BRPI0900383A2 - método para determinação de altura de fratura após operações de fraturamento hidráulico - Google Patents

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Santos Jose Altamiro Carrilho Mota Dos
Cunha Renato Andrade Da
Ida Eiko Motoki Pereira
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Petroleo Brasileiro Sa
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MéTODO PARA DETERMINAçãO DE ALTURA DE FRATURA APóS OPERAçõES DE FRATURAMENTO HIDRáULICO. A presente invenção se refere a um método para determinação da altura de uma fratura provocada por operações de fraturamento hidráulico em formações rochosas de reservatórios de uma forma mais rápida; sem complicações operacionais; não limitada ao tempo em relação a medições de estudo, não nocivas e de baixo custo, cujo objetivo é alcançado por meio da obtenção do perfil radioativo da formação por intermédio de detectores de raios gama, da radioatividade captada de uma areia com radioatividade natural adicionada ao fluido carreador, durante uma operação de fraturamento.

Description

MÉTODO PARA DETERMINAÇÃO DE ALTURA DE FRATURA APÓSOPERAÇÕES DE FRATURAMENTO HIDRÁULICO
CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção encontra-se no campo dos métodos parafraturamento hidráulico. Mais particularmente para avaliação dascondições da área fraturada após uma operação de fraturamento.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
Várias técnicas de fraturamento são projetadas e empregadas nosetor petroleiro visando um resultado final comum de melhorar o fluxo defluido no poço produtor e aumentar taxas de produção e melhorar arecuperação de reservas que estejam finalizando.
Uma fratura hidráulica é criada injetando líquido no reservatório,como polímeros misturados com água, em um intervalo considerado alvo,com uma taxa de injeção com pressão suficiente para fazer com que arocha do reservatório dentro do intervalo vertical selecionado frature emum plano que passa através do furo de poço.
Um procedimento a seguir é a introdução de um material junto como líquido de fratura que serve tanto para impedir o fechamento destafratura após a conclusão do tratamento, como para aperfeiçoar acondutibilidade da fratura.
O tratamento hidráulico da fratura é um processo capital. Noentanto, a forma e dimensões da fratura produzida são determinantes emrelação à região do reservatório a ser atingida, aos custos envolvidos aoencarar um sucesso ou fracasso no fraturamento e as conseqüênciasrelativas a uma produção de óleo ou de água devido a um fraturamentobem ou mal sucedido.
Uma das maiores incertezas em termos de fraturamento hidráulicorelaciona-se com a determinação da altura de uma fratura produzida.
Ao longo do tempo, a preocupação em determinar a altura de umafratura produzida por fraturamento hidráulico, levou a técnica adesenvolver algumas soluções em termos de determinação da altura dafratura.
Estas soluções, em geral, esbarram em uma desvantagem principal,como por exemplo, um custo alto de implementação e, secundariamente,algumas dificuldades na aplicação.
As soluções mais empregadas na técnica atual são:
• Perfil de Temperatura - nesta solução, o principal obstáculo éo tempo. Existe um tempo considerado ótimo para execuçãodo método. Passado este tempo, a determinação da altura dafratura fica bem prejudicada;
• Perfis Sônicos - nesta solução, o principal obstáculo é ocusto. Outro fator de importância é o tempo de processamentodo método que é muito grande. Por fim, não é conseguidauma determinação da altura da fratura na locação do poço emcurto tempo;
• Elementos radioativos - nesta solução, o principal obstáculo éo tempo de meia-vida do elemento radioativo empregado.Dependendo deste tempo, o custo pode se elevar até níveisconsiderados inviáveis. Um outro fator é que a aplicaçãorequer uma certeza em termos de data sob pena de perda dopoder radioativo. A detecção da radioatividade, normalmentefeita por detectores de raio gama, pode ser prejudicada ouimpossibilitada se não for feita em tempo hábil. Por fim, e nãomenos importante, a manipulação de material nocivo à vida ealtamente contaminante.
• Microsismicidade indutiva - nesta solução, os principais emais imediatos obstáculos são o custo e o tempo deprocessamento do método. No entanto, como é feito uso deequipamentos conhecidos; como geofones, os quais sãoespalhados nas proximidades do poço que será fraturado, nãoraro é o fato de ser necessária uma parada total da produçãonaquele poço em especial, onde estão ou serão instalados osgeofones para, então, ser realizado o método de avaliação daaltura da fratura.
"Tiltmeter" - nesta solução, o obstáculo principal reside nocusto e no tempo muito grande do processamento do método.
Embora não seja muito comum, o "tiltmeter" também éconhecido pelo termo inclinômetro. Durante o relatório o termoutilizado para o aparelho será o termo em inglês "tiltmeter". O
"Tiltmeter" é um instrumento designado a medir variaçõesmuito pequenas em nível horizontal, tanto em termos de soloquanto em estruturas. Os "tiltmeters" são utilizados, além daavaliação da orientação e do volume de fraturas hidráulicas,na monitoração de vulcões, condições de represas durante oenchimento destas e os pequeninos movimentos que podemalertar para um potencial movimento do solo. Ainda édesejável o desenvolvimento de um método de avaliação daaltura de uma fratura produzida durante uma operação defraturamento hidráulico rápido que apresente precisão emrelação a poços verticais, seja seguro, e que apresente umbaixíssimo custo.
TÉCNICA RELACIONADA
A técnica relacionada pode ser acompanhada nos documentos aseguir citados como referência:
O documento US 4,832,121 (The Trustees of Columbia University inthe City of New York) apresenta um método para monitoração em temporeal do crescimento de um fraturamento hidráulico transversal a um poçoprodutor na região de um reservatório. O crescimento da fratura éobservado por meio da medição da temperatura do fluido do poço emintervalos de tempo selecionado durante o tempo de duração do métodode fraturamento.
As medições de temperatura são feitas pela utilização de umapluralidade de sensores de temperatura verticalmente espaçados entre siem uma extensão que cobre todo o intervalo de profundidade da fratura; acurva perfil temperatura "versus" profundidade do intervalo da fratura égerada em tempo real na superfície. A monitoração da temperatura nazona da fenda após o procedimento de fraturamento permite orecolhimento de informações que são úteis na estimativa do volume dafenda e no planejamento da produção.
O documento US 6,826,486 B1 (Schlumberger TechnologyCorporation), apresenta um método e um aparelho para estimar aporosidade e as pressões de fraturamento em uma formação. O métodoestima os valores dos parâmetros da formação como uma função daprofundidade. Inclui a geração de uma previsão inicial de um perfilcontendo os parâmetros de formação e as incertezas associadasutilizando informações disponíveis em relação à formação. A seguir,procede a uma captação de informações relacionadas aos parâmetros daformação durante a etapa de perfuração e, finalmente, faz uma atualizaçãodos valores dos parâmetros considerados incertezas.
O documento US 4,178,506 (Dresser Industries) apresenta ummétodo para detecção de fraturas em formações vizinhas a um furo depoço no qual é feita uma passagem inicial pelo furo de poço de umsistema de detectores de raio gama de forma a obter um conjunto devalores de radiação básico. Um fluido contendo sais de potássio, urânio outório é injetado no poço contra o intervalo no qual se pretende fazer adetecção. Ao aumentar a pressão na cabeça de poço, uma parte do fluidoinjetado se move pelo interior da fratura ou outras zonas altamentepermeáveis. A seguir o sistema de detecção de raios gama é novamentepassado uma ou mais vezes pelo interior do poço para obtenção de umconjunto de valores que são comparados com os valores básicos obtidos.A fratura é detectada e obtida sua localização pela comparação entre osvalores observados entre a passagem básica e a segunda passagem, naqual valores de radiação altíssimos são observados em uma determinadaregião.
O documento US 5,930,730 (Amoco Corporation) apresenta ummétodo e um artigo para exploração e processamento de sinais sísmicos,onde o método compreende as etapas de aquisição de dados 3Dsísmicos e dividir esses dados como uma disposição de célulastridimensionais relativamente pequenas; fazer a determinação em cadapilha de um binômio similaridade/semelhança, a profundidade e o azimuteda profundidade sísmica em cada célula sob a forma de um mapabidimensional. Sob um aspecto da invenção, o binômio similaridade/seme-lhança é uma função de tempo, do número de traços sísmicos e doazimute aparente de profundidade em uma célula.
O binômio similaridade/semelhança de uma célula é determinadopor meio de uma pluralidade de medidas de similaridade/semelhança dostraços dentro da célula e escolhendo dentre eles o de maior medida.Adicionalmente, a profundidade e o azimute aparente da profundidade,correspondem à medida maior em termos de semelhança/aparência nacélula; julgados pelas estimativas da profundidade verdadeira e corrigircom isto o azimute de profundidade dos traços.
Por fim, um mapa de cores caracterizado pela saturação de matiz epela luminosidade é utilizado para descrever o verdadeiro azimute deprofundidade; em termos de semelhança/similaridade para corrigir oazimute de profundidade verdadeiro de cada célula; o qual é traçado emtermos de escala de matiz, a profundidade verdadeira é traçada em umaescala de saturação de matiz e a maior medida em termos desemelhança/similaridade é traçada na escala de luminosidade nas coresdo mapa.
O documento US 7,028,772 (Pinnacle Technologies Inc.) apresentaum método de tratamento de poço por meio de um sistema de aparelhos"tiltmeter" que compreende uma ou mais montagens de "tiltmeters" osquais são localizados dentro de um poço com tratamento ativo. O métodofornece dados provenientes dos "tiltmeters" e podem ser usados paramapear o crescimento de fraturas provocadas por operações defraturamento hidráulico ou outros processos subterrâneos nos quais dadossão coletados ao longo do tempo. O sistema apresenta capacidade deisolar os dados da interferência de ruídos intrínsecos associados a umambiente de tratamento de poço. O sistema também fornece umamodelagem geomecânica para os processos de tratamento do poço.
Os documentos US 5,322,126, US 5,413,179 e US 5,441,110 (TheEnergex Company) apresentam um sistema de traçador para monitorar emtempo real a propagação de uma fratura em uma formação de rochaatravessada por um poço, durante um processo de fraturamentohidráulico.
O sistema permite a medida contínua da movimentação detraçadores emissores de raios gama no líquido de fraturamento, quando olíquido for bombeado para o interior da formação. O líquido defraturamento com os traçadores passa através do revestimento de poçoperfurado e na fratura induzida da formação, com emissão de radiaçãogama característica.
Os múltiplos detectores de um cintilômetro de sódio-iodeto,alinhados em uma ferramenta no interior do poço acima e abaixo da fontede nêutrons; são calibrados para detectar os espectros de energia,característicos emissores dos isótopos do traçador radioativo ativados nointerior da formação fraturada, através da rocha da formação e dorevestimento e da tubulação de produção.
Os detectores transmitem, dados a um sistema micro controlado nasuperfície, por um cabo de registro ou por telemetria, permitindo umaexposição gráfica da propagação da fratura na região, enquanto otratamento da fratura está em curso.
O sistema permite que um operador controle a propagação dafratura em resposta às condições momentâneas, prevenindo a ocorrênciade uma fratura "fora da zona", o que pode arruinar o poço. O sistema ajudaos operadores a maximizar a produção ao impedir o desperdícioeconômico.
Seria desejável um método de determinação da altura de umafratura provocada por operações de fraturamento hidráulico em formaçõesrochosas de reservatórios de uma forma mais rápida, sem complicaçõesoperacionais; não limitada ao tempo em relação a medições de estudo,não nocivas nem à vida nem ao meio ambiente e de baixo custo.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
É objetivo da presente invenção, um método voltado a umadeterminação da altura de uma fratura provocada por operações defraturamento hidráulico em formações rochosas de reservatórios de umaforma mais rápida, sem complicações operacionais; não limitada ao tempoem relação a medições de estudo, não nocivas nem à vida nem ao meioambiente e de baixo custo.
O objetivo da presente invenção é alcançado por meio da obtençãode um perfil de radiação natural da formação. A seguir procede-se àobtenção do perfil radioativo da formação, por meio de detectores de raiosgama, os quais captam a radiação de uma areia com radioatividadenatural adicionada ao fluido carreador durante uma operação defraturamento, da mesma forma que é adicionado um agente desustentação.
O tamanho do contraste entre os perfis obtidos antes e após aadição de areia ao fluido carreador é o mesmo corresponde ao tamanhoda fratura provocada.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
As características do método para determinação de altura de fraturaapós operações de fraturamento hidráulico, objeto da presente invenção,serão mais bem compreendidas a partir da descrição detalhada que sefará a seguir, a mero título de exemplo, associada aos desenhos abaixoreferenciados, os quais são parte integrante do presente relatório.
A Figura 1 é uma representação de um exemplo de perfil deradiação gama em um poço exemplo original sem ter sido fraturado.
A Figura 2 é uma representação de um exemplo de perfil deradiação gama no poço exemplo após ter sido fraturado e com areiaradioativa, segundo o método da presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
A descrição detalhada do método para determinação de altura defratura após operações de fraturamento hidráulico será feita de acordocom a identificação dos componentes que o formam, com base nas figurasanteriormente descritas.
Trata a presente invenção de um método voltado a umadeterminação da altura de uma fratura provocada por operações defraturamento hidráulico em formações rochosas de reservatórios
O método da presente invenção, basicamente, compreende osseguintes passos a serem cumpridos:
fazer uma passagem de uma ferramenta de perfilagem (nãomostrada) contendo detectores de radiação gama pelo interior eao longo do comprimento (C) de um poço (P) vertical de forma aobter um perfil radioativo natural (PRN) da formação, que podeser acompanhado com o auxílio da Figura 1;iniciar o fraturamento e adicionar ao fluido carreador, durante estaoperação, areia monazítica da mesma forma que é adicionado umagente de sustentação;
fazer uma nova passagem da ferramenta de perfilagem contendodetectores de radiação gama pelo interior do mesmo poço (P)vertical de forma a detectar um perfil de radioatividade (PRA)devido à presença da areia monazítica no interior da fratura (F);comparar o perfil radioativo natural (PRN) da formação e o perfilde radioatividade (PRA) devido a presença da areia monazíticapara determinar um perfil de contraste (PC)1 onde a extensãodeste perfil de contraste (PC) é a altura da fratura produzida (AF),que pode ser acompanhado com o auxílio da Figura 2.
Uma ferramenta de perfilagem é uma ferramenta que carrega umdetector do tipo "Cintilômetro" cuja detecção de raios gama se baseia nofato destes raios gama apresentarem a propriedade de produzir finascentelhas de luz ao atingirem certos tipos de cristais. Estas centelhas sãoentão convertidas em pulsos elétricos.
A ferramenta de perfilagem raios gama desce pelo poço, conectadaa um cabo elétrico e registra a radioatividade das várias formações poronde passa.
A altura dos pulsos elétricos depende da quantidade de energiaabsorvida. Estes pulsos são registrados na superfície
O perfil produzido pela ferramenta de perfilagem, em princípio, sepropõe a medir a radioatividade natural da formação.
Quase toda a radiação gama encontrada na natureza é emitida porisótopos de potássio de peso atômico 40 e elementos radioativos da sériedo urânio e tório.
Normalmente, os folhelhos exibem alto teor de potássio 40 e, porisso, este perfil produzido é bom para identificar folhelhos dentro de umaformação.
Areia é um material de origem mineral finamente dividido emgrânulos, composta basicamente de dióxido de silício, com 0,063 mm a2 mm.
Forma-se à superfície da Terra pela fragmentação das rochas porerosão, por ação do vento ou da água.
Areia monazítica é um tipo de areia que possui adicionalmente umaconcentração natural de minerais pesados, podendo ocorrer ao longo dolitoral e em determinados trechos de rios.
A areia monazítica contém uma abundante quantidade de monazita,minério constituído por fosfatos de metais do grupo do cério, e de tório,principalmente o isótopo 232. Possui também significativa quantidade deurânio, que juntamente com o tório é responsável pela sua radioatividade.
A coloração normalmente escura é devida a presença dos metaispesados e o termo "monazita" provém do grego monazein, que quer dizer"estar solitário", o que indica sua raridade.
A quantidade de areia monazítica em praias é bastante variável,indo desde a sua ausência a um percentual de 60% ou mais.
Tais areias são muito conhecidas por seus fins terapêuticos, sendoutilizadas no tratamento de artrites e inflamações, uma vez que espalhadasobre a pele produz uma radiação que estimula os tecidos, favorecendo ofluxo sangüíneo na região afetada.
Como vantagem adicional, a areia monazítica apresentaradioatividade prolongada ao longo do tempo, ao inverso dos traçadorescomumente utilizados na técnica de perfilagem de poços, que apresentamum tempo de meia-vida muito pequeno.
A radioatividade prolongada da areia monazítica permite que apassagem da ferramenta de perfilagem para detecção de radiação possaser repetida sem qualquer limitação de tempo para monitoração dascondições da fratura.
Foram realizados testes em laboratório para avaliar a eficácia doemprego de areia monazítica como um instrumento traçador natural.
Durante estes testes, as amostras foram submetidas à análise deradioatividade natural em um equipamento Coregama.
O teste coregama, conhecido pela técnica, começa pela obtençãode uma amostra, normalmente cilíndrica de uma formação geológica("core"), neste caso rocha do reservatório, tomada durante ou após aabertura de um furo de poço.
Os cilindros de amostra podem ser cilindros maciços, isto é, sãoquase tão grandes em diâmetro quanto à broca, tomados em uma alturada zona de perfuração; ou cilindros de amostra tomados na região lateraldo furo de poço ("sidewair), geralmente menos de 2,5 cm em diâmetro,recolhido depois que o furo do poço foi perfurado. Após a obtenção de umcilindro de amostra, este é levado a um laboratório para ser submetida àanálise por meio de raios gama. O registro em laboratório é feito durante omovimento de passagem deste cilindro de amostra por um detector deraios gama.
O registro pode ser total, expresso em unidades API, ou pode sercomo uma resposta espectral em concentrações em peso de tório, deurânio ou de potássio.
A finalidade é correlacionar a profundidade de cada seção docilindro de amostra com a profundidade de um registro.
Em um primeiro teste em laboratório de geologia, foram recebidassete amostras de areia monazítica bruta, recolhidas de praias da costabrasileira, em especial na região do litoral do estado do Espírito Santo coma finalidade de determinar sua radioatividade natural.
As amostras coletadas não continham qualquer identificação sendonumeradas de 1 até 7 para a realização das leituras. Junto a estasamostras, foram recebidas duas amostras de bauxita nas especificações"sinter-lite" 10-20 mesh e "sinter-ball" 20 - 40 mesh.
Também foram recebidas amostras de folhelho e de arenito com afinalidade de comparação de resultados. Para uma maior confiabilidade ecoerência de resultados, os volumes das amostras de monazita e debauxita foram padronizados em recipientes iguais.
As amostras foram pesadas e submetidas à leitura no Coregama.Foram efetuadas cinco leituras de radioatividade em cada amostra,subtraindo-se as leituras de radiação ambiente da média de resultadosobtidos.
Os dados referentes à primeira análise efetuada no equipamentoCoregama das amostras numeradas de 1 a 7 de monazita encontram-serepresentados na tabela 1 a seguir:
<table>table see original document page 13</column></row><table>
Na tabela 2, é representada uma comparação de radioatividadeentre amostras de areia monazítica, bauxita, arenito e argilito.
TABELA 2
<table>table see original document page 13</column></row><table>- B (SL) - bauxita sinter-lite de 10-20 mesh
- B (SB) - bauxita sinter-ball de 20 - 40 mesh
- ARN - arenito com óleo - profundidade: 680,33 m
- AGT - argilito síltico castanho avermelhado - profundidade: 683,68
Como foi possível observar, a areia monazítica apresentou umresultado mínimo de 50,5 unidades API; um máximo de 369,3 unidadesAPI; média aritmética das sete amostras igual a 263,97 unidades API. Emrelação à bauxita sínter, o resultado foi praticamente o mesmo, em tornode 11 unidades API. O arenito com óleo apresentou 7,3 unidades API e oargilito vermelho 7,7 unidades API.
Diante dos parâmetros obtidos a areia monazítica, em função de suaelevada radioatividade natural apresenta total viabilidade para serempregada de acordo com a presente invenção como um traçador dematerial injetado, indicando os espaços abertos pelo fraturamento darocha.
Embora, a presente invenção tenha sido descrita em sua forma derealização preferida, o conceito principal que norteia a presente invenção,que é um método para determinação de altura de fratura após operaçõesde fraturamento hidráulico, se mantém preservado quanto ao seu caráterinovador, onde aqueles usualmente versados na técnica poderãovislumbrar e praticar variações, modificações, alterações, adaptações eequivalentes, cabíveis e compatíveis ao meio de trabalho em questão,sem, contudo se afastar da abrangência do espírito e escopo da presenteinvenção, que estão representados pelas reivindicações que se seguem.

Claims (2)

1. - MÉTODO PARA DETERMINAÇÃO DE ALTURA DE FRATURA APÓSOPERAÇÕES DE FRATURAMENTO HIDRÁULICO, caracterizado porcompreender os seguintes passos a serem cumpridos:- fazer uma passagem de uma ferramenta de perfilagem contendodetectores de radiação gama pelo interior e ao longo docomprimento (C) de um poço (P) vertical de forma a obter umperfil radioativo natural (PRN) da formação;iniciar o fraturamento e adicionar ao fluido carreador, durante estaoperação, areia monazítica da mesma forma que é adicionado umagente de sustentação;fazer uma nova passagem da ferramenta de perfilagem contendodetectores de radiação gama pelo interior do mesmo poço (P)vertical de forma a detectar um perfil de radioatividade (PRA)devido à presença da areia monazítica no interior da fratura;- comparar o perfil radioativo natural (PRN) da formação e o perfilde radioatividade (PRA) devido a presença da areia monazíticapara determinar um perfil de contraste (PC), onde a extensãodeste perfil de contraste (PC) é a altura da fratura produzida (AF).
2. - MÉTODO PARA DETERMINAÇÃO DE ALTURA DE FRATURA APÓSOPERAÇÕES DE FRATURAMENTO HIDRÁULICO, de acordo com areivindicação 1, caracterizado por a radioatividade prolongada da areiamonazítica; permitir que a passagem da ferramenta de perfilagem paradetecção de radiação possa ser repetida sem qualquer limitação detempo para monitoração das condições da fratura.
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Free format text: CONDICOES CONTRATUAIS: 1) ROYALTIES: 12% SOBRE O PRECO DE VENDA, EXCLUINDO OS IMPOSTOS INCIDENTES NA EMISSAO DA NOTA FISCAL (IPI, ISS E ICMS), TAXA DE ACESSO E TAXA MINIMA ANUAL; 2) PRAZO: 5 ANOS, PODENDO SER PRORROGAVEL POR IGUAL PERIODO, ATE O FIM DA VIGENCIA DO ATIVO INTELECTUAL; 3) CONDICOES DE PAGAMENTO: TRIMESTRAL, A PARTIR DOS DADOS OBTIDOS NAS NOTAS FISCAIS SOLICITADAS; 4) DISPONIBILIDADE DE KNOW-HOW: NAO; 5) ASSISTENCIA TECNICA: NAO. - - OBS: CONSULTA A CARTA PATENTE PODERA SER FEITA ATRAVES DO ENDERECO ELETRONICO WWW.INPI.GOV.BR = NO ACESSO RAPIDO = BUSCA WEB = PATENTE. PARA ACESSAR, CADASTRE-SE NO PORTAL DO INPI E USE LOGIN E SENHA.

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