BRPI0617718A2 - fluido para perfilagem de poços por perfilagem ultra-sÈnica com cimentação - Google Patents
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Abstract
<B>FLUIDO PARA PERFILAGEM DE POçOS POR PERFILAGEM ULTRA-SÈNICA COM CIMENTAçãO<D>Um fluido de perfilagem de poços, e métodos para o uso do mesmo, incluindo um fluido base selecionado dentre água, lama aquosa ou lama oleosa, e um material aditivo selecionado dentre sílica ou cortiça, ou similares. O fluido tem uma impedância substancialmente diferente daquela do fluido base. Uma impedância de tal forma modificada ajuda a melhorar a precisão da medida.
Description
FLUIDO PARA PERFILAGEM DE POÇOS POR PERFILAGEM ULTRA-SÔNICA
COM CIMENTAÇÃO
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
Campo da Invenção
A invenção se refere, de forma geral, à perfilagemacústica (sônica ou ultra-sônica).
Fundamentos da Técnica
Em um processo típico de perfuração de poços depetróleo ou gás, uma seqüência de camisas, tipicamentefeitas de aço, é baixada no furo do poço após o tubo deperfuração ser removido. Um fluido de perfuração ouperfilagem, tal como uma lama de base aquosa (LBA) ou umalama de base oleosa (LBO) , é usado no furo do poço paracompensar a pressão de formação. Um material de enchimento(tipicamente cimento) é, então, bombeado para dentro doanel entre a camisa e a parede do poço, substituindo a lamae formando uma bainha (ou uma cimentação, como é comumentechamada), servindo às funções de isolamento das camadas deformação e proteção da camisa.
A avaliação da cimentação é importante para determinarse a cimentação está funcionando apropriadamente, impedindoque líquidos (tais como água, óleo ou lama) migrem de umcamada de formação para outra. Uma tal avaliação é feitatipicamente durante a perfilagem com cimentação, usando-setransmissores e sensores sônicos ou ultra-sônicos. Durantea perfilagem acústica, pulsos acústicos são emitidos pelostransmissores em uma sonda. Estes pulsos passam através dosfluidos dentro da camisa, e são parcialmente refletidospela interface fluido/aço. Parte dos pulsos se propagamadiante e são refletidos parcialmente na interfaceaço/cimento e na interface cimento/formação. Os sinaisrefletidos são registrados pelos sensores e analisados.
A perfilagem com cimentação usando sensores acústicosdepende da diferença entre as impedâncias da camisa de açoe fluidos comparada com a da camisa e cimento. Em umaaproximação grosseira, a impedância de um material 1 (Z1)pode ser expressa como:
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onde p01 é a densidade estática do material 1, C1 é avelocidade do som na material 1. A amplitude transmitida erefletida das ondas acústicas na interface entre o materialIeo material 2, de impedâncias diferentes, é dada por:
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onde Ai é a amplitude da onda incidente, Ar é a amplitudeda onda refletida, At é a amplitude total da ondatransmitida, Q1 ê o ângulo de propagação no material 1 e Q2é o ângulo de propagação no material 2, medidos a partir deum eixo perpendicular à interface. Quando a impedância deum material é não isotrópica, Z tem a forma de um tensor.Para propósitos ilustrativos, nós não usamos a descrição deZ como tensor. Também há fatores constantes que normalizama Eq.(2), produzindo resultados fracionários que foramomitidos. A forma simples da Eq. (2) é usada por todo orelatório para ilustrar os princípios físicos envolvidos.Sumário da Invenção
Em um aspecto, concepções aqui reveladas se referem aum método para a perfilagem de poços, compreendendo amodificação de uma impedância de um fluido de perfilagem depoços, e a transmissão de sinais acústicos através dofluido de perfilagem de poços em direção a uma camisa.
Em um outro aspecto, concepções aqui reveladas sereferem a um método para a perfilagem de poçoscompreendendo a modificação de uma impedância de um fluidode perfilagem de poços, e a transmissão e recepção desinais acústicos através do fluido de perfilagem de poçosna direção, e a partir, de superfícies refletivas dentro efora do furo do poço, incluindo as formações geológicasexpostas na superfície da parede do furo do poço. Fraturasnas formações, tanto induzidas como naturais, podem tambémapresentar reflexões. Mudanças de composição consideráveis,tais como dobras fortes ou areias e xistos entremeadostambém podem ser ref letivos. A magnitude, a fase e ostempos de trânsito dos sinais acústicos, refletidos portais características, podem revelar o formato e arugosidade do furo, a natureza e amplitude de tensõeshomogêneas e não homogêneas presentes nas formações dentroe em torno do furo do poço.
Em um outro aspecto, concepções aqui reveladas sereferem a um método para usar um fluido de perfilagem depoços, preparar um fluido de perfilagem de poçoscompreendendo as etapas de: obtenção de um material aditivotendo uma impedância substancialmente diferente emcomparação ao material base, na forma de partículas tendotamanhos substancialmente menores do que o comprimento deonde de um sinal acústico, mistura de um fluido base com omaterial aditivo, bombeamento do fluido de perfilagem depoços para dentro de um poço, e transmissão e recepção desinais acústicos através de tal fluido de perfilagem depoços.
Em um outro aspecto, concepções aqui reveladas sereferem a um fluido de perfilagem de poços compreendendo umfluido base e um material aditivo tendo uma impedânciasubstancialmente diferente em comparação ao material base.Breve Sumário dos Desenhos
A Fig. 1 é um diagrama esquemático de uma operação deperfilagem.
A Fig. 2 mostra uma variedade de caminhos ilustrativosatravessados por pulsos acústicos em um poço encamisado.
Deve ser entendido que os desenhos devem ser usadosapenas com o propósito ilustrativo, e nunca como umadefinição das metas e limitações da invenção, ou como umabase para a leitura de limitações não existentes ou nãoexpressas nas reivindicações.Descrição Detalhada
Em um aspecto, concepções reveladas aqui se referem àperfilagem com cimentação, e métodos para manipular aimpedância de um fluido de perfilagem de poços. Comoindicado acima, a perfilagem com cimentação é importante nocontrole de qualidade da cimentação. Tal perfilagem é feitapela transmissão de sinais acústicos através do fluido e dacamisa, e da recepção dos pulsos refletidos pela interfacecamisa/cimento.
Em geral, a sensibilidade da medição da qualidade dacimentação é determinada pela força e extensão temporal(tempo de toque) dos pulsos acústicos refletidos. Fatoresque afetam as medições incluem a reflexão e a transmissãodos pulsos acústicos na interface fluido/camisa. Aamplitude dos pulsos refletidos depende fortemente darelação entre as impedâncias do fluido e da camisa, comomencionado acima.
Tipicamente, aplicações de perfilagem usam aço para oencamisamento e água, lama de base aquosa ou lama de baseoleosa como fluido de perfilagem. Se a impedância da camisaou a impedância do fluido de perfilagem puder ser ajustada,as medições dos pulsos refletidos podem ser otimizadas.Concepções reveladas aqui envolvem métodos para amanipulação da impedância do fluido de perfilagem, e umfluido de perfilagem tendo a impedância substancialmentemodificada.
A Tabela 1 lista os fatores de velocidade do som (C emm/s), densidade (p) e Z para um certo número de materiais.A impedância de materiais compostos pode ser estimada comoa média volumétrica das impedâncias dos componentesindividuais, desde que o tamanho médio das partículas sejasignificativamente menor do que o comprimento de onda dosom. Neste caso, os comprimentos de onda são da ordem decentímetros, ao passo que as partículas nos fluidos deperfuração têm tamanhos da ordem de 1 mícron a 100 micra,satisfazendo este critério. É importante notar que devido anão ser feita a perfuração com elas, pode-se tambémescolher empregar partículas maiores ou menores em umfluido de perfilagem, de forma a se obter as propriedadesacústicas desejadas, tais como a difusão e a defasagem desinais de comprimentos de onda menores.
É aparente, a partir da Tabela 1, que aço e cimentotêm valores de Z bem diferentes. Usando a Eq. (2), apercentagem da amplitude incidente que é transmitida (comobjetivos ilustrativos assumindo-se uma incidência de 90°,sec (Θ) 1) é proporcional à razão Zaço/ZCimento»
aproximadamente 46926/9860, ou cerca de 4,8. Esta razão ésignificativamente diferente de Zaço/Zagua = 31.3. Estadiferença nas razões de Z determina as bases da perfilagemcom cimentação, ou seja, a medição da potência refletidapelo lado posterior da camisa é um forma sensível dedeterminar se a interface é aço/cimento ou aço/fluido, emoutras palavras, se o cimento completamente substituiu ofluido.
Tabela 1
<table>table see original document page 7</column></row><table>1,50 1562 30 6,3 1,75 1594 29 6, 2 2 , 00 1627 29 6,1 2, 25 1659 28 5,9LBO, com uma razão de 0, 844 1181 40 8,480:20 de óleo para 1, 00 1214 39 8,1salmoura emulsificada na 1,25 1269 37 7,8fase líquida, e suspensão 1, 50 1323 35 7,5de barita 1,75 1377 34 7,2 2, 00 1431 33 6,9
Os pulsos das ondas acústicas devem ser transmitidosatravés do fluido de perfuração para dentro da camisa, eemanar da camisa para o receptor. Esta interfacecamisa/fluido também reflete o som. Se a reflexão forforte, ela retorna um segundo pulso para a face posteriorda interface da camisa, permitindo uma segunda medição depotência refletida. Esta seqüência de ecos pode se estenderpor diversos ciclos. A potência recebida pelos sensoresdepende, criticamente, do valor de Zaço/ZfiUido·
Com referência a Fig. 1, que mostra um diagramaesquemãtico de uma operação de perfilagem, em um processode perfuração de um poço de gás ou petróleo, onde umaseqüência de camisas 1, tipicamente feita de aço, é baixadapara dentro do furo do poço, após o tubo de perfuração serremovido. Fluido de perfuração 2, que foi bombeado paradentro de furo do poço durante a perfuração, permanece nofuro do poço para compensar a pressão de formação. Ummaterial de enchimento 3 (tipicamente cimento) é, então,bombeado para dentro do anel entre a camisa e a parede dopoço 4. O cimento substitui a lama e forma uma bainha (ouuma cimentação, como é comumente chamada) servindo asfunções de isolamento das camadas de formação na parede dopoço 4 e proteção da camisa 1. A avaliação da qualidade dacimentação é, tipicamente, feita durante a perfilagem comcimentação, onde um sistema de processamento de dados 5processa dados enviados através do fio 6, a partir da sonda7. Na sonda 7, um transmissor acústico 8, ou vários taistransmissores, emite pulsos sônicos ou ultra-sônicos. Ospulsos refletidos são coletados por um receptor 14, ouvários tais receptores, e enviados para o sistema deprocessamento de dados 5, para serem analisados.
Com referência à Fig. 2, pulsos sônicos ou ultra-sônicos emitidos pelo transmissor 8, da Fig. 1, sãotransmitidos através do fluido 2. 0 fluido 2, nasconcepções, tem uma impedância modificada. Um pulsoparcialmente transmitido 10 na camisa 1 é refletido nafronteira aço/cimento e torna-se o pulso refletido 11. 0pulso refletido 11 pode ser adicionalmente refletido nafronteira aço/fluido e torna-se o pulso refletido 12, oupode ser parcialmente transmitido através da fronteiraaço/fluido e torna-se o pulso 13, que é recebido por umreceptor, ou vários tais receptores.
Nesta concepção, a impedância do fluido dentro dacamisa (Zfiuido) é modificada de forma a fornecer melhoresmedições da cimentação 3. A engenharia de Zfiuido pode serconseguida através do uso de aditivos tendo impedânciassubstancialmente diferentes daquela do fluido base.
Alternativamente, o fluido pode ser pré-formulado para teruma impedância selecionada.Através da redução de ZfiUido, uma reflexão mais fortedo sinal 12 pode ser obtida, de forma a poder ser refletidomuitas vezes dentro da camisa 1, assim aumentando o tempode toque mensurável. Isto vai melhorar a precisão damedição da potência refletida pelo lado posterior.
Por outro lado, o aumento de Zfiuido permite que umamaior parte do sinal refletido 11 escape e se torne o sinaltransmitido 13, sem que seja adicionalmente refletido, indoe voltando dentro da camisa 1, desta forma diminuindo otempo de toque e, por sua vez, aumentando a taxa na qualnovos pulsos poderiam ser aplicados.
A presente invenção fornece um método para a reduçãode Zfiuido/ ou para o aumento de Zfiuido, dependendo dosrequerimentos de aumento da potência refletida ou doencurtamento do tempo de toque, para se obter resultados demedição melhorados.
Conforme mostrado na Tabela 1, vários materiais podemproduzir mudanças substanciais em ZfiUido· Cortiça e sílica(quartzo) são dois exemplos de substâncias prontamentedisponíveis, não tóxicas, que podem ser adicionadas à água,ou lama oleosa (LBO), para mudar sua impedância. Cortiça equartzo permitem que sejam preparados fluidos que tenham adensidade requerida para assegurar pressão hidrostática, eque ainda tenham impedâncias substancialmente diferentesdos materiais atualmente usados em fluidos, duranteatividades de perfilagem. Indivíduos tendo competênciatécnica mediana reconhecerão que existem vários materiaisque podem ser usados para modificar a impedância de umfluido.No seguinte Exemplo 1, mostra-se que a adição desílica ao fluido de base aquosa (BA) reduz o valor de de31,3 para uma faixa de 5-13. Isto corresponde a umamodificação de cerca de 60%-90%. Esta redução na razão émostrada com finalidades apenas ilustrativas, e um técnicode competência normal entenderia que a quantidade de sílicana BA pode ser ajustada para se obter uma mudança diferenteZaço/ZBA· Concepções da presente invenção envolvem mudanças"substanciais" nestas razões. Na forma usada aqui,substancial se refere a uma mudança na razão maior do quecerca de 10%, ou de uma magnitude tal que afete aimpedância de forma a melhorar a performance da perfilagem.Uma tal mudança pode ser conseguida através da adição depelo menos 20% de sílica, em peso, à LA.
Exemplo 1
<table>table see original document page 11</column></row><table>
Uma tal pastilha pode ser feita por um agente desuspensão, tal como goma xantana, em água em concentraçõestão altas que efetivamente mantenham a areia suspensa portoda a duração das medições. Por exemplo, um barril de águacom viscosidade modificada por 1,13 kg/bbl de goma xantanada marca FLO-VIS, poderia ser usado para suspender areia dediâmetro de 10 micra, por 24 horas a 20°C.
No seguinte Exemplo 2, mostra-se que a adição desílica à lama de base oleosa (LBO) reduz a razão de Zaç0/ZLBode 33-40 até uma faixa de 4-19. Isto corresponde a umamudança de 40%-90%. Esta faixa é para propósitosilustrativos apenas, e um técnico de competência medianapode ajustar a quantidade de sílica na LBO para obter umamudança diferente na Zaço/Z^o· Concepções da presenteinvenção envolvem mudanças "substanciais" nestas razões. Naforma usada aqui, substancial se refere a uma mudança narazão maior do que cerca de 10%, ou de uma magnitude talque afete a impedância de forma a melhorar a performance daperfilagem. Uma tal mudança pode ser conseguida através daadição de pelo menos 10% de sílica, em peso, à LBO.
Exemplo 2
<table>table see original document page 12</column></row><table>
No seguinte Exemplo 3, mostra-se que a adição decortiça a lama de base aquosa (LBA) aumenta a razão deZaço/ZLBA de 28-31 até uma faixa de 29-61. Isto corresponde aum aumento de até 100%. Esta faixa é para propósitosilustrativos apenas, e um técnico de competência medianapode ajustar a quantidade de sílica na LBA para obter umamudança diferente na Zaço/^LBA. Concepções da presenteinvenção envolvem mudanças "substanciais" nessas razões. Naforma usada aqui, substancial se refere a uma mudança narazão maior do que cerca de 10%, ou de uma magnitude talque afete a impedância de forma a melhorar a performance da1perfilagem. Uma tal mudança pode ser conseguida através daadição de pelo menos 5% de cortiça, em peso, a LBA.
Exemplo 3
<table>table see original document page 13</column></row><table>
Vantagens da presente invenção incluem, mas não estãolimitadas a: manipulação da impedância do fluido deperfilagem fornece uma nova dimensão de liberdade para aobtenção de medições ótimas. Uma tal manipulação é muitomais fácil do que a mudança da impedância da camisa ou docimento.
Por extensão, pode-se ver que uma tal manipulaçãooferece vantagens a outras aplicações de perfilagemacústica refletiva, tal como a determinação do formato reale rugosidade do furo do poço, dos campos de tensõespróximos e distantes nas formações perfuradas, e a presençade fraturas naturais e induzidas.
Também por extensão, pode-se ver que uma talmanipulação oferece vantagens para a transmissão de energiaacústica através da superfície do furo do poço, de forma aser recebida por receptores externos ao poço, na superfícieou em furos adjacentes.
Enquanto a invenção foi descrita com respeito a umnúmero limitado de concepções, aqueles versados na técnica,tendo o benefício desta descrição, poderão apreciar queoutras concepções podem ser contempladas, sem que se afastedo escopo da invenção, na forma aqui descrita. Da mesmaforma, o escopo da invenção deve ser limitado apenas pelasreivindicações em anexo.
Claims (20)
1. Método para a perfilagem de poços caracterizadopor compreender.·a modificação de uma impedância de um fluido deperfilagem de poços para afetar a propagação e reflexão desinais acústicos usados na perfilagem; ea transmissão de sinais acústicos, através do ditofluido de perfilagem de poços, na direção decaracterísticas refletivas sobre ou atrás da parede do furodo poço.
2. Método para a perfilagem de poços caracterizadopor compreender:a modificação de uma impedância de um fluido deperfilagem do poços com respeito à cimentação; ea transmissão de sinais acústicos, através do ditofluido de perfilagem de poços, na direção da camisa.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a dita modificação daimpedância do fluido de perfilagem de poços é obtidaatravés da mistura de um fluido base com um materialaditivo tendo uma impedância substancialmente diferente,quando comparada com a impedância do dito fluido base.
4. Método, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que o fluido base é pelo menosum selecionado dentre água, lama de base aquosa e lama debase oleosa.
5. Método, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que o material aditivo é pelomenos um selecionado dentre sílica e cortiça.
6. Método, de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato de que o material aditivo está naforma de partículas suspensas no fluido base.
7. Método, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de que as partículas do materialaditivo têm tamanhos na faixa de 1 micron a 100 micra.
8. Método, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que o material aditivo constituiao menos 1%, em peso, do dito fluido de perfilagem depoços.
9. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que sinais acústicos sãotransmitidos por um transmissor acústico, ou váriostransmissores, e recebido por um sensor, ou váriossensores.
10. Método, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que os sinais acústicos sãopulsos com um comprimento de onda na faixa sônica ou ultra-sônica.
11. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que os sinais acústicos sãodirecionados em um ângulo, ou na normal, à interfacefluido/camisa.
12. Método para a utilização de um fluido deperfilagem de poços caracterizado por compreender:a preparação de um fluido para a perfilagem depoços, que inclui:a obtenção de um material aditivo tendo umaimpedância substancialmente diferente em comparação com aimpedância do material base, na forma de partículas tendotamanhos substancialmente menores do que o comprimento deonda de um sinal acústico; ea mistura de um fluido base com o material aditivo;o bombeamento do fluido para perfilagem de poçospara dentro de um poço; ea transmissão e recepção de sinais acústicosatravés do dito fluido de perfilagem de poços.
13. Fluido para perfilagem de poçoscaracterizado por compreender:um fluido base; eum material aditivo tendo impedânciasubstancialmente diferente quando comparada com aimpedância do dito material base.
14. Fluido de perfilagem de poços, de acordo coma reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o fluidobase é pelo menos um selecionado dentre água, lama de baseaquosa e lama de base oleosa.
15. Fluido de perfilagem de poços, de acordo coma reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que omaterial aditivo é pelo menos um selecionado dentre silicae cortiça.
16. Fluido de perfilagem de poços, de acordo coma reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que omaterial aditivo ao fluido base resulta em uma impedânciasubstancialmente modificada do dito fluido de perfilagem depoços.
17. Fluido de perfilagem de poços, de acordo coma reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que omaterial aditivo constitui ao menos 1%, em peso, do ditofluido de perfilagem de poços.
18. Fluido de perfilagem de poços, de acordo coma reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que omaterial aditivo está na forma de partículas suspensas nofluido base.
19. Fluido de perfilagem de poços, de acordo coma reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que otamanho médio das partículas é significativamente menor doque o comprimento de onda de um sinal acústico.
20. Fluido de perfilagem de poços, de acordo coma reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que aspartículas do material aditivo têm tamanhos na faixa de 1micron a 100 micra.
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