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1 Introdução a Petrofísica para Análise de Perfis de Poços de Abertos Parte I Introdução a Petrofísica para Análise de Perfis de Poços de Abertos Parte I MSc. Rose Mary T. de Lemos (Geóloga Sênior) Fev 2012 Histórico da PerfilagemHistórico da Perfilagem 1837 até 1842 - O Prof. Forbes, foi talvez a primeira pessoa que efetuou medidas de perfilagem. Ele baixou sensores de temperatura em três eixos até a profundidade de 20 ft. Gravou a varição de temperatura em relação a profundidade e o tempo. Mais tarde, seus resultados foram foram analisados pelo físico Lord Kelvin na Inglaterra (Thomson, 1861). Interpetrou medidas de temperatura em função da profundidade em poços rasos. A separação entre a aquisição de dados e a interpretação anteveu as perfilagens atuais. O começo comercial da perfilagem É atribuída inteiramente ‘a iniciativa dos dois irmãos franceses: Conrad e Marcel Schlumberger (1878-1936); Físico da Ecole Polytechnique France, e a de um engenheiro da Ecole Centrale de Paris (Allaud & Martin, 1977) Encorajado e suportado pelo seu pai os irmãos Slb experimentaram as medidas elétricas em superfície para encontrar depósitos de Fe e Cu. O sucesso em diversos países gerou a criação da SPE (Societé de Prospection Electrique). 1921 – Marcel Schlumberger. Primeira tentativa para medir a resistividade em rochas – Mina de carvão – Bessèges (França) 1934 - A publicação do 1º trabalho técnico de interpretação – Schlumberger e Leonardon (perfil elétrico )– puramente qualitativo 1929 - Carro de perfilagem Schlumberger Histórico da PerfilagemHistórico da Perfilagem Histórico da Perfilagem no BrasilHistórico da Perfilagem no Brasil A atividade de perfilagem de poços de petróleo no Brasil teve seu início no final da década de 40, seguindo a tendência mundial de avaliar os reservatórios de hidrocarbonetos por meio de métodos elétricos. Aos primeiros registros, interpretados de forma artesanal, seguiram-se as aquisições de propriedades elétricas, acústicas e radioativas de forma sistemática, com a perfuração contínua de poços após a criação da Petrobras em 1953. Todos os serviços eram registrados em forma analógica, reproduzidos em filmes e cópias em papel. No final da década de 70, chegaram as primeiras unidades informatizadas, permitindo o registro digital dos dados e a utilização de conjuntos de ferramentas. As operações de campo tornaram-se mais rápidas e eficientes, com a aquisição, em uma só descida Caminhões de PerfilagensCaminhões de Perfilagens 1932 - Lane Wells Company Atual Baker Hughes Canhoneio 2012 - Caminhão Perfilagem Weatherford A Técnica da Perfilagem de PoçoA Técnica da Perfilagem de Poço Operação complexa (operação geofísica) As rochas são distingüidas e caracterizadas em função de suas propriedades físicas. propriedades elétricas, acústicas, radioativas, etc. Deslocamento contínuo de um sensor através do poço A profundidade do poço é medida durante a perfilagem. As profundidades medidas são mais exatas do que aquelas medidas pelo sondador. Normalmente mais de uma perfilagem é realizada durante a perfuração de um poço. Existem atualmente mais de 50 tipos diferentes de ferramentas, envolvendo diversas etapas. O primeiro passo é definido pela preparação e descida da ferramenta ou conjunto de ferramentas no poço. Dr. Carlos Verdín O que é a Perfilagem de Poço?O que é a Perfilagem de Poço? Um perfil está sempre associado a um afloramentoUm perfil está sempre associado a um afloramento Dr. Carlos Verdín Um perfil está sempre associado a um afloramentoUm perfil está sempre associado a um afloramento MAS… 2 Um perfil está sempre associado a um afloramentoUm perfil está sempre associado a um afloramento MAS… Um perfil está sempre associado a um afloramentoUm perfil está sempre associado a um afloramento MAS… Um perfil está sempre associado a um afloramentoUm perfil está sempre associado a um afloramento DEVEMOS DE TER O CUIDADO PARA ANALISAR SEMPRE TODOS OS PARÂMETROS!… 2011 – Bacia de Neuquen - Argentina Classificação Básica para PerfilagemClassificação Básica para Perfilagem Mud Logs – Perfil de “Lama” Perfil de Poço Aberto Logging While Drilling (LWD) or Measure While Drilling (MWD) Wireline Log – Perfil ‘a Cabo Perfil de Poço Revestido ou Perfil de Produção Aplicações do Mud LogsAplicações do Mud Logs Monitorar a performance da broca Determinar a litologia Indicação preliminar da localização do poço com a estratigrafia esperada “Indicação dos tipos de HC “Indicação” das condições de pressões Acuracidade de + ou – 5m Fluido de PerfuraçãoFluido de Perfuração Fluido de Perfuração e suas funções Fornecer pressão hidrostática para controlar o poço Criar um selo entre a parede do poço e a formação Remover as amostras de calha do poço Lubrificar e resfriar a coluna de perfuração Tipos de Fluido de Perfuração A base de água A base de óleo Lama sintética Propriedades do Fluido de Perfuração Peso da lama Viscosidade pH Perda de fluido Salinidade Possíveis Efeitos Ambientais Devido a PerfuraçãoPossíveis Efeitos Ambientais Devido a Perfuração Invasão do filtrado, Mudcake (Reboco), Washouts (Zona de Lavagem), Shale swelling (Expansão da argila) Migração de finos Breakouts (Zonas de desmoronamento, ruptura por cisalhamento), Etc. Exemplo de Mud Log Exemplo de Mud Log 3 Processo na Invasão de Filtrado de LamaProcesso na Invasão de Filtrado de Lama As partículas sólidas de lama ficaram retidas nas gargantas dos poros. Algumas dessas partículas serão transportadas a uma pequena distância dentro da formação A profundidade e invasão será controlada por: Permeabililidade Porosidade Pressão capilar Experimento da invasão do Filtrado de lama – Verdin, 2008 Zonas de InvasãoZonas de Invasão Mudcake = Reboco Formado pelo agregado de sólidos incluídos na lama A espessura é muito pequena quando a permeabilidade é alta Zona de Lavagem = Zona Invadida = Flushed Zone Zona Intermediária = Intermediate Zone Zona Virgem = Zona não Invadida = Virgin Zone Baker Atlas – Introduction to Wireline Log Analysis O perfil de um poço estará sempre associado com o processo de invasão Processo de invasão indica: e K A diferença na concentração de sal , entre a lama e a água conata, são importantes para a compreensão da influência dos processos da invasão da lama e consequentemente das medidas de resistividade Processo na Invasão de Filtrado de LamaProcesso na Invasão de Filtrado de Lama Lama base água em uma zona com HC Equilíbrio de massa Baixa porosidade alta invasão O raio de invasão aumenta com a diminuição da porosidade Processo na Invasão de Filtrado de LamaProcesso na Invasão de Filtrado de Lama = volume do filtrado de lama Rb = Raio do poço (borehole) h = espessura de invasão r = raio de invasão da lama 2R h 1 r 22 Rr cRr h ).( 22 2.rc Processo na Invasão de Filtrado de LamaProcesso na Invasão de Filtrado de Lama h 2R 2R 2R Logging While Drilling - LWDLogging While Drilling - LWD Perfis adquiridos durante a perfuração As ferramentas descem acopladas na mesma coluna a um certa distância da broca. MWD - Measure While Drilling Pressão do anular e do poço Temperatura Vibração Controle da direção Baker Hughes - Inteq Logging While Drilling - LWDLogging While Drilling - LWD BakerHughes - Inteq Exemplo MWDExemplo MWD Exemplo de MWD – Introduction to Wireline Log Analysis - Baker Atlas Exemplo de LWDExemplo de LWD This image cannot currently be displayed. Exemplo LWD – Cortesia Weatherford 4 Perfis de Poço RevestidoPerfis de Poço Revestido Relacionado ao perfil que é registrado atrás do revestimento ou durante a produção de HC Perfil de Cimentação Mapa de cimento, Detecção de canais, ou espaços vazios Perfil de Saturação – Porosidade Sw poço revestido, Contato Gas/Óleo/Água, Fluxo de água ou canalização pelo revestivmento Perfis de Produção Quantificar produção Efetividade de fraturas, Eficiência de poço injetor Exemplo de Perfilem Poço RevestidoExemplo de Perfil em Poço Revestido DTC DTFluido=180us/ft 240 40 240 40 DTCRev=58us/ft Tubo Fluido DTC DTFluido=180us/ft DTCRev=58us/ft Tubo M O N O P O L A R Fluido x x x x x Cortesia - Baker Atlas – Baker Hughes Questões BásicasQuestões Básicas Por que se perfilam os poços? Uma das principais razões é identificar a áreas produtivas. Identificação de: hidrocarboneto e água Qual é a propriedade física que é medida facilmente no poço e que permite diferenciar a água do hidrocarboneto? Resistividade / Condutividade Unidade de Perfilagem em TerraUnidade de Perfilagem em Terra Geralmente o processo é iniciado com a colocação da unidade de perfilagem junto a boca do poço Caminhão na terra Unidade de perfilagem no mar Baker Hughes Unidade de Perfilagem no MarUnidade de Perfilagem no Mar Baker Hughes Unidade de Perfilagem no MarUnidade de Perfilagem no Mar Cortesia – Weatherford Unidade de Perfilagem - TerrestreUnidade de Perfilagem - Terrestre O cabo de perfilagem é a principal ferramenta para os trabalhos. Funções essenciais do cabo: Suporte mecânico Conexão elétrica entre unidade e instrumentos na ferramenta Para medir a profundidade dentro do poço. Mafra, G. A. - 2007 Baker Atlas Descrição das FerramentasDescrição das Ferramentas São equipamentos cilíndricos Diâmetro tipicamente de 3 5/8 polegadas Comprimento de 20 até 50 pés ( 6 -15 m) Quando conectadas em uma única combinação, esta pode alcançar até 100 pés (30m). Ferramentas mais utilizadas Resisitividade Potencial Espontâneo (*) Raios Gama Ferramentas de Perfilagem a Cabo Ferramentas de Perfilagem a Cabo Ferramentas cilíndricas Frequentemente correm centralizadas nos poços Reduzem os efeitos de rugosidade no poço Ex.: resistividade, sônico, gamma, neutron, etc 5 São ferramentas cilíndricas que possuem um sensor Esse sensor normalmente é um “braço” mecânico localizado ao longo de sua superfície. Essas ferramentas fazem as medidas o mais próximo possível da parede do poço Reduz a influência das condições ambientais São sensíveis a rugosidade e a parede do poço. Ex.: densidade, caliper, imagem resistiva Ferramentas de Perfilagem a Cabo - Patins Ferramentas de Perfilagem a Cabo - Patins Exemplo de Ferramentas de Perfilagem a Cabo - Patins Exemplo de Ferramentas de Perfilagem a Cabo - Patins Exemplo de Ferramentas de Perfilagem a Cabo - Patins Exemplo de Ferramentas de Perfilagem a Cabo - Patins Baker Atlas Baker Atlas Técnicas de PerfilagemTécnicas de Perfilagem Diversos testes e calibrações de superfície são necessários p/ checar o bom funcionamento do equipamento. Após checar tudo, o operador da perfilagem ajusta a profundidade inicial. A descida da ferramenta é também utilizada para checar problemas de estabilidade do poço. Somente depois de atingir a profundidade desejada para o início da perfilagem é iniciada a calibração de fundo. (Cont.)(Cont.) Neste momento as escalas são registradas e o bom funcionamento da ferramenta é mais uma vez checado. Movimentando-se a ferramenta ascendente no poço É feito um teste inicial. A seguir a ferramenta é descida mais uma vez a posição incial p/ que a perfilagem principal seja iniciada. A velocidade da ferramenta durante a perfilagem 200 até 1800m/h 600 até 5400 pés/h Anatomia do Perfil de Um PoçoAnatomia do Perfil de Um Poço Digital ou gráfico é formado por: Header - Cabeçalho Data - Descrição do dado e processamento Tool String – Descrição da ferramenta Comentários Adicionais. Log display – Perfil gráfico Main section – Seção principal (wireline) Repeat section – Seção repetida (wireline) Calibração QC – Controle de qualidade Tail – Rodapé Cabeçalho - HeaderCabeçalho - Header Profundidade – Perfuração Profundidade – Perfilagem Topo – Perfilagem Revestimento - Perfuração Revestimento – Perfilagem Tamanho da broca Tipo de fluido de perfuração Densidade / Viscosidade pH Fluido Origem das amostras RM e temperatura RMF e temperatura RMC e temperatura Temperatura BHT Tempo de circulação Máxima temperatura registrada Etc… Informações Importantes obtidas a partir do cabeçalho Exemplo de um CabeçalhoExemplo de um Cabeçalho Fonte: Schlumberger Trajetória do PoçoTrajetória do Poço Em perfilagem a trajetória do poço pode ser quantificada em MD (measured depth) ou TVD (true vertical depth) As duas opções são equivalentes em poços verticais. Em poços desviados ou quando alto ângulo necessita-se de uma descrição da trajetória do mesmo. Para transformar as profundidades de MD em TVD há necessidade de uma profundidade de referência. Fonte: Baker Atlas – Introduction to Wireline Log Analysis 6 Apresentação dos PerfisApresentação dos Perfis Apresentação Linear Possui os três tracks em escala linear Apresentação Logarítmica Possui o track 2 e 3 em escala logarítmica Apresentação Híbrida Possui escala logarítmica e linear Exemplos de Alguns Formatos de ApresentaçãoExemplos de Alguns Formatos de Apresentação Apresentação linear Apresentação logarítimica Apresentação híbrida Fonte: Baker Atlas – Introduction to Wireline Log Analysis Exemplo de um PerfilExemplo de um Perfil Perfis Registro contínuo de propriedades físico/química das rochas ao longo do poço, mediante o uso de ferramentas especiais. Ex.: Perfil Geológico Perfil de Parâmetro de Perfuração Perfil de Produção Perfil Elétrico Perfil Composto Fonte: Baker Atlas – Introduction to Wireline Log Analysis Correções AmbientaisCorreções Ambientais Por quê? Antes de qualquer cálculo petrofísico há necessidade de serem feitas. Várias empresas perfilando Diferentes tipos de ferramentas Diferentes tipos de lama de perfuração Diferentes tamanhos de broca Grandes concentrações de barita no fluido de perfuração Quais? Propriedades da lama (física e química) Lama sintética, lama a base de água, densidade, peso, pH, concentração de sal, de K, presença de barita, etc…) Temperatura Superfície, BHT Contínua Pressão Parâmetros de perfuração Tamanho da broca, tempo de circulação, etc… Caliper Tipos de ferramentas Variáveis para a correção ambiental Correções AmbientaisCorreções Ambientais Controle de Qualidade de Um PerfilControle de Qualidade de Um Perfil O perfil de um poço sem um cabeçalho não é um perfil de poço!!! Nunca interprete um perfil antes de olhar em detalhe o cabeçalho Calibração das ferramentas, Caliper, Tensão e velocidade do cabo, Temperatura, Rotação da ferramenta quando fica presa e “sticking and pull” . Corrida principal e corrida repetida Velocidade das ferramentas e amostragem. Principais Aplicações dos PerfisPrincipais Aplicações dos Perfis Qualitativa Correlação entre poços Identificação litológica Identificação do tipo de fluido das camadas Identificação de fraturas Permeabilidade Qualidade das cimentações Identificação de evaporitos. Principais Aplicações dos PerfisPrincipais Aplicações dos Perfis Quantitativa Cálculos de porosidade Cálculos de saturações de fluidos Cálculos de mobilidade de fluidos Cálculos do dip e azimute das formações Cálculos de permeabilidade Cálculos de densidade Cálculos de velocidade sônica nas rochas Cálculos constantes elásticas Cálculos de reservas de hidrocarboneto Cálculos das concentrações dos principais elementos constantes das rochas Aplicações dos Perfis em Poço AbertoAplicações dos Perfis em Poço Aberto Produção Engenharia de Reservatório Obtenção dos parâmetros físicos das rochas Definição de mobilidade de óleo (fator de recuperação) Cálculo de reservas Estimativa de permeabilidade 7 Produção (Cont.)Produção (Cont.) Engenharia de Acompanhamento de Produção Produção de fluidos não desejáveis Identificação da origem desses fluidos Controle da variação dos contatos entre fluidos Recuperação secundária (injeção de água, etc ...) Engenharia de Completação Seleção de zonas para canhoneio Localização de pontos de cimento Planejamento de testes de avaliação Planejamento de estimulação de produção Produção (Cont.)Produção (Cont.) Engenharia de Avaliação Seleção de zonas para testes de formação/produção Posicionamento de obturadores Indicação de zonas permeáveis Previsão de fluidos Aplicações dos Perfis em Poço AbertoAplicações dos Perfis em Poço Aberto Perfuração Previsão de pressões anormais Cálculo de pressão dos poros Posicionamento de sapatas Determinação de inclinação e direção de poços Propriedade mecânica das rochas em subsuperfície Escolha de brocas de perfuração Resolução Vertical e Profundidade de InvestigaçãoResolução Vertical e Profundidade de Investigação RV = É definido como sendo a espessura mínima de uma camada que pode ser identificada por uma ferramenta PI = Profundidade máxima que pode ser idenfificada por uma ferramenta Obs.: Normalmente a ferramenta que possui alta resolução vertical, não possui uma alta profundidade de investigação. CaliperCaliper Mede o tamanho ou diâmetro do poço ao longo de sua trajetória Pode ser medido com apenas um braço mecânico, mas existem outras ferramentas É diferente do diâmetro da broca Pode indicar zonas de “lavagem” (washouts) ou presença de rebocos (mudcake) O formato do poço está condicionado a: Stress Propriedade mecânicas da rocha Alterações químicas devido a temperatura Reações entre a lama de perfuração e a rocha Saturação de fluidos CaliperCaliper Arredondado Oval Irregular ou Rugoso Influência da Rugosidade Influência da Rugosidade Fonte: Bassiouni, Z.: Theory, Measurement, and Interpretation of Well Logs, SPE Textbook Series, V. 4 The Influence of Borehole Rugosity on Pad-Type Tools TemperaturaTemperatura Afeta algumas medidas em perfilagem, tais como: resistividade, PEF (Fator fotoelétrico), densidade e neutron. Frequentemente assume-se que a temperatura possuirá um aumento linear ao longo da trajetória do poço Logo, o procedimento mais comum é adquirir o Grau Geotérmico: Medir a temperatura na superfície Medir a temperatura no fundo do poço (BWT) Fazer as correspondentes correções Gradiente TérmicoGradiente Térmico T(z) = T(z1)+G(z-z1) G= T(z2) – T(z1) z2-z1 G = Gradiente Geotérmico (Geothermical Gradient) T = Temperatura Z1 = Temperatura inicial Z2 = Temperatura final 8 LitologiasLitologias O primeiro item antes de analisar petrofisicamente e saber quais são as litologias predominantes Sequência Siliciclática Quantificar concentração argila/folhelho – Csh ou Vsh ou Vcl Detectar e quantificar os tipos de argila Sequência Carbonática Calcular as proporções volumétricas (cross-plot) de: Calcário, Dolomita, “Halita”, “Quarzo”, “Folhelho”, etc… Sequência Mista Mais complexo Propriedades Petrofísicas das RochasPropriedades Petrofísicas das Rochas Petrografia Grão Matriz Poro Cimento Petrofísica Matriz Poro PorosidadePorosidade É a relação entre o volume dos poros e o volume total da rocha. Porosidade Efetiva São os espaços porosos que apresentam-se interligados Petrofísica Propriedades físicas dos poros. Sedimentos Inconsolidados Porosidade Efetiva = Porosidade Total. Fonte: Baker Atlas – Introduction to Wireline Log Analysis matrizdavolume poros de volume amostradatotalvolume poros de totalvolume porosidade PorosidadePorosidade TexturaTextura Fonte: Baker Atlas – Introduction to Wireline Log Analysis Mecanismos de CompactaçãoMecanismos de Compactação Fonte: Baker Atlas – Introduction to Wireline Log Analysis PermeabilidadePermeabilidade Permeabilidade É a capacidade de um fluido passar (circular) através das rochas Fonte: Baker Atlas – Introduction to Wireline Log Analysis Permeabilidade (Cont.)Permeabilidade (Cont.) Dependerá dos fatores: Tamanho do poro O grau da porosidade efetiva O tipo de cimento entre os grãos. Da matriz Da forma e do tamanho dos grãos Pode ser afetada tanto horizontalmente quanto verticalmente. Fonte: Baker Atlas – Introduction to Wireline Log Analysis Exemplo de Fluidos em ReservatóriosExemplo de Fluidos em Reservatórios Porosidade = 36% Porosidade = 20% Porosidade com fluidos Gas (Saturação de Gas = Sg Água (Saturação de Água = Sw) Óleo (Saturação de Óleo = So) Baker Atlas – Introduction to Wireline Log Analysis 9 Minerais de ArgilaMinerais de Argila Minerais que “normalmente” dominam a fração argila (<2µm) das rochas e dos solos. São predominantemente compostos por filossilicatos. Dificuldades Alguns filossilicatos só ocorrem <2µm – Ex.: Esmectita Outros, micas e cloritas ocorrem em fração grosseira de rochas metamórficas Outros silicatos também estão presentes nessa fração Ex.: Zeólitas, quartzo, feldspato Outros óxidos e hidróxidos Minerais de Argila – Danos a formaçãoMinerais de Argila – Danos a formação Caulinita Migração de finos Esmectita Sensibilidade a água - Inchamento Os revestimentos de poros se quebram e migram durante o inchamento Elevada razão área superficial/volume Aprisiona altas saturações de água irredutível. Clorita Reage ao ácido e precipita componentes secundários de ferro. Minerais de Argila – Origem nos reservatóriosMinerais de Argila – Origem nos reservatórios Primária Sindeposicional Introduzida por bioturbação ou por infiltração Diagenética Precipitada nos poros Pseudomatriz de compactação Substituição Tipos de Argila - IlitaTipos de Argila - Ilita Ilita ou “mica hidratada” Grande área ocupada Aspecto semelhante “cabelos” Argila “fica inchada” 8104 OHSiOAl 4201741 OHOAlSiAlK Tipos de Argila - CloritaTipos de Argila - Clorita CLORITA 1620812,, OHOSiAlFeAlMg Tipos de Argila - CaulinitaTipos de Argila - Caulinita Empilhamento regular de camadas 8104 OHSiOAl Argila - FolhelhoArgila - Folhelho Na prática no estudo da petrofísica será incorporado como “folhelho”, o siltito, argilito, etc... Neasham, 1977 propôs a classificação para argila: Argila Dispersa Argila Laminada Argila Estrutural Argila DispersaArgila Dispersa A argila ocupa somente o espaço poroso e= ss-Vshd ss ou PHIMAX é o máximo da porosidade de um arenito Argila Laminada ou Sequência LaminadaArgila Laminada ou Sequência Laminada A argila (folhelho) ocupa tanto o espaço poroso quando o espaço dos grãos formando assim uma sequência laminada. e= ss-VshL ss Essa laminação é a densidade dependerá do limite de resolução vertical 10 Argila EstruturalArgila Estrutural Grãos e Folhelho ocupa o espaço poroso e= ss Thomas-Steiber PlotThomas-Steiber Plot Baker Atlas
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