PERFILAGEM

AVALIAÇÃO DA CIMENTAÇÃO ATRAVÉS DE PERFIS SÔNICOS E ULTRA-SÔNICOS

INTRODUÇÃO

A verificação da qualidade dos trabalhos de cimentação em poços de petróleo baseia-se principalmente na interpretação de perfis acústicos. Nas últimas décadas, o perfil CBL/VDL tem sido o mais utilizado, a despeito do desenvolvimento de novas ferramentas sônicas e ultra-sônicas como o CBT (Cement Bond Tool), SBT (Segmented Bond TooI), PET (Pulse Eccho Tool), CET (Cement Evaluation Tool) e, mais recentemente, o USI (Ultrassonic Image) e CAST V (cement Acustic Sonic Tool)

A existência de um efetivo isolamento hidráulico é de fundamental importância técnica e econômica, garantindo um perfeito controle da origem e/ou destino dos fluidos produzidos e/ou injetados.  A não observância deste requisito pode gerar diversos problemas como a produção de fluidos indesejáveis, testes de avaliação das formações incorre­tos, prejuízo no controle dos reservatórios e operações de estimulação mal sucedidas, com possibilidade inclusive de perda do poço.

2. PINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

A ferramenta de perfilagem CBL/VDL é composta basicamente por um transmissor e dois receptores.  O transmissor recebe energia elétrica e a converte em energia mecânica, emitindo repetidamente pulsos acústicos de curta duração.

O pulso sonoro emitido produz uma vibração que se propaga pelo revestimento, fluido e formação até chegar aos receptores, onde a energia mecâni­ca é reconvertida em energia elétrica e os sinais enviados à superfície pelo cabo condutor para se­rem devidamente processados.

O princípio de funcionamento do CBL se baseia na medida da atenuação acústica sofrida pelo pulso que se propaga pelo revestimento.  A presença de cimento no anular aderido ao revestimento provoca uma forte redução na amplitude do sinal registrado.

Dois parâmetros basicamente são medidos: a amplitude, que é utilizada para quantificar os resultados da cimentação, e o tempo de trânsito, utilizado como indicador da qualidade do perfil.

A amplitude normalmente se refere ao maior valor registrado durante a abertura de uma janela eletrônica de leitura, posicionada sobre o pico do primeiro sinal que chega ao receptor.  Esta janela pode ser do tipo fixa ou flutuante. Na fixa, o momento da abertura é determinado e fixado pelo operador, em função do valor esperado do tempo de trânsito.  Na flutuante, a abertura da janela é estabelecida em função do tempo de trânsito efetivamente registrado.  Geralmente as curvas obtidas com os dois sistemas são coincidentes. A exceção se faz no caso de anormalidades como saltos de ciclo, posicionamento inadequado da janela fixa devido a mudança no "size" do revestimento e/ou nas pro­priedades do fluido do poço, presença de forma­ções com alta impedância acústica (formação rápi­da), etc.

O tempo de trânsito (TT) é o tempo medido entre a emissão do pulso e a chegada do primeiro sinal com amplitude superior a um nível mínimo de de­tecção, que geralmente se propaga pelo revestimento.  A curva de TT deve ter um aspecto retilíneo, com valor próximo ao registrado em revestimento livre, sendo possível a ocorrência de acréscimos devido a alongamentos e saltos de ciclo em intervalos bem cimentados. Presença de luvas, formação rápida, descentralização da ferra­menta de perfilagem, mudança no "size" do reves­timento e/ou no fluido do poço também causam alteração no TT.

O VDL é o registro completo do sinal acústico que se propaga por diferentes caminhos e chega a um receptor posicionado a 5 pés do transmissor, du­rante a abertura de uma janela eletrônica de leitura de 1000 ms.  Geralmente, o primeiro sinal a chegar é o que se propaga pelo revestimento, seguido do sinal da formação superposto com o sinal do cimento e, finalmente, o sinal do fluido no interior do poço. A identificação no perfil de sinais provenientes da formação é um indicativo da aderência entre cimento, revestimento e formação.

3. APRESENTAÇÃO DO PERFIL CBL/VDL

O perfil CBL/VDL é o registro de três medidas simultâneas, que são o tempo de trânsito, o sinal de amplitude do revestimento e o trem de ondas. O TT é utilizado para assegurar a qualidade e acuracidade do sinal de amplitude. O sinal de amplitude do revestimento é usado para calcular a percentagem de cimento no anular. O registro completo do trem de ondas na forma de assinatura de onda ou densidade variável permite uma avaliação da aderência entre cimento e formação, controle de qualidade e outros fatores que afetam as medidas anteriores. Tradicionalmente é apresentado em três pistas

A primeira pista contém: a curva do tempo de trânsito (TT) , uma curva de correlação a poço aberto (raios gama) e um localizador de luvas do revestimento (Casing Colar Locator - CCL).

A escala usual do tempo de trânsito é de 200 a 400 ms, que atende a quase todos os sizes de revestimento. Entretanto, a escala mais adequada seria com uma janela de 100 ms, pois possibilita verificar pequenas variações no tempo de trânsito..

O perfil de raios gama (GR), que mede a radioatividade natural da formação, pode ser corrido a poço aberto ou revestido, sendo por isso utilizado para colocar o perfil CBL/VDL em profundidade com o perfil base de referência a poço aberto.

O CCL é usado para detectar as luvas do revestimento, ocorrendo uma deflexão na curva, defronte as mesmas. Como o CCL é colocado em profundidade com o perfil base de referência a poço aberto (GR corrido a poço aberto), ele é utilizado como referência de profundidade para as operações futuras no poço.

Os dados de profundidade são registrados entre as pistas 1 e 2.

A segunda pista contém a curva de amplitude, sendo que nas ferramentas compensadas(CBT da Schlumberger e CCAT da HLS) ,além da amplitude é apresentada a curva da taxa de atenuação. A taxa de atenuação é normalmente apresentada na escala 20 a 0 dB/pé. A amplitude é registrada na escala de 0 a 100 mV ou de 0 a 50mV, com curvas amplificadas de 0 a 20 mV e 0 a 10 mV, respectivamente.

A terceira pista contém o registro do trem de ondas, apresentado na forma de assinatura de onda ou de intensidade variável (VDL). A escala horizontal usual é 200 a 1200 ms.

4. INTERPRETAÇÃO DO PERFIL CBL/VDL

Para se fornecer um bom diagnóstico sobre a real condição do isolamento hidráulico através da cimentação é necessária uma visão mais abrangente, que envolve outros aspectos além dos relacionados à qualidade intrínseca do perfil e regras de interpretação. Os fatores que devem influenciar diretamente no rigor a ser adotado nos trabalhos de diagnóstico e interpretação dos perfis são: as características e diferencial de pressão entre os fluidos a serem isolados, tempo, importância do poço no contexto maior do reservatório, operações futuras previstas e a viabilidade técnica e econômica de se promover correções satisfatórias de cimentação.

A premissa básica para avaliar a qualidade da cimentação tomando como base a interpretação de perfis acústicos é que estes devem ser válidos e atender os pré-requisitos mínimos de qualidade listados abaixo:

            O perfil deve mostrar, sempre que possível, uma seção em torno de 50m, corrida em revestimento livre, para aferir a calibração  da ferramenta, é também recomendável registrar o topo do cimento

            No revestimento livre, o Tempo de trânsito deve ter aspecto retilíneo, e acusar valores compatíveis com os valores previstos para o  diâmetro do revestimento em questão.

            No trecho de revestimento livre as luvas devem ser visualizadas nas curvas de amplitude, tempo de trânsito, VDL e CCL.

            Seção repetida sem pressão em torno de 60m, observando a repetibilidade das curvas

            A seção principal deve ser corrida com pressão sempre que possível

            As leituras de amplitude não devem apresentar valores nulos

            O perfil não deve mostrar salto de ciclo para amplitudes maiores que 5mV

            O súmario de calibração deve ser mostrado no perfil.

4.1 Aferição da Calibração da Ferramenta

O registro de um intervalo de revestimento livre é o primeiro passo para a obtenção de perfis acústicos com qualidade, sendo utilizada como referência para interpretação da seção principal.

São checados e ajustados o tempo e abertura da janela de leitura de forma a registrar o primeiro pico de energia que chega ao receptor, a centralização da ferramenta pela análise da curva de TT que deve ter aspecto retilíneo e valor compatível com o fluido e "size" do revestimento e a calibração da amplitude do sinal do CBL em função dos valores estabelecidos pelas Companhias de Serviço.  Se não houver revestimento livre, pré-calibrar a ferramenta na base da companhia para o mesmo fluido a ser utilizado no poço. Os tempos de trânsito e as amplitudes do CBL em revestimentos livres são mostrados na tabela abaixo.

REVESTIMENTO	PESO	TT	AMPLITUDE DO CBL
(OD - pol) 5 ½" 7" 9 "	(lb/ ft) 14 a 17 23 a 38 40 a 53	(ms) 240 a 260 260 a 280 300 a 320	(mV) 71 +/ - 7 61 +/ - 6 52 +/ - 5

4.2 Influência da Pasta de Cimento

Muitos fatores afetam a resposta do perfil CBL/VDL.  Atenção especial deve ser dada aqueles que podem resultar amplitudes altas em intervalos bem cimentados e induzir os intérpretes mais afoitos e apressados a conclusões equivocadas.  Com relação a pasta de cimento, a densidade tem influência significativa .

A utilização de pastas de cimento com baixa densidade resultam em uma sensível redução no nível de atenuação do sinal acústico.  Como conseqüência tem-se no CBL valores de amplitude bem superiores aos obtidos com pastas convencionais de peso 15,8 lb/gal, e no VDL, possibilidade de sinais mais fortes do revestimento e ausência de sinais oriundos da formação.

4.3 Influência do Micro-anular

Deformações no revestimento devido a variações de pressão e temperatura durante o processo de cura do cimento induzem o aparecimento de um  micro-anular na interface revestimento/cimento. O micro-anular, apesar de geralmente não comprometer o isolamento hidráulico, permite a vibração do revestimento, resultando em leituras de amplitudes altas no CBL.

Para se eliminar ou minimizar o efeito do micro-anular o perfil CBL / VDL é geralmente corrido com o revestimento pressurizado. Tradicionalmente, tem-se usado 1000 psi como sendo a pressão na cabeça necessária para o restabelecimento da aderência, admitindo que o  micro-anular  é da ordem de 0,1 mm .

Tanto a presença de micro-anular como de canalizações são caracterizados por altas amplitudes no CBL e fortes sinais do revestimento e da formação no VDL. A maneira de diferenciar uma situação da outra é correndo o perfil com o revestimento pressurizado. Se for micro-anular haverá uma significante redução na amplitude e se for canalização ou mesmo um micro-anular de dimensões maiores isto não acontecerá. Neste caso, provavelmente não haverá isolamento hidráulico.

4.4 Influência da Espessura da Capa de Cimento

Quando a espessura do cimento no anular é muito pequena, reflexões de energia na interface externa do cimento podem interferir com o sinal do revestimento. Estas interferências são observadas principalmente quando se tem revestimentos concêntricos ou revestimentos bem centralizados com anulares estreitos.

Em 1961, Pardue, em seus estudos experimentais conclui que espessuras da capa de cimento maiores ou iguais a ¾” não contribuíam para o aumento da taxa de atenuação acústica do cimento. Posteriormente em 1987 Jutten e Parcevaux,  mostraram em seus estudos experimentais que a espessura da capa de cimento a partir da qual  não há mais  aumento da taxa de atenuação é de 2 ½ ”  polegadas.

Assumindo que as interfaces são planas, a mínima espessura de cimento para que o primeiro pico da onda recebida pelo receptor do CBL seja completamente isenta da interferência de reflexões de energia na superfície externa do cimento e a diferença entre a chegada do sinal do revestimento e da primeira reflexão podem ser obtidas segundo o estudo de Jutten e Parcevaux  pelas expressões:

..................... (1).                                         (2)

Se a espessura do cimento for menor que e_min e existir um  alto contraste de impedância na interface externa do cimento (formação altamente consolidada ou revestimento), sinais de reflexão podem superpor com o primeiro sinal que chega do revestimento e elevar a amplitude registrada o suficiente para induzir interpretações incorretas.

Nestes casos recomenda-se:

·         A posição da janela de leitura deve ser fixada na chegada do primeiro pico positivo com a finalidade de minimizar a influência de reflexões na interface externa do cimento.

·         A abertura da janela eletrônica de leitura deve ser a menor possível para evitar a superposição de E₁ com E₃, normalmente  são recomendadas janelas com abertura entre 35% a 40% do período da onda emitida(normalmente 50 ms, não sendo entretanto recomendadas aberturas inferiores a 19 ms

5. INTERPRETAÇÃO DO PERFIL VDL

O padrão de revestimento livre no perfil VDL é bem caracterizado e fácil de ser identificado.  Geralmen­te se observa alternância de faixas escuras e cla­ras quase paralelas do sinal que se propaga pelo revestimento, ausência de sinais da formação e a presença das luvas do revestimento (efeito "chevron") .

6. FERRAMENTA DE PERFILAGEM ULTRA-SÔNICA CET

Enquanto o CBL, registra um valor médio dos 360 graus de poço a sua volta, o CEL  proporciona uma boa resolução circular apresentando um perfil onde o mapa da cimentação pode ser visualizado, uma vez que oito transdutores ultra-sônicos dispostos helicoidalmente em diferentes azimutes, de modo que cada um seja responsável pela cobertura de 45 graus da circunferência do revestimento.  Um nono transdutor, com distância conhecida de um refletor, é posicionado logo abaixo do centralizador inferior e mede a velocidade acústica do fluido. A principal limitação desta ferramenta é não cobertura de todo o revestimento e a necessidade de um intervalo com revestimento livre para possibilitar a normalização das medidas feitas pela ferramenta.

A quantidade de energia que retorna ao transdutor‚ é função da impedância acústica dos meios envolvidos. Como os valores de Z no fluido e no revestimento são conhecidos ou facilmente determinados, a única incógnita é a impedância acústica do material presente no anular.

O range de freqüência do pulso emitido está entre 300 e 650 KHz. Este range é capaz de excitar ressonância em tubos com espessura de 0,18" a 0,4", que corresponde a maioria dos revestimentos utilizados no campo.

Esta ferramenta está em desuso.

7. FERRAMENTA DE PERFILAGEM ULTRA-SÔNICA USIT

Em relação a ferramenta de CET a USIT apresenta implementações tecnológicas com o objetivo de eliminar as desvantagens da ferramenta de CET, já citadas. Dentre as implementações apresentadas pela USIT podemos citar:

·         Transdutor único, rotativo com distância ao revestimento controlada;

·         Tecnologia digital para o registro e envio de todas as formas de onda para o processamento na superfície;

·         Novo método para o processamento do sinal, menos sensível aos efeitos do poço;

·         Medição direta da impedância acústica

·         Capacidade de operar em ambientes com fluidos mais pesados;

·         Imagens coloridas do mapa da cimentação

Os revestimentos concêntricos e/ou o grande contraste de impedância acústica entre o cimento e a formação podem causar interferência no decaimento normal exponencial da ressonância, dificultando a interpretação do perfil. Nestes casos bandeiras de sinalização são mostradas sinalizando a influência das reflexões.

A impedância acústica das pastas de cimento, sob às condições de temperatura e pressão encontradas no poço, podem ser medidas diretamente utilizando o analisador ultra-sônico de cimento (UCA). O equipamento mede continuamente o tempo de trânsito.  A impedância acústica é calculada pela seguinte fórmula:

 

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TABELA 01 - Impedância Acústica

MATERIAL	PESO ESP.  (lb./gal)	IMPEDÂNCIA (Mrayl)
Cimento puro classe G Cimento G + látex + micro esfera de sílica Cimento G + silicato solúvel Cimento G. + microesfera de sílica + 4% CaC12 Cimento G. + solução de silicato Cimento G+ látex Cimento G + 18% NaCl Fluido de completação Revestimento Arenito Folhelho.	15,8 11,2 12,0 12,0 13,3 15,8 16,1	6,44 3,36 2,88 4,32 3,99 6,35 6,51 1,8 A 1,5 41,6 12,6 a 8,2 12,0 a 4,3

- PERFIL DE TEMPERATURA

A primeira aplicação deste perfil é a localização do topo do cimento. 0 calor gerado pela pega do cimento aumenta a temperatura do revestimento entre 10 e 50°F acima do normal, sendo função do volume de cimento no anular, da condutividade térmica da formação, do tipo de pasta e da profundidade (temperatura da formação). O perfil deve ser corrido num tempo apropriado depois da cimentação, normalmente entre 12 e 24 horas, permitindo que a reação exotérmica gere suficiente calor. Evita-se que este tempo seja demasiadamente longo para evitar a dissipação de calor. A literatura aponta que a máxima variação de temperatura ocorre entre 4 a 12 horas após a mistura dependendo do tipo de pasta utilizada.

Outra aplicação é a detecção do movimento de fluido ou canalizações de gás atrás do revestimento. Como exemplo, a expansão do gás produzido por uma determinada zona gera uma redução da temperatura.