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6. PERFIL SÔNICO
6.1 - Generalidades
Os parâmetros previamente considerados (resistividade e potencial espontâneo), têm origem nas características elétricas das rochas. Existem, todavia, outras características físicas tais como magnetismo, condutividade térmica, radioatividade etc., que podem ser igualmente úteis na quantificação do conteúdo fluido das rochas. A determinação do tempo gasto pelo som para percorrer um determinado espaço de formação, é uma delas. A velocidade do som varia segundo o meio em que suas ondas se propagam. Ela é mais rápida nos sólidos que nos líquidos e gases. Velocidade de propagação maior significa tempo menor. Assim, o tempo gasto pelo som para percorrer uma mesma distância fixa nos sólidos é bem menor que nos líquidos e nos gases. Ao se considerar duas rochas semelhantes, a que contiver mais fluidos dentro de seus poros (maior porosidade) mostrará um tempo de trânsito maior do que uma com menos fluidos (menor porosidade). Conseqüentemente, o perfil sônico mostra uma relação direta entre o tempo de propagação do som e a porosidade das rochas.
6.2 - Princípio da Medição do Tempo de Trânsito
A ferramenta do sônico usa um transmissor de freqüência constante, ultra-sônica baixa, e dois receptores. Um impulso sonoro emitido pelo transmissor propaga-se nas camadas até ativar dois receptores posicionados em distâncias fixas e predeterminadas. O equipamento mede a diferença do tempo gasto pelo som (tempo de trânsito) entre os dois receptores, i.é., o inverso da velocidade de propagação entre os mesmos. O princípio ferramental, em si, é simples. A figura abaixo, mostra a trajetória do impulso sonoro que sai do transmissor T, percorre a-b-c até atingir o receptor R 1 e a-b-a-d-e até atingir o receptor R 2. Os tempos calculados, representam o diferencial de tempo (∆t) final percorrido na distância R 1 -R 2 ou no trecho “d”.
VLama
c VFm
b VLama
a TR 1 = + +
T a
VLama
e VFm
d VFm
b VLama
a 2
TR = + + +
c caso : a = c = e , então, R 1
R 2 e ∆T = TR 2 – TR 1 = VFm
d
b
d (=1pé)
LAMA FORMAÇÃO
Figura 6.1 – Esquema da aquisição do tempo de trânsito de uma ferramenta com 1T e 2Rs.
Esta ferramenta, desde que centralizada (a=c=e), dentro de um poço preenchido por uma lama de velocidade Vlama , circundado por uma formação de velocidade VFm registrará, de acordo com o princípio de Fermat, o menor tempo gasto pela onda para percorrer a distância fixa entre os dois receptores, dividido pela velocidade da formação. A unidade usada para o tempo de trânsito é o μs/pé (ou μs/m). A velocidade é expressa em pés/s (ou m/s). Para minimizar os efeitos de desmoronamentos e/ou rugosidades que possam afetar a centralização (a=c=e), as ferramentas são constituídas de 2 Transmissores, um superior e
outro inferior, e 4 Receptores, que operam alternadamente na obtenção de 4 tempos e, por conseguinte, 2 ∆ts, cuja média aritmética é o valor registrado. Os transmissores e os receptores consistem de transdutores feitos de cristais, cerâmica ou bobinas magnéticas. Eles têm a função de produzir uma deformação mecânica em resposta a um sinal elétrico (caso seja um transmissor), ou produzir um sinal elétrico quando ele se deforma (caso seja um receptor). Um sinal acústico pode ser caracterizado por quatro parâmetros principais:
- Tempo de chegada, pelo qual se pode determinar a velocidade de propagação do meio; 2. Amplitude, que apresenta um decréscimo exponencial à medida que se afasta do transmissor;
- Atenuação, que é a medida do decréscimo da amplitude com a distância do transmissor, e,
- Freqüência (ou sua recíproca, período), que fornece o número de oscilações por unidade de tempo. O perfil sônico registra o parâmetro 1, enquanto que o CBL (perfil usado pela Engenharia de Perfuração/Produção para a determinação da pega do cimento ao revestimento e rocha), o parâmetro 2.
Receptor Superior
Figura 6.2 – Osciloscópio mostrando as chegadas das ondas compressionais, mais rápidas que as cisalhantes e por último as ondas diretas da lama. O trem de onda contém todos os dados possíveis de serem analisados, os quais, muito embora sem uso prático para o cálculo daФs, são de grande valia para a definição das constantes elásticas e escolha de brocas para a perfuração.
Receptor Inferior
6.3 - O Perfil Sônico como determinante da Porosidade
Antigamente o Sônico era utilizado como uma ferramenta auxiliar da Sísmica. Wyllie (1949), estudando a correlação que existe entre o tempo de trânsito e a porosidade, demonstrou que ele poderia ser usado para a determinação da porosidade intergranular das rochas sedimentares. Atualmente, em função dos cálculos mais realistas das porosidades fornecidas pelos perfis radiativos (densidade e neutrônicos), o sônico está retomando as suas origens na indústria do petróleo, como suporte à sísmica. Segundo Wyllie, o tempo de trânsito (∆t) nada mais é do que um valor médio, ponderado volumetricamente entre os tempos dos elementos envolvidos na trajetória do impulso sonoro, isto é :
Convém lembrar que as rochas endógenas (calcários e dolomitos) não apresentam este tipo de problema (ausência de compactação), as quais, por serem produtos de precipitações químicas e/ou crescimento orgânico, são naturalmente compactadas.
A
F
Figura 6.4 – Definição do parâmetro ∆tsh para uso na equação 6.3.
Os arenitos A e B devem ser corrigidos pela falta de compactação vez que estão entre folhelhos (F) com ∆tsh da ordem de 140 μs/pé, isto é :
Φscorrigido = Φs x 100/
F
B
F
6.5 - Efeito da Porosidade Secundária sobre o Perfil Sônico
O Sônico registra sempre o menor tempo de trânsito ou o primeiro evento chegado ao receptor, independentemente da trajetória percorrida pela onda, entre o transmissor e o receptor. O som na matriz das rochas tem maior velocidade que nos fluidos, de modo que o Sônico tende a registrar somente a porosidade Interligada ou intergranular, “by passando” os espaços vazios isolados, tipo cavidades ou vesículas. Assim, não é aconselhável usar a equação de Wyllie para litologias que apresentem tais tipos de porosidade, porquanto as ΦS serão por demais pessimistas.
6.6 - Efeito da Matriz da Rocha sobre o Perfil Sônico
Considerar o modelo abaixo, de rocha compactada com 50% de cada litologia e Ф=10%.
A Lei das Misturas dará o tempo da matriz : 55 , 5 μs/pé Φ=10%
200 μs/pé 47 , 6 μs/pé
∆tm = 0,5 (55,5) + 0,5 (47,6) = 51,55 μs/pé
bem como o valor que a ferramenta registrará :
∆t = 0,9 (51,55) + 0,1 (200) = 66,395 μs/pé
Figura 6.5 - Modelo geológico para uma mistura pura de carbonato e sílica.
Ao se usar os 66,395μs/pé na equação de Wyllie (6.2 - ΦSW), três situações poderão ser encontradas :
9 Caso se considere a camada como um arenito puro :
0,0754 7,54 % 200 55,
SW − = =
9 Caso se considere a camada como calcário puro :
0,1036 10,36 % 200 47,
SW = =
9 Caso se tenha conhecimentos precisos acerca da litologia da camada (testemunhos, formação, ambiente, etc), os erros acima serão evitados, uma vez que se usará o ∆tm real da rocha, i.é., 51,55μs/pé :
0,1000 10,00 % 200 51,
SW = =
A primeira situação foi pessimista, a segunda otimista e a terceira a realista.
6.7 - Efeito da Argilosidade (VSH) das camadas sobre o Perfil Sônico
A presença de argila nas camadas permoporosas aumenta a quantidade de água intersticial (comparadas àquelas limpas ou sem argila), atenua a velocidade do som e aumenta o ∆t registrado. Para se estudar este tipo de efeito, adota-se o modelo abaixo.
(1-Φ-VSH) VSH Φ
∆tm ∆tsh ∆f
Figura 6.6 – Modelo geológico para uma camada areno-argilosa.
Fazendo-se um balanço dos tempos e materiais, segundo Wyllie, obtém-se :
∆t=∆tm. ( 1 − φ −VSH) +VSH.∆tsh+ φ.∆tf
∆tf ∆tm
∆tsh ∆tm VSH ∆tf ∆tm
∆t ∆tm
Denominando-se os termos (∆t-∆tm)/(∆tf-∆tm) de porosidade sônica (ΦSw) e (∆tsh- ∆tm)/(∆tf-∆tm) de porosidade aparente dos folhelhos adjacentes (ΦSSH), tem-se:
Φsc = Φsw - VSH. ΦSSH (6.5)
onde, Φsw é a porosidade sônica calculada, segundo Wyllie, como se a rocha fosse limpa (sem argilosidade) e VSH é a argilosidade calculada pelos Raios Gama etc. Observar que na dedução da equação acima, o ∆tm usado é o mesmo, tanto para a areia como para o folhelho, considerando-se portanto, como ambos tendo o mesmo ∆tm. Assim, o conceito de ΦSSH é o de uma porosidade “aparente” média, calculada (ainda segundo Wyllie), a partir dos folhelhos adjacentes (sobre e sotopostos), admitindo-se que eles tenham o mesmo ∆tm da camada analisada.
6.8 - Efeito da Presença de Hidrocarboneto sobre o Perfil Sônico
O tempo de trânsito na água é da ordem de 189 ou 200μs/pé (salgada ou doce, respectivamente), o do óleo (menos denso) é de 236μs/pé e do gás (menos denso ainda) é da ordem de 600μs/pé. Pelo visto, camadas portadoras de hidrocarbonetos têm um ligeiro
respectivamente), sem que isto tenha implicado em aumentos de porosidade, mas sim na influência do tipo do fluido interporoso. Na prática, caso se deseje calcular a Φs, em cada um dos arenitos acima, pelo fato de se desconhecer, ainda no estágio exploratório de uma área, qual o porcentual de hidrocarboneto e água dentro deles, convenciona-se calcular Φsw como se tivesse somente água, conscientes de que estaremos cometendo um erro, mas que é a primeira aproximação que se faz da porosidade. Assim procedendo, é comum ouvir-se dizer que em zonas com hidrocarbonetos a porosidade sônica "aumenta ". A porosidade "in situ" de uma rocha é imutável. O intérprete conscientemente erra em seus cálculos, admitindo em uma primeira etapa, que o fluido seja água, para mais adiante, com dados e perfis mais realistas, corrigir este erro. Eventualmente, o erro pode decorrer por total desconhecimento ou falta de dados da área.
6.9 - Problemas Operacionais e Imprecisões das Leituras de ∆t
Apesar do cuidado que se possa ter em relação aos itens anteriormente discutidos, ainda assim, os ∆ts apresentam problemas outros, principalmente, em poços bastante desmoronados ou rugosos, ou quando a ferramenta encontra-se em situações tal que suas inclinações provocam uma assimetria admitida para o trajeto da onda sonora. Para minimizar tais possibilidades, a segunda geração de ferramentas sônicas foi denominada de BHC (Bore Hole Compensated) e dispõe de um sistema simétrico de 2 transmissores (um superior e outro inferior) e 2 ou 4 receptores, em posições fixas e intermediárias. Obtém-se com elas 4 medidas de ∆ts e registra-se a sua média. Entretanto, apesar de se utilizar sistemas simétricos, esta ferramenta ainda tende a apresentar algum problema nos casos de grandes desmoronamentos ou rugosidades da parede do poço. O perfil cáliper (calibre do poço) é peça fundamental na interpretação do sônico. Outro problema que prejudica bastante a qualidade das leituras deste perfil é o aparecimento de saltos de ciclo ("cycle skipping"). Eles se caracterizam pelo não acionamento de um dos detectores devido à ocorrência de zonas de gás, altíssimas porosidades, fraturas horizontais preenchidas por fluidos etc, onde as ondas percorrem meio atenuante, diminuindo amplitudes, tornando-as incapazes de impressionar os detectores.
6.10 - Integração do Tempo de Transito (TTI)
O perfil sônico realizar a integração dos tempos de trânsito (∆t) com a profundidade. A cada 1.000μs (i.é., 1ms) o equipamento registra um pequeno traço ou sinal gráfico qualquer à margem de uma das faixas da malha API. A cada 10.000μs (ou 10ms) é registrado um traço de maior tamanho, para uma rápida visualização na contagem dos tempos. Deve ser observado que em uma seção de litologia uniforme, quanto maior for o valor do ∆t, menor será o espaçamento entre picos consecutivos. A recíproca é verdadeira, ou seja, quanto menor o ∆t maior será o espaçamento entre traços. Desta maneira, em se tendo a distância entre traços (espaço = e) e o tempo gasto pela onda sonora para percorrer um determinado trecho de formação (∆t), torna- se fácil calcular a Velocidade lntervalar (VI) no intervalo considerado, utilizando-se : VI = e/∆t. O resultado deste cálculo será diretamente proporcional à qualidade das curvas registradas e, por conseqüência, da integração realizada. Para isto torna-se necessário um controle da qualidade mais apurado da integração (calibração do TTI), que é feito da seguinte maneira: escolhe-se um trecho de ∆t relativamente constante na seção perfilada e conta-se, defronte a ele, o traços de TTI registrado em ms. Ao mesmo tempo lê-se o ∆t no intervalo correspondente a intervalo escolhido do TTI. Em seguida calculam-se duas Velocidades Intervalares, compatibilizando-se as unidades :
TTIlidoentrerespectivospicos (segundos)
distânciaentrepicosconsecutivos (metros) 1
VI = (6.6)
∆tlidoentreospicosusadosemVI 1 (segundos)
distânciapadrãoentreReceptoresvizinhos 1 pé (metros) VI 2
VI 1 deve ser aproximadamente igual a VI 2 (erro máximo admitido = 10%).
Estes valores (TTIs e VIs) são utilizados pela sísmica na verificação dos topos das formações em suas seções sísmicas, nas calibrações de suas interpretações e, pelos exploracionistas em geral, para a interrupção ou continuação da perfuração de um poço em perfuração. É conveniente lembrar que o uso de freqüências diferentes entre os métodos sísmicos de poço e de superfície, resulta em algumas diferenças interpretativas entre ambos. Enquanto no Sônico a freqüência é de 20 KHz, na sísmica é da ordem de 50 Hz. Deste modo, a resolução vertical do sônico é muito maior (melhor definição de camadas finas) que a da sísmica, que identifica pacotes de rocha. Por outro lado a profundidade de investigação do sônico compensado é bastante superficial, da ordem de 3 λ.
VELOCIDADES (m/s) λ SÔNICO (m) λ SÍSMICA (m) 7.620 0,38 152, 1.905 0,10 38, 1.524 0,08 30, 608 0,03 12,
6.11 - Equação de Raymer, Hunt & Gardner (Trans. Symposium SPWLA, paper P, 1980)
Estes autores, baseados na correlação entre tempos de trânsitos e porosidades medidas, em um sem número de testemunhos, definiram uma equação diferente da de Wyllie, para calcular a Φs em arenitos consolidados e não consolidados, sem a correção pela falta de compactação ou uso do ∆tf, entre os valores de zero e 37% de porosidade, abrangência maior da realidade das rochas reservatórios. Abaixo as equações definidas em ambas as metodologias:
Wyllie : ∆t = ( 1 −φ ) .∆tm + φ.∆tf (6.1)
Raymer et al. :
( ) ∆tm ∆t f
∆t
1 φ φ
Observar que para os dois casos, quando Ф = 0, ∆t = ∆tm e quando Ф = 1, ∆t = ∆tf.
Raymer et al, estabeleceram, também, a seguinte equação prática, usando ∆tm = 58 (arenitos), 49 (calcários) e 44μs/pé (dolomitos):
∆t
∆t ∆tm SR c.
onde, ФSR é a porosidade calculada pela equação (6.9) e “c” é uma constante empírica que varia de acordo com a área, etc. Recomendam um “c” da ordem de 0,625. De acordo com as equações (6.1 e 6.8), conclui-se que Wyllie considera ∆t como sendo um sistema rocha-fluido em série, resolvido pela média ponderada volumetricamente entre os tempos dos diversos materiais componentes da rocha (fluidos e matriz). Raymer et al., admitem um sistema em paralelo, resolvido pela média harmônica do sistema.
