Uma Introdução a Perfilagem de Poços de Petróleo

Uma Introdução a Perfilagem de Poços de Petróleo

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Química de Fluidos de Perfuração para poços de petróleo IQ - UFRJ

Alberto André R.. Drumond

• Introdução3
• Testemunhagem5
• Perfilagem eletrica6
• Métodos de prospecção15
• Outros métodos de prospecção16
• Conclusão17

- Índice • Bibliografia Consultada ............................................................ 19

I – Introdução

Chamamos perfilagem ao levantamento completo de perfis referentes ao poço para a produção de petróleo. O perfil de um poço é a imagem visual, em relação à profundidade, de uma ou mais características ou propriedades das rochas perfuradas. Ele é obtido a partir de ferramentas que são descidas no poço, onde os valores são captados e em seguida são armazenados em arquivos digitais. Apesar de existirem vários processos físicos de medição (perfis), os dados fornecidos pelos equipamentos eletrônicos de medida são chamados genericamente de perfis elétricos.Através da perfilagem podemos mapear o poço com gráficos ou figuras que nos mostram as áreas de interesse a serem trabalhadas, no entanto, é bom deixar claro que ela não se mostra auto-suficiente, pois necessita de técnicas auxiliares que se complementam para cumprir essa meta. Como exemplo de uma técnica auxiliar temos a amostra de calha que é utilizada juntamente com os perfis elétricos para ajudar na identificação das litofaces. Essa amostra contém os resíduos das formações rochosas, durante a perfuração, que permanecem na broca quando ela é levantada do interior do poço para a superfície.

A grande maioria das ferramentas existente para a visualização e reconhecimento de litofaces é comerciais, sendo vendidos exclusivamente como parte de pacotes de software mais completos, porém extremamente caros. Podemos citar alguns exemplos:

1. Horizon Software - Inclui um grupo de programas probabilísticos que podem determinar propriedades quantitativas ou propriedades qualitativas (litofaces ou fluidos a serem produzidos) ao longo de um poço

2. Rockcell - É uma ferramenta de classificação que utiliza perfis e disponibiliza visualização para classificar e estimar litofaces. Além de permitir a análise das litofaces.

3. GS Software - É um sistema geológico completo para PC’s cujas características primárias incluem correlação interativa de poços, compreensão de análise petrofísica, integração de dados mudlog, sísmica sintética etc.

Existem vários tipos de perfis utilizados para as mais diversas aplicações, todos com o objetivo de avaliar melhor as formações geológicas quanto à ocorrência de uma jazida comercia de hidrocarbonetos.

Podemos citar alguns dos principais tipos de perfis elétricos existentes:

• Raios Gama (GR) - Detecta a radioatividade total da formação geológica. Utilizado para a identificação da litologia, a identificação de minerais radioativos e para o cálculo do volume de argilas ou argilosidade;

• Neutrônico (NPHI) - São utilizados para estimativas de porosidade, litologia e detecção de hidrocarbonetos leves ou gás;

• Indução (ILD) - Fornece leitura aproximada da resistividade da rocha contendo hidrocarbonetos, através da medição de campos elétricos e magnéticos induzidos nas rochas;

• Sônico (DT) - Mede a diferença nos tempos de trânsito de uma onda mecânica através das rochas

É utilizado para estimativas de porosidade, correlação poço a poço, estimativas do grau de compactação das rochas ou estimativas das constantes elásticas, detecção de fraturas e apoio à sísmica para a elaboração do sismograma sintético;

• Densidade (RHOB) - Além da densidade das camadas, permite o cálculo da porosidade e a identificação das zonas de gás.

• Caliper - fornece o diâmetro do poço. É aplicado no cálculo do volume de cimento para tampões ou cimentação do revestimento, apoio a operações de teste de formação, controle de qualidade de perfis e indicações das condições do poço em um determinado intervalo.

• Potencial Espontâneo (SP): é o registro da diferença de potencial entre um eletrodo móvel descido dentro do poço e outro fixo na superfície. Este perfil permite determinar as camadas permoporosas, calcular a argilosidade das rochas, determinar a resistividade da água da formação e auxiliar na correlação de informações com poços vizinhos.

Para um melhor aproveitamento dos perfis elétricos obtidos, é necessário que eles sejam utilizados em conjunto. Por exemplo, se for constatado que em determinada profundidade o perfil GR indique alta argilosidade e o ILD alta resistividade, mas se o perfil RHOB indicar alta densidade e o perfil DT alta velocidade, então, pode-se concluir que essa formação seria um reservatório de baixa produtividade caso fosse portadora de hidrocarbonetos. Por outro lado, se ocorrer que o perfil GR indique baixa argilosidade, o ILD alta resistividade, o perfil RHOB baixa densidade e o DT baixa velocidade, tem-se uma maior probabilidade de uma reserva comercial de hidrocarbonetos nessa formação. Outros fatores, porém, são levados em consideração para análise de um reservatório, como por exemplo a amostra de calha e os dados obtidos durante a prospecção da área.

O perfil Caliper é um perfil auxiliar que consta do registro das variações para mais (desabamento) ou para menos (reboco ou estrangulamento) do diâmetro nominal da broca usada para perfurar o poço. Pode apresentar dois ou mais braços, articulados, geralmente acoplados a bobinas, o movimento constante destes braços abrindo e fechando, geram respostas elétricas nestas bobinas que são relacionadas à geometria da parede do poço, podendo desta forma ainda calcular seu volume.

A modelagem de perfis elétrica através de camadas com variações continuas em sua condutividade, chamadas de eletricamente heterogêneas, e uma técnica que permite uma melhor aproximação da conjuntura elétrica no subsolo, na medida em que não existem camadas estritamente homogêneas na natureza e, portanto, vem se impor como um avanço em relação a tecnologia atualmente utilizada de modelagem de perfis através de camadas eletricamente constantes.

A interpretação de perfis é feita a partir de parâmetros fornecidos pelo operador do perfil. As empresas ( Schlumberger, Halliburton, etc...) que fornecem as ferramentas, fornecem também os parâmetros para interpretação. Ha cursos oferecidos por essas empresas para aprimorar a interpretação quantitativa dos perfis através de seus funcionários, já que a qualitativa vem expressa no próprio gráfico do perfil. No entanto não é fácil distinguir água doce de óleo em perfis de forma isolada, somente com a junção de dois ou mais perfis isso é possível, pois se torna possível à comparação entre perfis.

Hoje existem equipamentos e softwares mais avançados para o traçado de perfis tal como o PSGT que identifica Carbono e Oxigênio presentes na composição das rochas , o que facilitam a identificação da presença de hidrocarbonetos e um melhor conhecimento das características das diferentes camadas rochosas perfuradas,neste caso a distinção entre água e óleo se torna muito mais fácil.

manter a pressão estática do poço. Ou, em alguns casos, apenas o próprio fluído da formação

Os chamados trabalhos de poço revestido são realizados depois que o poço, como o próprio nome já diz, recebeu um revestimento metálico, para evitar que a formação geológica ceda e feche o poço. Em sua maioria, estes trabalhos tem o objetivo de fazer manutenções no poço afim de reavaliar e/ou melhorar sua produção. Neste caso, não há lama de perfuração, apenas o fluído de perfuração para (petróleo cru).

As medições tomadas nestes trabalhos fornecem, entre outros, dados sobre a qualidade da cimentação por trás do revestimento, ou novamente, dados sobre a interface entre os fluídos existentes na formação atravessada pelo poço. Os diâmetros das ferramentas variam bastante, pois as mesmas podem ser introduzidas no poço por dentro da coluna de produção (diâmetros menores) ou por dentro do revestimento, após a retirada da coluna (diâmetros maiores).

é de 60cm

Este segmento é também responsável pelo canhoneio dos poços. Ou seja, a detonação de explosivos em profundidades especificadas para gerar um caminho através do revestimento para que o fluído a ser produzido possa sair da formação e chegar ao interior do poço. As cargas explosivas utilizadas em canhoneios podem gerar diferentes tipos de perfurações. Com maior ou menor penetração, com uma densidade maior ou menor de furos por pé, etc. Os diâmetros dos canhões também variam muito, chegando a até 7 polegadas (17,78 cm), dependendo do diâmetro do revestimento que se deseja perfurar. Estas cargas têm uma geometria e uma composição de explosivos (RDX, HMX, entre outros) específicas, de modo que, quando detonadas, geram uma onda de pressão direcional, perpendicular ao eixo do poço, e que perfura a formação deixando o mínimo de detritos nesta. A ordem de grandeza média desta onda de pressão é de 4.0.0 (quatro milhões) de psi, e a penetração média na formação

Figura 1 - I – Testemunhagem

subsoloEstas amostras são chamadas de testemunhos .

Durante a perfuração dos poços, vários dados são coletados para aumentar o conhecimento do subsolo. Amostras das rochas cortadas, chamada amostra de calha, e amostras de rocha tal como estão no

A testemunhagem é uma operação especial feita no poço durante a perfuração, e consiste na obtenção do testemunho, que por sua vez, é uma amostra real da formação com alterações mínimas nas suas propriedades naturais. O testemunho é levado a laboratórios e testes são efetuados para obterem informações à respeito da litologia, textura, porosidade, permeabilidade, saturação de óleo e água etc.

A testemunhagem é importante porque ela comprova a litoface identificada pela perfilagem.

Os dados da perfilagem unidos com os dados da testemunhagem formam exemplos a serem aprendidos pela Rede Neural Artificial ( RNA ) . Com isso, a RNA, depois da aprendizagem, poderá nos responder que litoface está associada, à determinada profundidade, a uma t-upla de perfis apresentados. Por causa do custo operacional e temporal relativamente alto, a testemunhagem só é realizada em alguns poços estratégicos. Os testemunhos são amostras preservadas, portanto bastante representativos da formação. Eles são retirados a profundidades pré-determinadas, gerando informações pontuais do poço.

São conhecidos três tipos:

• Testemunhagem com barrilete convencional: consiste na descida de uma broca vazada, e dois barriletes, um externo, que gira com a coluna, e outro interno, onde o testemunho se aloja. No final de cada corte é necessário que a coluna venha à superfície através de uma manobra;

• Testemunhagem a cabo: o barrilete interno pode ser levantado até a superfície sem a necessidade de se retirar toda a coluna;

• Testemunhagem lateral: é utilizado para se testemunhar alguma formação já perfurada. Consiste em cilindros ocos, presos por cabos de aço e a um canhão e são arremessados contra a parede da formação para retirar amostras da rocha.

A obtenção de um testemunho e um processo dispendioso e demorado, pois implica em recolher a coluna com a broca de perfuração para troca-la por uma ferramenta de amostragem e, apos recolher o testemunho, fazer a troca inversa. Num poço terrestre de 1400 m de profundidade, este processo de testemunhagem leva dias ou semanas, a depender dos tipos de formações rochosas existentes, a um custo de cerca de 100 mil dólares por dia de operação da perfuradora. Por este motivo, as empresas tem restringido as testemunhagens aos trechos de rochas reservatórios, o que e insuficiente para alguns estudos, entre eles o da determinação do fluxo térmico, que exige o conhecimento da condutividade térmica de todas as rochas de um perfil da área.

Por outro lado, todo poço de prospecção de hidrocarboneto construído e perfilado e, na maioria das vezes, os perfis geofísicos obtidos são os únicos registros petrofisicos desses poços, principalmente quando eles não são testemunhados. Geralmente, a descida de uma ferramenta transporta vários equipamentos e realiza vários tipos de perfilagem. Com a facilidade de arquivamento permanente, esses perfis funcionam como registros eficientes e duradouros de um poço, podendo ser reinterpretados a luz de novos conhecimentos geofísicos e geológicos, inexistentes na época de sua realização, fazendo parte de extensos bancos de dados de grande importância. Diversas propriedades físicas são medidas durante a perfilagem de poços, algumas delas intimamente correlacionadas com a condutividade térmica. Dentre essas propriedades, estão a resistividade elétrica, a velocidade compressional e a densidade, o que torna possível derivar empiricamente a condutividade térmica da correlação com estas e outras propriedades físicas. A diferença entre a testemunhagem e a perfilagem é que na testemunhagem as informações não são obtidas em tempo real,as rochas são analisadas em laboratório e os dados são pontuais, porem muitas informações importantes somente podem ser obtidas tendo-se como base os dados fornecidos por ambas as técnicas ( testemunhagem e perfilagem ), como por exemplo a identificação precisa da composição litoquimica das formações em função da profundidade.

I – A Perfilagem elétrica

Os métodos elétricos fazem uso de uma grande variedade de técnicas, cada uma baseada nas diferentes propriedades elétricas e características dos materiais que compõem a crosta terrestre.

Após a perfuração de cada trecho ou fase de um poço, instrumentos especiais - chamados ferramentas de perfilagem , são descidos no poço para determinar as características das rochas atravessadas (densidade, resistividade, porosidade etc) e dos fluidos que elas contêm, bem como as pressões e temperaturas envolvidas. Parte da perfilagem pode também ser efetuada durante a perfuração do poço.

A perfilagem elétrica e sempre realizada nos poços e através dela, obtem-se a condutividade elétrica dos diversos tipos de rochas existente no perfil. Para o caso de rochas sedimentares, a condutividade elétrica e a condutividade térmica são dependentes da porosidade. A porosidade total (ΦT) e a razao entre o volume de vazios (V) e o volume total (VT) da rocha expressam em porcentagem. Pode-se dizer que a porosidade e uma das propriedades das rochas de maior relevância, pois mede sua capacidade de armazenar fluidos.

Nas rochas, destacam-se dois tipos ou grupos de porosidades:

1. A porosidade primaria, que e aquela que a rocha herda do processo de sedimentação e que evolui durante sua compactação; como exemplo tem-se a porosidade intergranular dos arenitos.

2. A porosidade secundaria, resultante de algum processo físico-químico que a rocha sofre subseqüentemente a sua formação. Exemplificando, tem-se: as fraturas nos arenitos, calcários, folhelhos e embasamento assim como as cavidades causadas pelo ataque químico em calcários e, em menor proporção, em arenitos.

Temos também a porosidade efetiva (ΦE) que vem a ser a razão entre o volume de vazios interconectados e o volume total da rocha. Então, pode-se concluir que uma rocha reservatório

(ambiente em que o hidrocarboneto ou a água ficam armazenados) deve ter a habilidade de permitir que os fluidos fluam através de seus poros interconectados. Esta propriedade da rocha reservatório e denominada de permeabilidade, a qual expressa a capacidade de um fluido passar através de uma rocha.

A porosidade pode ser obtida da Lei de Darcy, que prevê que a velocidade do fluido , que circula com uma vazão Q, através de um espaço poroso de seção Ac, e proporcional a permeabilidade do material, ao gradiente de pressão através do meio e ao inverso da viscosidade do fluido.

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