dessa substância. Isto é : r εσ=J r (5.1) Em meios anisotrópicos, a condutividade varia conforme a direção da medição: εjiσJ rr = (5.2) A referida lei expressa, também, a relação direta entre o fluxo da corrente elétrica (i) e a diferença de potencial (E) que ocasiona tal fluxo. A constante de proporcionalidade introduzida é a resistência elétrica (r) do material considerado. Isto é, L S .i E =Rfinalmentee,S L R=rndeo i E =r (5.3) sendo, L o comprimento, S a área transversal e R a resistividade, inversa da condutividade (σ). O potencial E é expresso em Volts, a corrente i em Ampères, a resistência r em ohm e a resistividade em ohm.m. Na técnica de perfilagem usa-se, preferentemente, o termo resistividade no lugar de condutividade. Os perfis com eletrodos galvânicos medem a resistência à passagem da corrente elétrica através das camadas localizadas entre um eletrodo que se desloca no poço e outro estacionário na superfície (ou mesmo dentro do poço a uma distância considerada infinita). Como a corrente enviada ao eletrodo emissor é mantida constante, o que a curva registra, na realidade, é o potencial, estando o eletrodo de retorno no infinito, ou a diferença de potencial (DDP), estando o eletrodo de retorno dentro do poço ou próximo ao emissor. Posteriormente, esse potencial, ou DDP, é convertido em valores de resistividade elétrica usando-se a equação (5.3). 5.2 – Eletrodo em um Meio Homogêneo L A x i Figura 5.1 – Esquema mostrando duas esferas equipotenciais, concêntricas ao eletrodo emissor A, sendo uma de raio x e outra de raio x+dx. x+dx B onde, A = raio do eletrodo; L = diâmetro total; x = raio da esfera equipotencial interna; x+dx = raio da esfera equipotencial externa; V = DDP entre o eletrodo e a primeira interna; V+dv GGN-2005-GALVÂNICOS-1 = DDP entre o eletrodo e a esfera externa; r = resistência do terreno (ohm); R = resistividade do terreno (ohm.m). A medida do DDP entre “A” e “L” define a resistividade do volume de material localizado entre ambos. Da Lei de Ohm e da relação entre “r”, resistência e R, resistividade, pode-se calcular a DDP entre um eletrodo cilíndrico e uma esfera equipotencial concêntrica de raio L, em meio um homogêneo e infinito. )( A L 11 4 R.i =V π (5.4) Considerando-se em (5.4), i = 6 Ampéres, R = 10 ohm.m, o raio de A = 0,1m e variando-se o raio L, sucessivamente, de 1, 2, 10 metros até o infinito, verifica-se que toda esfera equipotencial de raio superior a 10 vezes o raio do eletrodo "A", promove apenas um pequeno acréscimo (cerca de 10%) na diferença de potencial entre "A" e a esfera considerada. Em outras palavras, 90% do DDP entre um eletrodo emissor de corrente e uma esfera situada em L ocorre, no máximo, até 10 vezes o raio do eletrodo “A”. O termo dentro do parêntesis da equação (5.4) multiplicado por i/4π, é a constante ferramental ou geométrica ”K” , definida em função da configuração dos eletrodos e da corrente usada. 5.3 – Tipos de Perfis com Eletrodos Galvânicos Podemos classificar os perfis em Macro e Microvolumétricos, os quais, por sua vez, podem ter seus eletrodos configurados nos sistemas Mono ou Multieletrodos. A diferença entre as configurações operacionais dos Macros e os Microperfis reside tão somente na distância que separa os eletrodos, de modo que os princípios e as equações ferramentais de aquisição continuam os mesmas. 5.4 - Sistemas Monoeletrodos Monoeletrodo é aquele sistema elétrico de perfilagem que tem apenas o eletrodo de corrente (“A”) dentro do poço, a exemplo do ilustrado na figura 5.1. Um gerador na superfície emite uma corrente constante, alternada e de baixa freqüência, que desce pelo cabo até “A” e espalha-se em todas as direções, para retornar à superfície através das camadas e fechar o circuito no eletrodo de retorno (“B”), dentro de um buraco com lama. A resistência oferecida à passagem da corrente elétrica, entre “A” e “B”, está em série com uma bateria e um voltímetro. Quando a resistência do pacote intermediário de rocha é baixa (por exemplo, rocha portadora de água salgada), a corrente em “B” tem um alto valor e o perfil registra uma curva bastante sensível. Quando a resistência das rochas é alta (portadora de água doce ou hidrocarboneto), a corrente é pequena. Este fato diminui a sensibilidade da curva. Isto é, uma deflexão de 5 ohm.m registrada entre 10 e 20 ohm é muito maior do que uma deflexão, de mesmo valor, entre 100 e 120 ohm.m. A falta de linearidade na reposta dá aos monoeletrodos um caráter meramente qualitativo. Devido à utilização de corrente constante, o potencial é inversamente proporcional à resistência ente os eletrodos A e B. Conforme a equação (5.4), 90% da resposta (raio de investigação) deste sistema, em um meio homogêneo e isotrópico, corresponde a uma esfera de raio igual a 10 vezes o raio do eletrodo emissor. Guyod,1952, demonstrou que a resistência medida pelos monoeletrodos consiste de várias resistências em série: a do semi-hemisfério do eletrodo A, a da lama, a das rochas que circundam o eletrodo A (até uma distância 10 vezes o seu raio), a resistência das rochas localizadas entre 10xA, finalmente, do semi-hemisfério do eletrodo B, na superfície. 5.4.1 - Limitações dos Monoeletrodos - Devido ao pequeno diâmetro dos eletrodos, e por conseqüência do raio de investigação, eles são fortemente influenciados pelo volume GGN-2005-GALVÂNICOS-2 e pela condutividade da lama. Em desmoronamentos, cavernas ou fraturas, os monoeletrodos registram apenas a resistividade da lama e não das camadas entre eletrodos. Caso o intervalo perfilado tenha uma resistência maior que a da lama, apenas uma pequena parte da corrente fluirá pelas rochas, O restante permanecerá circulando dentro do poço, o meio mais condutivo. Camadas finas e/ou interlaminações resistivas afetarão, também, o fluxo da corrente dificultando seus reconhecimentos e quantificações. 5.4.2 - Principais Usos dos Monoeletrodos - Os monoeletrodos devem ser utilizados para correlação entre poços, definição de variações litológicas, determinação da espessura das camadas e, eventualmente, identificação de intervalos fraturados em rochas cristalinas ou de porosidade matricial nula. Conclusão - são perfis de natureza qualitativa, ensejando quantificações puramente especulativas. 5.5 - Sistemas Multieletrodos São equipamentos com 4 eletrodos. Um emissor (A) e um receptor (B) de corrente e dois (M e N) medindo o potencial ou a diferença de potencial entre si. Quando a separação entre os eletrodos A e M é da ordem de 16 ou mais polegadas, o denominamos de Perfil Elétrico Convencional (ES ou EL). Quando a separaçãoé da ordem de uma polegada, o denominamos de Micro Perfil Elétrico (MEL). L B A S E i Figura 5.2 - Esquema usado nos laboratórios para a medição da resistividade em testemunhos. Imaginar este mesmo esquema, em posição vertical dentro de um poço. Este mesmo esquema amostra ficar envolta por ar ou circularem, somente, entre A resistividade real da amostra, e Em um poço, muito emb não há confinamento das linhas espalhamento pelo conjunto geométrica K não mais será ob homogeneidade de todo o meio distorsivas da coluna de lama (diferente de “K)”, fazendo que i EG.Ra = Para cada arranjo entre qualquer que seja a companhia eles, haverá sempre um valor n arranjo usado, todas elas dev resistividades aparentes, segun 5.5.1 - Principais Sistem o Normal e o Lateral - O Mac (fig. 5.2), material iso e B. A rela nquanto S / ora o arranj de corrente condutor in tida pela raz envolvido n e poço inse resistividade os eletrod de perfilage umérico dife erão registr do as norma as Multielet ro Sistema M N quando usado em laboratórios, implica em a lante, fato este que obriga as linhas de corrente ção R = K / V , da equação (5.4), define a L, define a geometria do corpo analisado. o dos eletrodos seja o idêntico ao do laboratório, à geometria cilíndrica da amostra, mas sim um finito lama/rocha. Desta forma, a constante ão S/L, a não ser em raros casos de isotropia e o sistema. O efeito combinado das propriedades rem na medição uma constante geométrica “G” seja aparente (Ra): (5.5) os de medição e de corrente, estabelecido por m, bem como para qualquer espaçamento entre rente para “G”. Todavia, não importa qual seja o ar, em um mesmo poço, idênticos valores de s do Instituto Americano do Petróleo (API). rodos - Dois são os arranjos dos multieletrodos: Normal tem o eletrodo de retorno (B) e o de GGN-2005-GALVÂNICOS-3 medição (N) posicionados a uma grande distância de A e M (na realidade, N e B ficam próximos à, ou na, superfície), portanto, no infinito elétrico. Este sistema mede o potencial entre A e M e está subdividido em Normal Curto (distância AM igual a 16 polegadas) e Normal Longo (distância AM igual a 64 polegadas). Em ambos os casos as resistividades aparentes normal curta (denominadas de RSN ou R16) e longa (RLN ou R64) serão dadas por: i V .AM4=R π64ou16 (5.6) No Macro Sistema Lateral, os eletrodos (A, M e N), estão posicionados na própria sonda que desce ao poço, enquanto que “B” permanece na superfície. A distância entre o eletrodo “A” e o ponto médio entre M e N é de 18 pés e 8 polegadas, daí sua também denominação de R18.8. Este sistema mede o diferencial de potencial entre as esferas que passam em M e N. Nesse caso a resistividade aparente lateral (RLat ou R18.8) será: ) AN 1 AM 1 (i V4 =R - π 8"18'ouLAT (5.7) Como, de um modo geral, o meio em que os eletrodos estão localizados não é eletricamente homogêneo, nem uniforme (lama + rochas), as leituras, em qualquer um dos sistemas elétricos discutidos acima, dependerá das resistividades radialmente dispostas (ou em série) entre os eletrodos A e B. Isto é: lama (Rm) + reboco (Rmc) + zona invadida pelo filtrado da lama (Rxo) + zona virgem (Ro ou Rt) + demais camadas entre os dois eletrodos. 5.5.2 - Limitações dos Multieletrodos - O principal problema destes perfis é a distorção do campo elétrico, devido às diferenças radiais entre as resistividades da lama (Rm) e da rocha (Rt ou Ro), as quais influenciam a leitura final da resistividade (Ra), afastando-a cada vez mais dos valores reais desejados (Rt ou Ro). Caso uma camada, defronte aos eletrodos tenha pequena espessura, haverá uma forte influência das camadas soto e sobrepostas. Além do mais, devido ao processo de invasão do filtrado da lama, quando permoporosas, suas resistividades variam radialmente. A resistividade verdadeira somente será estabelecida quando se usa sistema de grandes profundidades de investigação radial, tais como os de princípio eletromagnético (Indutivos). Por sua vez, quanto maior for o afastamento entre os eletrodos de medição, maior deverá ser a espessura da camada para que se possa obter Rt. Esta foi a razão principal pela qual os perfis elétricos convencionais foram montados com distintos espaçamentos entre eletrodos, no intuito de varrerem lateralmente as camadas, negligenciando, todavia, a resolução vertical (ou espessura) das camadas. Teoricamente, em meio homogêneo, a RSN tem uma resolução radial da ordem de 16” (0,4064m) a partir do eixo da ferramenta, a RLN de 64” (1,6256m) e a RLAT de 18 pés e 8” (5,6896m). Compreende-se que para que as três citadas curvas leiam dentro de uma mesma camada, ela deverá ter no mínimo a espessura do dobro da maior investigação vertical (aproximadamente 12 metros). Caso contrário, cada curva realizará leituras verticais e radiais diferentemente e influenciadas pelas camadas sobre e sotopostas, prejudicando os cálculos quantitativos e as estimativas qualitativas. Portanto, a ferramenta ideal de resistividade deve ser aquela que tenha uma mesma investigação vertical (resolução vertical ou de espessura) e diferentes profundidades de investigação radial (resolução lateral). Durante duas décadas, após 1927, as macro curvas normais e a lateral foram as únicas disponíveis para indústria, na determinação da resistividade das camadas. Apesar de suas inúmeras limitações acima discutidas, e dificuldades interpretativas, muito petróleo foi descoberto em todo o mundo. 5.5.3 - Principais Usos dos Multieletrodos – os macros perfis multieletrodos devem ser usados para correlações geológicas (pelas mesmas razões dos monoeletrodos) e, GGN-2005-GALVÂNICOS-4 quando as camadas forem bastante espessas, para a uma aproximação da resistividade verdadeira das rochas (Ro ou Rt) a partir da RLAT. Havendo a necessidade de se tentar aproximar quantitativamente da resistividade verdadeira (Rt) de uma camada, com as ferramentas elétricas convencionais, deve-se dar preferência aos multieletrodos, porquanto eles realizam leituras que envolvem áreas e comprimentos relativamente estimados, o que não é possível nos monoeletrodos. Resguarde-se, entretanto, a falta de homogeneidade do meio em que eles estão situados e os problemas distorsivos que se abatem sobre as linhas de corrente (ou campo elétrico), fazendo com que as equações (5.6 e 5.7), pré-estabelecidas para volumes esféricos compostos de materiais homogêneos e isotrópicos, calculem valores irreais ou aparentes. 4xSN RLAT SP RLN RSN 14m 10xRSN 10xRLN 10xRLAT Figura 5.3 – Exemplo de um Macro Pe e curvas identificadas. Será 5.5.4 - Resumo do Macro Perfil Apresentação – SP na primei terceira, a curva RLAT. Havendo nec 5.3, denominadas de 10xRSN e 10xRL Medição - RLAT mede a D equipotenciais vizinhas. RSN e RLN equipotencial, respectivamente, próxim Usos - Correlação entre poços leitura aproximada de Rt (RLAT), hidrocarbonetos (espessuras > 12 m). Problemas - Poços com lama s distorções das linhas de fluxo de c rfil Elé discutid Elétrico ra faixa essidad N e 10 DP da medem a ao em , leitur anális algada orrente trico Convencional (ES ou EL), com a litologia o, em aula, sua interpretação quantitativa. Convencional (ES ou EL) ; na segunda, as curvas RSN e RLNe na e aparecerão as curvas “back up”, na figura xRLAT. s camadas localizadas entre duas esferas o potencial entre o emissor e uma esfera issor ou na superfície. Unidade: ohm.m as aproximadas de Rxo (RSN) e Ri (RLN), e qualitativa de zonas com água e/ou (> 35.000 ppm), camadas finas ( < 12 metros), pela falta de isotropia do meio ambiente, GGN-2005-GALVÂNICOS-5 correções exageradas para a obtenção de Rt e/ou Rxo. Perfil de natureza mais qualitativa que quantitativa. 5.6 – Sistemas Elétricos Focalizados ricas convencionais (RSN, RLN e RLAT), saídas dos e s de retorno, tendem a se espalhar perpendicular e r u a permanecer na lama (bem mais condutiva que as r e c c d d c A b a c o d c r o m r e As correntes das curvas elét letrodos emissores em direção ao adialmente (em meio homogêneo) o ochas). Em outras palavras, tais perfis por não serem focalizadas, são influenciados por feitos ambientais: diâmetro do poço, sal ou óleo na lama, relação espessura da amada/separação entre eletrodos, camadas sobre e sotopostas etc. Em vista disso, as companhias de perfilagem desenvolveram ferramentas onde as orrentes elétricas teriam que ser, de algum modo, forçadas (ou focalizadas) para dentro as camadas, mesmo em situações adversas, como em lamas condutivas (a base de sal). 5.6.1 – Focalização da Corrente - O primeiro perfil de resistividade com um sistema e focalização foi o Macro Lateroperfil-3 (LL-3). Tal sistema consistia em um eletrodo ilíndrico central de corrente (Ao), com potencial fixo, posicionado entre dois outros (A1 e ’1), monitorados e mantidos com o mesmo potencial de Ao. Tal configuração promove um loqueio elétrico, onde as linhas de correntes saídas de Ao não ultrapassam no sentido cima ou abaixo das posições de A1 e A’1 sendo, portanto, forçadas para dentro das amadas. Este sistema proporciona maior profundidade de investigação radial que a bservada nos macro perfis elétricos (ES ou EL). Na figura 5.4, eletrodos cilíndricos (cor cinza), isoladamente separados (cor preta), ão origem a linhas de corrente normais à superfície. Devido à aproximação física das argas de mesma polaridade, as linhas de corrente entre eles sofrem repulsão. Esta epulsão natural dá origem a um disco radial de corrente (focalização), de modo uniforme e mnidirecional, cuja espessura será igual à distância entre os eletrodos (F). A resistividade edida pela ferramenta será o resultado do produto da constante ferramental “K” vezes a azão Vo/io, onde Vo é o potencial usado para ativar a ferramenta e io, a corrente saída do letrodo central Ao. Io é linear e inversamente proporcional à resistividade medida ou diretamente proporcional à condutividade do meio. O LL-3 é, portanto, uma ferramenta com características de condutividade. F ∆V=0 ∆V=0 A1 A0 A1’ Embora a medida da resistividade tenha sido melhorada com esta configuração (em relação aos perfis elétricos convencionais), havia um problema denominado de SBR (“shoulder bed resistivity”) ou influência das resistividades das camadas sobre e sotopostas aquelas defronte a Ao, principalmente se resistivas. A corrente injetada por Ao perdia a focalização (∆V≠0) e migrava em busca das camadas mais condutivas, ainda que o sistema de monitoramento A1-Ao-A’1 estivesse acionado, para retorno a situação anterior (∆V=0). Além do mais, o comprimento dos eletrodos interferiam com as curvas de indução e SP, caso estivessem acopladas. Figura 5.4 – O Lateroperfil 3 (LL-3). F = 32 polegadas (81,28 cm). GGN-2005-GALVÂNICOS-6 A1 M2 M1 A0 M1’ M2’ A1’ ∆V=0 ∆V=0 F Figura 5.5 – O Lateroperfil 7 Devido a tais dificuldades foi desenvolvido o LL- 7 (figura 5.5), com sete eletrodos cilíndricos bem mais curtos. Dois dos eletrodos monitoram a corrente acima (M2 e M1) e abaixo (M2’ e M1’) do emissor Ao. Dois outros (A1 e A1’), fazem um bloqueio, porque têm suas correntes ajustadas de tal modo que o potencial entre os monitores de cada par seja zerado, criando uma superfície equipotencial bastante próxima daquela do eletrodo central. Em ambos os Lateroperfis, o potencial é medido entre um dos eletrodos monitores e o eletrodo central. F manteve igual distância da ferramenta anterior, isto é, 32 polegadas. Posteriormente foi desenvolvido o DLL (Duplo Lateroperfil), onde dois sistemas LL-7 foram montados em uma mesma ferramenta, usando distintas freqüências de trabalho (35 Hz e 280 Hz) denominados, respectivamente, de LLD (“Deep”) e LLS (“Shallow”). A medição das resistividades é feita por um sistema denominado de potência constante, no qual, tanto a corrente de medição como a voltagem variam, permanecendo constante o produto entre elas LLD LLS Figura 5.6 – O Duplo Lateroperfil e a conformação das linhas de corrente, originando as investigações rasa (LLS) e profunda (LLD). Schlumberger, 1989. 5.6.2 – Princípio da Medição dos Macros Lateroperfis - A equação base da investigação dos Lateroperfis é dada por : o o i V.K R = (5.7) GGN-2005-GALVÂNICOS-7 a qual poderá corresponder as seguintes situações operacionais : • caso io seja constante (LL-3 e LL-7), então Vo será diretamente proporcional à resistividade medida. Para tanto, basta a leitura de Vo para a sua resolução; • caso Vo seja constante (LL-3 e as ferramentas de focalização esférica, a discutir mais adiante), então io será diretamente proporcional à condutividade e inversamente proporcional à resistividade, e • caso Vo e io sejam variáveis (LLD e LLS), então se mede tanto Vo como io, as quais devem resultar em um valor constante (“constant power”). A última geração desta ferramenta, o Lateroperfil Azimutal de Alta Resolução, detecta uma componente azimutal adicional, onde cada eletrodo está subdividido em oito ou mais, separados e arranjados de modo a proporcionar leituras direcionais das resistividades mais profundas das camadas. Acopla-se a esta ferramenta um inclinômetro para a orientação geográfica dos eletrodos, recurso bastante útil para o caso de poços direcionais. 5.6.3 – Usos dos Lateroperfis - Obtenção de Rt das camadas. É uma ferramenta que lê resistividades em série. Como o erro de leitura é muito baixo, eles são recomendados para altas resistividades e lamas condutivas (base de sal). É recomendável o uso de uma curva de Rxo para que se possam efetuar correções ambientais nas leituras rasa e profunda (DLL), por meio dos gráficos conhecidos como “Tornados”. 5.7 - Perfis de Microresistividades 5.7.1 – Introdução - Os macroperfis de resistividades visam investigar grandes volumes de rocha para a obtenção da resistividade das zonas virgens das camadas (Rt). Os perfis de microresistividade são miniaturas das macroferramentas. Tal artifício, por conseqüência, diminui sensivelmente o raio de investigação e investiga apenas as zonas próximas às paredes do poço (Rmc e Rxo). Existe uma total analogia entre os princípios físicos, configurações e medições das macro e microferramentas. Os principais microperfis de resistividade são, por ordem de entrada na indústria : Microperfil Elétrico (MEL), MicroLateroperfil (MLL), Proximidade (PL) e Microperfil Esférico Focalizado (MSFL). Os quatro últimos perfis são denominados perfis de Rxo, conforme será discutido adiante. Atualmente, na indústria do petróleo, usa-se apenas o Microesférico (MSFL) para a obtenção de Rxo, estando os demais obsoletos. Apesar de não serem maiscorridos ainda existem nos arquivos das empresas para uso em reinterpretações. 5.7.1.1 – Microperfil Elétrico (MEL) - Uma almofada, de borracha preenchida com óleo, é pressionada contra a parede do poço por meio de braços articulados que permitem registrar seu diâmetro (cáliper). Na face externa da almofada estão três minúsculos botões eletrodos separados por uma polegada, sendo denominados de A, M1 e M2. O eletrodo A, envia uma corrente constante (Io) contra as paredes do poço, enquanto que M1 e M2 são os de medida. As curvas registradas pelo MEL são: uma MicroLateral (denominada de MicroInversa - MI ou M1x1) e uma MicroNormal (MN ou M2). A MicroInversa é, na realidade, um macrolateral de dimensões reduzidas, onde a corrente após atravessar o reboco de resistividade Rmc, retorna na parte posterior metálica da almofada, que é o eletrodo de retorno (“B”). A medida do DDP é obtida entre os microeletrodos M1 e M2. A MI é bastante influenciada pela resistividade do reboco (Rmc). A MicroNormal é uma macronormal de dimensões reduzidas, na qual a corrente após atravessar o reboco (Rmc) e parte da zona lavada (Rxo), retorna ao eletrodo N2 no infinito elétrico. A medida do potencial é feita entre os microeletrodos M2 e N2. A MN é influenciada tanto por Rmc como Rxo. Devido ao maior espaçamento entre os eletrodos, a MN tem maior penetração que a MI. Como resultado, admite-se que a profundidade de investigação é da ordem de 1,5” para GGN-2005-GALVÂNICOS-8 a microinversa e de 2” para a micronormal. Como tanto MI como MN são medições realizadas em série e como Rmc < Rxo, diz-se que MN tende a Rxo, enquanto MI, a Rmc. O sistema de emissão de corrente do mlcroperfil difere operacionalmente um pouco do elétrico convencional, no que diz respeito ao fato de os eletrodos não serem cilíndricos e por estarem pressionados contra as paredes do poço. Deste modo a constante ferramental de cada sistema não pode ser calculada, mas sim medida empiricamente. A compressão das molas contra a parede do poço elimina, parcialmente, o efeito curto circuitante da lama (Rm). Ainda assim, permanece a influência da espessura do reboco (tmc ou hmc). 5.7.1.2 - Limitações do Microperfil Elétrico - Como o maior raio de investigação deste perfil é da ordem de 2”, caso o tmc > 1” (1/2” para cada lado do poço), as duas curvas tenderão a ler o Rmc condutivo e não Rxo. Por outro lado, quando Rxo >> Rmc (Rxo/Rmc > 20) a ferramenta perde a sensibilidade pela distorção das linhas de corrente que permanecem no meio mais condutivo, no caso o reboco. As várias limitações deste perfil o levaram ao obsoletismo no petróleo, porém ainda continua com uso adequado na indústria da água, para definição de espessuras (precisão de fração de polegada) e para uma indicação qualitativa da permeabilidade das camadas, por meio da separação entre as curvas MI e MN. Este último conceito baseia-se no fato de que Rxo de uma camada saturada (Sxo=1) com filtrado é sempre maior do que a Rmc saturada com o mesmo filtrado (Rmf). Assim, considera-se que uma camada tem permeabilidade qualitativa quando Rxo > Rmc, ou seja, MN > MI. A este tipo de separação diz-se positiva. Para que seja eliminada a possibilidade de falsas separações positivas, devido à interposição de um filme de lama entre a almofada e a parede do poço (quando não houver reboco presente), a micronormal é eletricamente ajustada para realizar leituras menos sensíveis (da ordem de 10%) do que a mlcrolnversa. Uma conseqüência disto é que em um meio homogêneo, como em alguns folhelhos ou quando a almofada estiver totalmente fechada dentro de um poço direcional, por exemplo, a MN poderá ler um valor absoluto um pouco menor do que a MI, dando origem a uma separação negativa. Convém lembrar porém que separações positivas poderão acontecer em camadas impermeáveis, caso a almofada não esteja bem comprimida contra a parede do poço. Portanto, muita atenção nas zonas desmoronadas, as quais serão facilmente identificadas pelo cáliper que deve sempre acompanhar este perfil. Como este é um cáliper de apenas 2 braços, ele registra sempre o maior diâmetro, principalmente nos poços ovalizados. O Microperfil foi inicialmente desenvolvido para a obtenção da Rxo (desde que Sxo = 1), e indiretamente a porosidade, com base na equação do fator de formação. Entretanto, devido a dificuldades inerentes a leituras confiáveis de Rxo, aos poucos este perfil passou para um segundo plano a proporção em que foram sendo desenvolvidos perfis diretamente relacionados à porosidade, tais como o Sônico, o Densidade e os Neutrônicos. O Microperfil não foi desenvolvido para altas resistividades. Pelo fato de não ser uma ferramenta focalizada, a corrente de medição entrará em curto-circuito, através do reboco, quando a relação Rxo/Rmc for muito alta. Em função destes problemas, o Microperfil não deve ser usado para identificar qualitativamente camadas permeáveis quando inexiste reboco, invasão nula ou ainda quando Rt << Rmc. 5.7.1.3 – Interpretação Qualitativa do Microperfil - Uma zona impermeável (folhelho, anidrita, etc.) não sofre invasão nem apresenta zonas de separação fluida. As curvas registradas pelo Microperfil, nesse caso, deverão ter, aproximadamente, o mesmo valor de resistividade da camada. Se for um folhelho não consolidado, com bastante água, ambas resistividades serão baixas. Caso seja uma anidrita, uma dolomita ou um calcário, impermeáveis, ou rocha de baixa porosidade, as leituras de ambas curvas serão altas. Uma zona permeável, por outro lado, facilita naturalmente o processo da invasão. A investigação mais rasa (MI), influenciada pelo reboco, apresentará um valor mais baixo que aquela curva de investigação mais profunda (MN). Assim, as curvas mostrarão uma separação visual entre si, que foi convencionada de positiva. GGN-2005-GALVÂNICOS-9 Existem outros perfis de microresistividade, a apresentar oportunamente que, por possuírem uma única curva, não indicam a permeabilidade como o MEL, somente Rxo. 5.7.1.4 - Apresentação de um Microperfil – Na figura 5.7, observa-se na primeira faixa os Raios Gama, para uma visualização da litologia. Na segunda e terceira faixas, as curvas microinversa (MI - linha cheia) e micronormal (MN - linha pontilhada). Separações positivas, aquelas em que MN>MI (zonas escuras) são lndicativas da presença de reboco (menos resistivo) defronte às camadas. Quaisquer que sejam as larguras das separações positivas jamais deverão ser traduzidas em milidarcies ou equivalentes. Eletrodos Figura 5.7 - Exemplo de um perfil MEL (esquerda) e foto de uma ferramenta (direita). 5.7.2 - Microlateroperfil (MLL) - O próprio nome já revela seu princípio e finalidades. Adaptou-se em uma almofada rígida a mesma configuração, porém reduzida, dos 7 eletrodos do LL-7, dispostos concentricamente. Por causa da focalização as linhas de correntes penetram profundamente na zona lavada (liberadas da permanência obrigatória dentro dos rebocos ou lamas condutivas, como no caso do MEL). Por registrar uma só curva, o MLL não dá ao intérprete a opção de estimar qualitativamente a permeabilidade das camadas, a exemplo do MEL, mas somente Rxo O sistema de focalização desta ferramenta é Um eletrodo central (Ao) emite uma corrente automaticamente, é enviada pelos dois eletrodos ma diferença de potencial entre os eletrodos de control fluxo da corrente Io ao ultrapassar o eletrodo M1 forçada a penetrar mais fundo na camada. A mediç Ao e M1 ou M2. 5.7.3 - Proximidade (PL) - Tendo em vista espessuras de reboco maiores que 3/8 de polegada de sobrepor tal problema admitindo-se que poderia Subtende-se que em casos de pequena invasão, o Rt, dada a sua maior capacidade de penetração ra das correntes do PL para proporcionar maior pe corrente mais potenteque os anteriores. 5.7.3.1 - Apresentação do PL e MLL - Ambo . similar ao empregado no Lateroperfil-3. (lo). Uma outra corrente, ajustada is externos (A1 e A2), de tal forma que a e M1 e M2 seja mantida igual a zero. O não pode atingir o eletrodo M2, sendo ão do potencial é então realizada entre o MLL não ser recomendado para , foi desenvolvido o Proximidade, capaz fornecer valores mais exatos de Rxo. PL não será ideal, porque tenderá a ler dial, em relação ao MLL. A focalização netração radial, utiliza um sistema de s perfis são apresentados nas faixas 2 e GGN-2005-GALVÂNICOS-10 3 em escala logarítmica. Simultaneamente, pode-se registrar um MEL na faixa 1. Convêm chamar atenção para o fato de que neste tipo de apresentação, a escala de resistividade do Microperfil, na faixa 1, estará invertida, ou seja, aumenta para a esquerda, donde se conclui que separações positivas estarão ao contrário do padrão normal do MEL, discutido anteriormente. Em termos de apresentação, visualmente, ambos perfis se assemelham bastante, a diferença está no cabeçalho e na identificação de cada uma das curvas. Na realidade o PL e o MLL eram intercambiáveis. Isto é, fazia-se um ou outro perfil com praticamente as mesmas ferramentas, bastando para isto, trocar o patim onde estavam posicionados os eletrodos. As ferramentas de Rxo, a exemplo do MLL e PL, têm limitações, principalmente sob as condições adversas de espessura de reboco (tmc ou hmc), diâmetro de invasão (Di) e contraste de resistividades (Rxo/Rmc). 5.7.4 - Microesférica Focalizada (MSFL) - A ferramenta Microesférica Focalizada (MSFL) foi idealizada no sentido de promover uma configuração esférica na distribuição da corrente enviada ao poço. A corrente de localização ou de bloqueio (lb) passa de Ao para A1, preferentemente por dentro do reboco, tomando uma forma aproximada de uma esfera. A corrente de medição (Io) fica então confinada a uma trajetória diretamente para dentro da formação, onde se espalha e retorna a um eletrodo (B), localizado no próprio corpo da sonda. Para que isto seja possível, a corrente de bloqueio (lb) é ajustada de modo que a voltagem nos monitores permaneça sempre igual a zero. Com esse sistema, o efeito do reboco é minimizado ao máximo e a ferramenta ainda permanece com uma investigação bastante rasa, sendo entre as ferramentas de microresistividades a que mais se aproxima de Rxo, a não ser quando o diâmetro de invasão for muito pequeno. Os gráficos Rxo's (ver cartas da Schlumberger), mostram os efeitos de contraste (Rxo/Rm) e da espessura do reboco (tmc ou hmc), sobre as leituras das três ferramentas de Rxo (MLL, PL e MSFL). Desde as primeiras lições, observamos que o desenvolvimento de uma nova ferramenta tem por objetivo eliminar os obstáculos apresentados pelas antecessoras. O que é vantajoso para uma ferramenta pode ser desvantajoso para outra. Este raciocínio tecnológico persiste até os tempos atuais, fazendo com que as companhias de serviço sejam dinâmicas na busca de processos e equipamentos de ponta, lançando com rapidez sistemas hoje atuantes e aceitos pela comunidade científica, no obsoletismo. 5.8 - Resumo das Condições Ideais dos Perfis de Rxo (MLL, PL, MSFL) Para obtenção de Rxo com as microferramentas, deve-se observar os valores mostrados na tabela abaixo (Schlumberger, 1989), que resumem as condições ideais de cada perfil de Rxo. PERFIL RMLL / Rmc Espessura Reboco (polegadas) Diâmetro de Invasão (pol) (em poço de 8 pol.) MLL 8 até 15 < 3/8 > 23 PL 2 até 30 < 3/4 > 40 MSFL 5 até 100 < 3/8 > 40 5.9 - Utilização Prática dos perfis de Rxo 5.9.1 - Método do Óleo Móvel (“Movable Oil Plot - MOP") - Observar, na figura 5.8, o comportamento de uma rocha permoporosa, antes e após a invasão do filtrado da lama e suas respectivas variações volumétricas. As saturações Swirr e SOR representam, respectivamente, a água irredutível e o óleo residual, incapazes de se deslocarem sob a GGN-2005-GALVÂNICOS-11 influência do filtrado. Swf e SOM, respectivamente, a água livre interporosa e o óleo móvel, portanto, facilmente deslocáveis, dentro do diferencial de pressão existente nos poços preenchidos por lama. Swi Swi Swf MATRIZ FILTRADO MATRIZ Sxo SOM SOR SOR Figura 5.8 – A camada permoporosa antes (a esquerda) e após (a direita) da invasão pelo filtrado. Onde: Sw = Saturação total em água = Swf + Swirr Swf = Saturação em água móvel (livre interporosa) Swirr = Saturação em água irredutível (adsorvida aos grãos) So = Saturação de óleo total (móvel e/ou residual) = SOM + SOR SOM = Saturação de Óleo Móvel (livre para ser explotado) SOR = Saturação de Óleo Residual (imóvel sob condições normais) Sxo = Saturação de filtrado (que desloca os fluidos móveis originais) Do exposto, conclui-se: Swf + Swirr = 1 - (SOM + SOR) = 1 – So (5.8) Fazendo-se o balanço dos materiais obtém-se: a) Antes da invasão : Swf + Swi + SOR + SOM = 1 b) Após a invasão : SOR + Swirr + Sxo = 1 isto é : Sxo = 1 - SOR – Swi (5.9) Como, tanto antes como após a invasão, Swi é um valor constante, não participativo da movimentação fluida, podemos, simplificadamente, dizer então que: Sxo = 1 – SOR (5.10) principalmente, nos casos de camadas com granulometria média a grosseira, onde Swi tende a apresentar baixos valores. Caso a rocha seja de granulometria fina a síltica, ou ainda muito argilosa, sua área específica (volume da superfície externa porosa/volume de rocha) será bastante elevada e Swirr terá valor numérico não mais desprezível, devendo ser levada em consideração nas equações acima. Sabe-se, também, que nas formações limpas: Rxo Rmfa =Sxo,amenteloganae Rt Rwa =Sw m n m n φφ (5.11) Dividindo-se uma pela outra se obtém a Equação da Mobilidade, que correlaciona as saturações nas zonas virgem e lavada : ( ) Rmf Rw . Rt Rxo = Sxo Sw n (5.12) GGN-2005-GALVÂNICOS-12 Observemos agora esta equação sob três aspectos distintos 1o. caso: Sw / Sxo = 1 Analisando-se este resultado pode-se imaginar a seguinte situação : Sw/(1-SOR) = 1 ou Sw + SOR = 1, isto é, a rocha é portadora de óleo residual e água, somente. Entretanto, para um mesmo resultado de Sw/Sxo = 1, pode-se ter duas situações distintas : (a) 1= 9,0 9,0 = Sxo Sw , trata-se de uma camada predominantemente saturada com água. (b) 1= 3,0 3,0 = Sxo Sw , trata-se de uma camada portadora de hidrocarboneto, residual. De qualquer modo, não há interesse para hidrocarboneto em ambas situações. A ocorrência de 90% água na camada (caso a), recomendaria o seu abandono imediato. A ocorrência de 90% de óleo residual (caso b), recomendaria análises de risco/retorno mais apurada, pelo fato deste tipo de hidrocarboneto exigir elevados investimentos adicionais para a sua recuperação. 2º. Caso: Sw / Sxo > 1 Neste caso, o valor calculado de Sw é maior que o de Sxo, isto é : Sw / (1-SOR) > 1 ou Sw + SOR > 1 Observando-se a figura 5.8, esta situação foge completamente ao modelo observado. Normalmente quando Sw + SOR > 1, admite-se ter ocorridoalgum erro na escolha dos parâmetros (Rmf, Rw, a, m e n) ou então nos cálculos propriamente dito. Na maioria das vezes, trata-se de uma zona sem interesse comercial, portadora de água. 3º. caso: Sw / Sxo < 1 Neste caso, o valor calculado de Sw é menor do que o de Sxo. Observando-se a figura 5.8, esta situação mostra que ainda falta um certo volume de fluido para completar os 100% do balanço das saturações. Obviamente, deve ser óleo móvel (SOM) : Sw / (1-SOR) < 1 ou Sw + SOR < 1 Conclui-se que esta situação é a mais indicativa da presença de hidrocarbonetos móveis. Este último caso é o mais importante, e economicamente significante, de todos os três acima analisados. Assim, quando se tem Sw / Sxo < 1 é porque a zona tem certamente óleo móvel dentro de seus poros e que camada poderá produzi-lo por empuxo de água, teoria pela qual se baseia o método do óleo móvel. Se o filtrado invade uma camada deslocando o óleo móvel, este poderá deslocar aquele quando o poço estiver em produção. Na prática, a experiência e estudos estatísticos, adota-se as seguintes relações: 1> Sxo Sw Camada não produtora de hidrocarbonetos. GGN-2005-GALVÂNICOS-13 9,0< Sxo Sw <8,0 Camada a ser testada para confirmação de capacidade produtiva. 7,0< Sxo Sw Camada produtora por excelência, sem muita necessidade de confirmação por testes de formação. 5.10 - Correção de Rt pelo Efeito da Invasão Pode-se obter melhores resultados de Rt, quando se tem valores precisos de Rxo, as quais auxiliam na correção (ou recuperação) do valor real de Rt. Dentro das suas condições ideais, os lateroperfis têm como respostas: Rt.)J1(+Rxo.J=RLLD - (5.13) e o indução: Rt )G1( + Rxo G = RILD 1 - (5.13) onde, J e G são seus respectivos fatores geométricos, pode-se, então, com o uso de gráficos denominados de "tornados" reconstruir os valores de Rt e Rxo, a partir das relações RILM/RILD (ou RLLS/RLLD) e Rferramenta de RXO/RILD (ou Rferramenta de RXO/RLLD), lidas diretamente dos perfis, e determinar ainda o diâmetro de invasão das camadas. Ver estes gráficos na página www.connect.slb.com/Docs/connect/reference/Chartbook. 5.11 - Gráfico ou Perfil do óleo Móvel Nos Itens anteriores estudou-se a possibilidade de se ter uma idéia qualitativa da mobilidade dos hidrocarbonetos, baseados na razão Sw / Sxo. Existem, todavia, meios pelos quais se pode quantificar os hidrocarbonetos deslocados da zona lavada pelo filtrado da lama, durante a perfuração do poço. Esta quantificação é realizada em relação ao volume total da rocha. Os conceitos de porosidade e saturação fluida são respectivamente: Porosidade é a relação entre o volume de vazios (Vv) de uma rocha e seu volume total (Vt). Saturação Fluida é a relação entre o volume de fluido (Vw = água ou Vxo = filtrado) e o volume de vazios (Vv) da rocha. Em outras palavras: SwSXO=SOMe Vv Vxo =SXO, Vv Vw =Sw, Vt Vv = -φ Os volumes totais fluidos envolvidos serão, de acordo com a figura 5.8 : - )SwSXO(=SOM. Vt Vxo =SXO. Vt Vw =Sw. φφ φ φ O perfil do óleo móvel (Movable Oil Plot - MOP) é uma resolução gráfica das equações acima, composto de 3 curvas em uma mesma faixa, escalas e sentido, representando: (1) a porosidade total (φt), (2) o volume total de filtrado (φ.Sxo) e, (3) o volume total de água (φ.Sw). A separação entre as curvas (1) e (2) indica a fração do volume total da zona lavada preenchida por hidrocarboneto residual: GGN-2005-GALVÂNICOS-14 SOR.=)SXO1(.=SXO. φφφφ -- A separação entre as curvas (2) e (3) indica a fração do volume total da zona virgem preenchida por hidrocarboneto móvel: .SOM=Sw)-(SXO=SwSXO. φφφφ .- A separação entre as curvas (1) e (3) indica a fração do volume total de hidrocarboneto (SO = móvel e residual) da formação: SO.=)Sw1(.=Sw. φφφφ -- Este perfil pode ser efetuado ainda na própria locação, distinguindo visualmente os fluidos dos intervalos estéreis ou não, dos portadores de hidrocarbonetos. Lembrar que esta análise só é válida para os casos em que Swirr pode ser considerada desprezível, isto é, naquelas rochas de granulometria arenosa. Sua validade se torna comprometida nos casos de granulometria síltica ou argilosa, quando Swirr atinge valores consideráveis. 5.12 - Resumo das Ferramentas de Microresistividade ou de RXO 5.12.1 - O que estas ferramentas medem : Microvolumes de rochas, por meio de sistemas elétricos focalizados ou não (ML), acondicionados em patins ou sapatas, pressionados contra as paredes dos poços. São por tal razão denominados os perfis de Rxo, exceto o Microperfil por não ser focalizado. 5.12.2 - Utilização : Corrigir Rt e Rxo pelo efeito da invasão; Corrigir porosidades pelo efeito dos hidrocarbonetos; Determinação do diâmetro de invasão; Essenciais nas interpretações nos casos de HC + água doce; Eventuais na quantificação da porosidade; Eventuais na identifica fraturas; Essenciais na confecção do M.O.P e interpretações avançadas dos perfis que exijam Rt e RXO. 5.12.3 – Apresentação : Isoladamente ou acoplados aos perfis de macroresistividade. Nestes casos, por não possuírem a mesma resolução vertical, suas leituras são submetidas a programas de coerência/ponderação. 5.12.4 – Problemas: Desmoronamentos/rugosidades; rebocos espessos; invasão rasa. Altos contrastes Rxo/Rmc favorecem a desfocalização da ferramenta perdendo sua razão de ser. 5.13 - Bibliografia Recomendada Asquith, G.; C. Gibson, 1982, Basic Well Log Analysis for Geologists, AAPG, Tulsa, 216 pp Bateman, R.M., 1985, Openhole Log Analysis and Formation Evaluation, IHRDC, Boston, 647 pp. Brock, J., 1986, Applied Open-Hole Log Analysis, Gulf, Houston, 284 pp. Desbrandes, R., 1984, Encyclopedia of Well Logging, Gulf, Houston, 584 pp. Dresser Atlas, 1982, Well Logging and Interpretation Techniques, Dresser Ind. Inc., 500 pp Ellis, D.V., 1987, Well Logging for Earth Scientists, Elsevier, New York, 532 pp. Hearst, J.R.; P.H. Nelson, 1985, Well Logging for Physical Properties, McGraw-Hill, 571 pp. Hilchie, D.W., 1984, Applied Openhole Log Interpretation, Inst. for Energy Development, Oklahoma City, 350 pp. Keys, W.S., 1990, Borehole geophysics applied to ground-water investigations, Tech. of Water-Resour. Inves. of the U.S. Geol. Surv. Chap. E2, Book 2, Denver, CO, 150 pp. Schlumberger, 1984, Resistivity Measurement Tools, M-089020, SMP-9020. Schlumberger, 1986, Log Interpretation Charts, Schlumberger Well Services, Houston. Schlumberger, 1989, Log Interpretation Principles/Applications, Schlumberger Educational Services, Houston. Tittman, J., 1986, Geophysical Well Logging, Academic Press, 192 pp. GGN-2005-GALVÂNICOS-15
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