Construção da Área de Calibração da Ferramenta de Indução ... B... · A base de Wireline de...

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Construção da Área de Calibração da Ferramenta de Indução e Estudo de Sua Funcionalidade para Análise de Propriedades Petrofísicas de Formações Geológicas Monografia submetida à Universidade Federal de Santa Catarina como requisito para a aprovação da disciplina: DAS 5511 Projeto de Fim de Curso Priscila Borém Sfredo Florianópolis, Outubro de 2006

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA

CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

Construção da Área de Calibração da Ferramenta de Indução e Estudo de Sua Funcionalidade para

Análise de Propriedades Petrofísicas de Formações Geológicas

Monografia submetida à Universidade Federal de Santa Catarina

como requisito para a aprovação da disciplina:

DAS 5511 Projeto de Fim de Curso

Priscila Borém Sfredo

Florianópolis, Outubro de 2006

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Construção da Área de Calibração da Ferramenta de Indução e Estudo de Sua Funcionalidade para Análise de

Propriedades Petrofísicas de Formações Geológicas

Priscila Borém Sfredo

Esta monografia foi julgada no contexto da disciplina DAS 5511: Projeto de Fim de Curso

e aprovada na sua forma final pelo Curso de Engenharia de Controle e Automação

Banca Examinadora:

Erwan Olliero Orientador Empresa

Agustinho Plucenio Orientador do Curso

Prof. Augusto Humberto Bruciapaglia Responsável pela disciplina

Prof. Eduardo Camponogara, Avaliador

Rafael José Deitos, Debatedor

Diego Ramos Marcos, Debatedor

3

Agradecimentos

Agradeço a todas as pessoas que contribuíram de modo direto ou indireto a realização deste projeto de fim de curso, assim como a todos que colaboraram comigo nesta caminhada durante os anos em que estive cursando o curso de Engenharia de Controle e Automação Industrial.

Agradeço primeiramente a Deus por todas as oportunidades que Ele tem propiciado em minha vida.

Aos meus pais Eloi Jacir Sfredo e Patrícia Pimenta Borém Sfredo que sempre me incentivaram a seguir minhas escolhas, a lutar pelo que acho correto e me ensinaram a ser quem eu sou. Meu muito obrigado! Eles são os alicerces de minha vida que foi construída com muito amor, carinho e compreensão.

Aos meus irmãos, Tiago Borém Sfredo, Sara Borém Sfredo e Júlia Borém Sfredo, que sempre me incentivaram nesta caminhada fornecendo muito apoio e carinho.

Ao meu orientador professor Agustinho Plucenio, pela disponibilidade de tempo e pela orientação durante a realização deste projeto, por estar sempre disponível a discussões.

Ao meu orientador Eng. Erwan Olliero, pela disponibilidade e boa vontade em me ajudar sempre que necessário no desenvolvimento deste trabalho. Ao Eng. Helmut Gmach por me auxiliar durante todo o desenvolvimento deste projeto assim como a todos os funcionários da Schlumberger Wireline, por estarem sempre dispostos a ajudar no que fosse necessário.

Agradeço de modo especial aos professores do Departamento de Automação e Sistemas por todos os ensinamentos passados durante os anos de faculdade e pelos laços de amizade criados.

Agradeço ainda o apoio financeiro da Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP) e da Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP), por meio do Programa de Recursos Humanos da ANP para o Setor do Petróleo e Gás PRH-34 ANP/MCT.

Por fim agradeço o Programa PRH-34 e a equipe do Labmetro pela minha iniciação na indústria do petróleo e por propiciaram grande parte do meu crescimento profissional em um ambiente de grandes amizades.

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Construção da Área de Calibração da Ferramenta de Indução e Estudo de Sua Funcionalidade para Análise de

Propriedades Petrofísicas de Formações Geológicas

Priscila Borém Sfredo

Esta monografia foi julgada no contexto da disciplina DAS 5511: Projeto de Fim de Curso

e aprovada na sua forma final pelo Curso de Engenharia de Controle e Automação

Banca Examinadora:

Erwan Olliero Orientador Empresa

Agustinho Plucenio Orientador do Curso

Prof. Augusto Humberto Bruciapaglia Responsável pela disciplina

Prof. Eduardo Camponogara, Avaliador

Rafael José Deitos, Debatedor

Diego Ramos Marcos, Debatedor

i

Resumo

A grande demanda de petróleo pelo mercado consumidor necessita que a

exploração deste torne-se cada vez mais rápida e eficiente. Para tanto, as empresas

prestadora de serviços para as empresas detentoras de licenças de exploração de

petróleo devem buscar cada vez mais ferramentas acuradas e de alta tecnologia.

O segmento da Schlumberger que é responsável pela aquisição dos dados

dos poços perfurados e seus fluidos é denominado Wireline. Dentre as ferramentas

utilizadas por este segmento ressalta-se neste trabalho a ferramenta de indução

Array Induction Tool (AIT) que é responsável pela análise da resistividade da

formação ao redor do poço. Estes dados de resistividade são utilizados para a

análise de propriedades petrofísicas de formações geológicas.

Para que a ferramenta de indução produza dados condizentes com a

realidade do poço, esta ferramenta deve ser calibrada a cada três meses em uma

área de calibração especialmente construída para este fim. Esta área deve ser livre

de materiais condutivos, tanto na superfície quanto no interior do solo. Para

assegurar que a área é realmente propícia para tal fim, deve-se realizar uma série

de medições que indicarão se o local é apropriado ou não.

A base de Wireline de Macaé (RJ) era desprovida de tal área de calibração,

sendo necessário enviar as ferramentas AIT para outra base com a finalidade de

serem calibradas.

Este relatório apresenta os principais tipos de serviços oferecidos por uma

empresa prestadora de serviços para o setor de petróleo e gás como a

Schlumberger dando ênfase ao segmento de Wireline e dentro deste destacando a

ferramenta de indução, seu procedimento de calibração e a construção da área de

calibração do AIT em Macaé.

ii

Abstract

The demand of oil for the consuming market requires that the oil exploration

becomes faster and efficient. To supply this demand, the oil services companies that

work for the holder licenses of oil exploration companies, should search each time

for more high tech and precise tools.

The Schlumberger’ segment that is responsible for well and its fluids data

acquisition is called Wireline. Among Wireline’s tools, it will be highlighted on this

report the Array Induction Tool (AIT) that is responsible for formation resistivity

analysis. These resistivity data are used to analyze a formation’s petrophysics

properties.

To produce data that match the reality of a well, this tool should be calibrated

each 3 months in a calibration area specially built for this purpose. This area must be

free of conductive materials on surface and underground as well. To assure that the

area is really good for this purpose, it is necessary to make a series of

measurements that will show if it is good or not.

The Wireline headquarter in Macaé (RJ) was not equipped with such

calibration area, and every time it was needed to send the AIT to another location to

be calibrated.

This report presents the main services provided by an oilfield company such

as Schlumberger explaining deeper the Wireline segment and highlighting the Array

Induction Tool, its calibration process and the construction of the AIT calibration

facility in Macaé.

iii

Sumário

Resumo ............................................................................................................. i

Abstract ............................................................................................................ ii

Sumário ........................................................................................................... iii

Capítulo 1: Introdução ......................................................................................1

Capítulo 2: Indústria do Petróleo e História da Schlumberger..........................4

2.1: Origem de Hidrocarbonetos...................................................................4

2.2: Indústria do Petróleo..............................................................................5

2.3: História da Schlumberger.......................................................................5

2.3.1: Schlumberger no Brasil ...................................................................7

2.3.2: Estrutura Organizacional da Schlumberger.....................................8

Capítulo 3: Wireline ........................................................................................16

3.1: Introdução a Wireline...........................................................................16

3.1.1: Histórico ........................................................................................16

3.2: Open Hole............................................................................................18

3.3: Cased Hole ..........................................................................................19

3.4: Equipamentos ......................................................................................20

Capítulo 4: Conceituação de Borehole ...........................................................22

4.1: O processo de invasão ........................................................................23

Capítulo 5: Resistividade e Equação de Archie..............................................26

5.1: Resistividade........................................................................................26

5.2: Equação de Archie...............................................................................26

Capítulo 6: Indução ........................................................................................30

iv

6.1: Fator Geométrico .................................................................................33

6.2: Skin Effect............................................................................................36

6.3: Indutância Mútua .................................................................................37

6.4: Casamento Direto ................................................................................37

6.5: Efeitos da Parede da Formação ..........................................................38

Capítulo 7: Laterolog ......................................................................................39

7.1: Aplicações............................................................................................42

Capítulo 8: Array Induction Tools – AIT..........................................................44

8.1: Resposta da Ferramenta de Indução ..................................................47

8.1.1: Resposta Born...............................................................................47

8.1.2: Ponderação de Pesos entre os Arrays via Software .....................50

8.2: Correção do Borehole ..........................................................................53

8.3: Sistema de Comunicação ....................................................................56

8.3.1: Modulação Bifásica .......................................................................59

8.4: Aplicações das ferramentas de Indução..............................................60

8.4.1: Perfil do AIT em uma Zona de Transição......................................61

Capítulo 9: Calibração ....................................................................................65

9.1: Calibração com os Arcos de Teste ......................................................65

9.2: Offset de Correção (Sonde Error) ........................................................66

9.2.1: Procedimento do cálculo do Offset ...............................................67

9.3: Auto-Calibração (Calibração Secundária)............................................69

9.4: Calibração para Eliminar a Condutividade Aparente da Formação .....69

9.4.1: Calibração Secundária ..................................................................69

9.4.2: Calibração Primária .......................................................................72

Capítulo 10: Área de Calibração ....................................................................75

10.1: Especificações da Área de Calibração ..............................................75

v

10.2: Pesquisa pela Área de Calibração.....................................................77

10.2.1: Primeira Medição ........................................................................79

10.3: Segunda Medição ..............................................................................81

10.4: Terceira Medição ...............................................................................82

10.5: Quarta Medição .................................................................................84

Capítulo 11: Resultados .................................................................................86

11.1: Resultado das medições realizadas para identificação da área ideal87

11.1.1: Primeira Medição ........................................................................87

11.1.2: Segunda Medição .......................................................................88

11.1.3: Terceira Medição.........................................................................89

11.1.4: Quarta Medição...........................................................................90

11.2: Novo setup .........................................................................................92

Capítulo 12: Conclusões e Perspectivas ........................................................95

Bibliografia:.....................................................................................................97

1

Capítulo 1: Introdução

Os avanços tecnológicos dos tempos de hoje propiciam cada vez mais

conforto às pessoas. Os equipamentos, utensílios domésticos, roupas, automóveis,

são provenientes de matérias-primas diversificadas, mas todos eles possuem o

petróleo em comum.

A demanda por barris de petróleo no mundo cresce a cada dia. As empresas

detentoras de jazidas almejam aumentar a produtividade deste produto e para tanto,

necessitam que as empresas prestadoras de serviços – que identificam prováveis

locais contentores de óleo, perfuram poços, exploram, extraem o petróleo do poço –

estejam em constante avanço tecnológico, buscando utilizar cada vez mais

ferramentas modernas e acuradas para que a exploração do petróleo se torne mais

rápida e eficiente.

A empresa Schlumberger Serviços de Petróleo é considerada a melhor

empresa de exploração de petróleo no mundo. Utiliza tecnologia de ponta em todos

os trabalhos prestados, visando sempre satisfazer as necessidades do cliente

buscando fornecer o serviço solicitado em curto espaço de tempo aliado ao grande

profissionalismo para execução e obtenção de resultados com alta qualidade e

acuracidade.

Dentre os segmentos da Schlumberger encontra-se o segmento de Wireline –

no qual foi desenvolvido este trabalho. A Wireline é o segmento responsável por

fazer análise das propriedades dos fluidos no interior das formações e também

analisar a própria formação. Para tanto, possui diversas ferramentas de alta

tecnologia que visam identificar a presença de hidrocarbonetos dentro dos poços de

exploração.

Visando satisfazer as necessidades do cliente e aperfeiçoar cada vez mais

seu trabalho, as ferramentas de Wireline devem ser sempre muito bem calibradas,

para que os dados entregues ao cliente realmente correspondam com a realidade.

No escopo deste trabalho tratar-se-á especificamente sobre a ferramenta de

wireline conhecida como Array Induction Tool – AIT. Esta ferramenta mede a

2

resistividade da formação geológica da região em exploração para que, aliado aos

dados de resistividade da água presente no reservatório e a porosidade do

reservatório possibilitará encontrar a saturação de água do reservatório em estudo,

e conseqüentemente a quantidade de hidrocarbonetos presentes.

A base de Wireline presente em Macaé – Rio de Janeiro, possui seis

ferramentas de indução as quais devem ser calibradas a cada 3 meses. Por se

tratar de uma ferramenta de indução, sua calibração torna-se um tanto quanto

delicada, necessitando-se de uma área de calibração especial pois, esta área não

pode conter nenhum tipo de material condutivo tanto na superfície (onde será

realizada a calibração) quanto no solo e deve-se ainda anular a condutividade do ar

presente, conforme será discutido posteriormente.

Para construir a área de calibração desta ferramenta, foi estipulado certos

procedimentos a serem seguidos para assegurar que a calibração obtenha os

resultados esperados.

Apesar de conter um grande número destas ferramentas, a base de Macaé

não possuía uma área de calibração dos AIT. Estas ferramentas eram enviadas à

base de São Mateus – Espírito Santo toda vez que fosse necessário realizar tal

calibração. Além de dispender tempo sem as ferramentas de indução na base de

Macaé para a realização de trabalhos, gastava-se muito com o transporte destas

ferramentas até o local de calibração. A construção da área de calibração do AIT em

Macaé está descrita neste relatório.

No capítulo 2 é apresentada a indústria do petróleo, história desta indústria

no Brasil juntamente com a história da Schlumberger e seus segmentos de atuação.

No capítulo 3 é discutido mais profundamente o segmento de Wireline, no

qual foi desenvolvido este trabalho.

O capítulo 4 trata da conceituação de Borehole, termo muito utilizado na

indústria de petróleo.

O capítulo 5 explica como o conceito de resistividade pode ser utilizado para

medir as propriedades petrofísicas de formações, assim como fundamenta a

equação de Archie, fundamental para a determinação da saturação de água na

formação.

3

No capítulo 6 é explicado como é o princípio de funcionamento da ferramenta

de indução e a importância do fator geométrico no processo de medição.

No capítulo 7 apresenta-se o conceito de laterolog, técnica utilizada também

para medir a resistividade da formação, mas diferentemente do AIT.

O capítulo 8 trata da ferramenta de indução AIT, onde explica-se seu

funcionamento, suas aplicações e medições, assim como também se conceitua a lei

de Born.

O capítulo 9 explica como é realizada a calibração do AIT e o décimo capítulo

relata como foi determinado o local para a construção da área de calibração do AIT

em Macaé.

4

Capítulo 2: Indústria do Petróleo e História da

Schlumberger

“Estamos vivendo a era do petróleo. Na nossa sociedade moderna

dificilmente encontramos um ambiente, um produto ou algum bem que não contenha

compostos derivados do petróleo ou que não seja produzido direta ou indiretamente

a partir do petróleo. De origem natural, não renovável e de ocorrência limitada, o

petróleo movimenta bilhões de dólares diariamente em uma atividade industrial

gigantesca, empregando milhares de trabalhadores, técnicos e cientistas. Recursos

consideráveis são alocados para o seu desenvolvimento e pesquisa, fazendo surgir,

a cada dia, tecnologias e equipamentos mais sofisticados para a descoberta de

novas jazidas, extração, transporte e refino do petróleo.” (José Eduardo Thomas)

2.1: Origem de Hidrocarbonetos

Da ação do calor e pressão sobre a matéria orgânica morta e soterrada,

como algas e plâncton origina-se o petróleo e gás inicialmente em uma rocha

chamada de rocha geradora (source rock). Devido as microfraturas e a expulsão da

água do interior das rochas geradoras, o petróleo migra desta rocha e flui através de

rochas permeáveis até encontrar uma barreira – conhecida como rocha selante –

ficando assim armazenado na rocha reservatório. A rocha reservatório pode ser de

qualquer tipo, basta que tenha espaço poroso em seu interior, e que os espaços

porosos sejam interconectados, tornando a rocha permeável.

A rocha selante deve ser impermeável assim como possuir boa plasticidade

de forma a suportar os esforços provenientes de formações, normalmente estas

rochas são do tipo folhelhos ou evaporitos.

Quando esta rocha reservatório apresenta propriedades como porosidade e

permeabilidade e um isolamento hidráulico com a superfície, ocorre a formação de

um reservatório com potencial econômico.

A localização de uma jazida de petróleo exige muito tempo de estudos e

análises geofísicas e geológicas de uma região. A perfuração de um poço de

5

petróleo é uma das etapa mais caras em todo o processo de prospecção de

petróleo. Um programa de prospecção de petróleo visa localizar dentro de uma

bacia sedimentar o local que possua as características necessárias para a

acumulação de petróleo, e dentre estes locais, qual possui maior chance de

realmente conter petróleo.

A certeza da existência do petróleo ou não na formação, é obtida apenas

através da perfuração e recolhimento de amostras dos fluidos presentes na

formação.

2.2: Indústria do Petróleo

A indústria do petróleo pode ser dividida em dois grandes grupos: O setor

Upstream (exploração, desenvolvimento e produção de óleo cru ou gás natural) e

Downstream que consiste nas atividades de transporte, refino e consumo.

“O caminho do petróleo, desde as pesquisas para sua descoberta até sua

chegada a uma refinaria, passa pelas mãos de inúmeros especialistas. São

geólogos de petróleo, paleontólogos, estratígrafos, sedimentólogos, químicos,

geodesistas, geoquímicos, geofísicos, engenheiros mecânicos, eletricistas,

engenheiros de manutenção, de minas, de perfuração, de exploração, de

completação, de reservatórios, de produção, cada um deles responsável por uma

etapa específica, falando uma linguagem própria e utilizando jargões peculiares” [ 1].

2.3: História da Schlumberger

A Schlumberger foi fundada sobre o avanço notável da tecnologia dos últimos

80 anos.

A primeira idéia sobre o uso de medição elétrica para mapeamento do

subsolo, foi concebida por Conrad Schlumberger. Físico graduado pela Escola

Politécnica francesa e professor de física na Escola de Minas de Paris. Suas

pesquisas tinham como foco principal um novo conceito baseado na resistividade

elétrica das rochas. Em 1913 várias experiências já haviam sido conduzidas

provando que o conceito era válido e que medições de resistividade na superfície

poderiam ser correlacionadas à geologia de subsuperfície.

6

Mais tarde, suportados por seu pai Paul Schlumberger, que era um visionário

e foi grande incentivador das pesquisas científicas dos seus filhos, Marcel

Schlumberger se une a seu irmão e juntos abrem o primeiro escritório da

Schlumberger, em Paris em 1920.

No período entre 1923 e 1926 iniciaram pesquisas geofísicas na Romênia,

Sérvia, Canadá, África do Sul, Congo e nos Estados Unidos. E finalmente em 1927

executaram a primeira perfilagem (avaliação da formação) em Pechelbronn na

França.

Figura 1 Primeiro Perfil Elétrico

O período compreendido entre 1928 e 1956, foi caracterizado por pesquisas

em poços de petróleo usando medições elétricas (perfilagem) para avaliação da

formação das formações geológicas. Inicialmente na Venezuela, Índia e Rússia,

com 56 engenheiros, e já no ano de 1934 os trabalhos se estenderam pela

Alemanha, Argentina, Equador, México, Áustria e Borneo, totalizando 122

engenheiros.

A diversificação de atuação da empresa ocorreu no período compreendido

entre 1956 e 1970, onde de perfilagem, passaram também para Oilfield Services,

aliando-se a empresas como Johnston Tester – Testing and Production, Dowell-

Schlumberger – Pressure Pumping, Forex – Drilling, etc.

No período compreendido entre 1987 e 1992, a empresa focou-se em

centralizar seus negócios na área de petróleo, desviando-se das linhas de negócios

que não couberam dentro do núcleo de seus objetivos, fazendo novas aquisições

para reforçar o sentido preferencial de seu negócio, reestruturando a empresa e

focando-se também seus esforços em inovações de baixo custo.

Entre 1993 e 1998, seu crescimento lucrativo foi de grande significância,

onde seus recursos se concentraram majoritariamente em linhas de produto de

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maior expansão no mundo. Os novos produtos e serviços entraram para consolidar

sua liderança tecnológica, e assim foi desenvolvida uma cultura verdadeiramente

internacional.

Ao longo dos anos a Schlumberger foi crescendo, desenvolvendo e

patenteando novas tecnologias, englobando as outras empresas que trabalhavam

em conjunto, e tornando-se hoje em dia a maior indústria de serviços de petróleo do

mundo, totalizando mais de 50.000 funcionários com mais de 140 nacionalidades

diferentes e em 100 países em todo mundo.

2.3.1: Schlumberger no Brasil

A chegada no país se deu em um momento conturbado de sua história. A

discussão sobre a exploração do petróleo nesta época era um dos tópicos

constantes dos trabalhos da Assembléia Nacional Constituinte. Até então os

serviços de exploração eram coordenados pelo Conselho Nacional do Petróleo do

Brasil e o primeiro perfil elétrico do país era realizado na Bahia no campo de

Candeias.

Entre as discussões sobre a nacionalização total da exploração e produção

do petróleo do país ou não, em 1951 Getúlio Vargas volta ao poder e enviou ao

Congresso o projeto de lei propondo a criação da "Petróleo Brasileiro S.A"

(Petrobrás) como monopólio, seguindo a pressão da sociedade na campanha “O

petróleo é nosso”.

Ao ser constituída, a nova companhia recebeu do Conselho Nacional do

Petróleo os campos de petróleo do Recôncavo baiano, onde a Schlumberger já

atuava. A produção de petróleo era de 2.700 barris por dia, representando 27% do

consumo brasileiro.

Em 1954 a Schlumberger registra o primeiro perfil elétrico do Brasil fora de

um campo de terra. O Campo de Dom João Mar tinha apenas 3 metros de lâmina

d’água, muito pouco perto dos mais de 2000 metros de lâmina d’água das

prospecções de hoje em dia.

A década de 50 foi o tempo do "aprender fazendo". O Governo deu à nova

empresa todos os meios e facilidades para expandir a indústria petrolífera no país.

Com isso, foi possível aumentar a produção e incrementar a pesquisa. Ao mesmo

8

tempo, a nova empresa procurou formar e especializar seu corpo técnico, para

atender às exigências da nascente indústria brasileira de petróleo. Com isso houve

intenso aumento das pesquisas geológicas e geofísicas em todas as bacias

sedimentares.

Seguindo o sucesso da indústria que se consolidava no país a Schlumberger

esteve presente com a prestação de serviços na primeira descoberta de petróleo no

mar, em 1968, no Campo de Guaricema, no litoral de Sergipe, e representou um

passo importante para que a Petrobrás mergulhasse em direção ao futuro sucesso

exploratório na atividade offshore, começando suas pesquisas na Bacia de Campos.

Em 1974, a descoberta do campo de Garoupa, no litoral do Estado do Rio de

Janeiro, anunciou uma nova fase para a produção do país. Estava dada a largada

para os constantes êxitos conseguidos na bacia de Campos, que rapidamente se

transformou na mais importante região produtora.

Os anos se passaram e os recordes de produção e descobertas em águas

profundas se acumulavam, e a Schlumberger, sempre presente no país, ao longo

dos anos vem oferecendo a excelência em tecnologia e qualidade aos seus clientes.

Hoje a Schlumberger atua de norte a sul, contando com 6 bases operacionais

(Urucu – AM, Mossoró – RN, Aracajú – SE, Catú – BA, São Mateus – ES e Macaé -

RJ) e 5 escritórios trabalhando nas principais bacias sedimentares do país.

Trabalha-se com disciplina na aplicação das políticas de qualidade, saúde,

segurança e proteção ao meio ambiente. O que forma um diferencial no mercado

reconhecido por seus clientes tanto internacionais como pela Petrobrás que já

concedeu diversos prêmios nesta área à Schlumberger.

A Schlumberger se compromete com as comunidades em que atua e

implementa projetos sociais, estimulando a participação de funcionários através da

criação de comitês de Responsabilidade Social em diversas locações.

2.3.2: Estrutura Organizacional da Schlumberger

A Schlumberger tem como objetivo servir a indústria de Upstream e

Produção, provendo soluções customizadas, excelência na prestação do serviço e

aumentar o valor do cliente.

9

A estrutura organizacional da Schlumberger é dividida em segmentos de

atuação e em espaços geográficos (GeoMarkets). Inicialmente é dividida em dois

segmentos principais, Oilfield Services e WesternGeco, sendo esta última

responsável pelas atuações de sísmica para prospecção de petróleo. Na Figura 2

pode-se verificar essa primeira divisão.

Figura 2 Estrutura Organizacional parte 1

O segmento Oilfield Services é dividido pelos Geomarkets de atuação, sendo

estes: ECA (Europe and Central-Asia), NSA (North and South America) e MEA

(Meddle East and Asia) e também em tecnologias de petróleo (Oilfield Technologies)

e em IPM (Integrated Project Management). Como mostrado abaixo.

Figura 3 Estrutura Organizacional parte 2

Oilfield Technologies, por sua vez, é subdividido nas diversas áreas de

atuação em campo, conforme exibe a Figura 4, sendo estas atividades encontradas

em nosso país. A seguir seguiremos com uma breve descrição de cada segmento

10

do Oilfield Technologies, sendo o segmento de Wireline discutido num capítulo a

parte por se tratar do segmento relacionado ao escopo deste trabalho.

Figura 4 Estrutura Organizacional parte 3

2.3.2.1: Drilling and Measurement

Nos idos dos anos 70, a atividade de perfuração estava extremamente alta.

SLB (Schlumberger) era líder no sistema de perfuração mas os clientes queriam

ainda mais, que a sub-superfície de um poço pudesse ser avaliada em tempo real.

A SLB tinha um segmento chamado Schlumberger Drilling Servicers (SDS) e

em 1977 comprou a Analysts – que era uma compainha composta por analistas de

perfis de lama ou geologistas, que pegavam amostras de lama da sub-superfície e a

avaliavam. A Analysts uniu-se ao SDS e formou-se ANADRILL, que hoje é chamada

de Drilling and Measurements (D&M).

A visão de D&M é “fornecer soluções de perfuração em tempo-real através de

pessoas e tecnologia de ponta”.

D&M busca prover a indústria do petróleo com serviços de perfuração com

alto volume e em tempo real visando encontrar óleo e gás eficientemente, de

maneira segura e aceitável do ponto de vista do meio-ambiente.

Seus principais serviços são:

Directional Drilling (DD): Processo de guiar um poço para seguir o

melhor caminho geométrico para alcançar seu objetivo ou seguir uma tendência

geológica.

11

Measurements While Drilling/Logging While Drilling: É a aquisição

de dados mecânicos e petrofísicos durante a perfuração que são transmitidos para a

superfície em tempo real com o propósito de avaliação da formação.

2.3.2.2: Well Services

Well Services é dividida em 3 segmentos: Cementing Well Construction

Services (WCS) – cimentação, Stimulation Well Production Services (WPS) –

estimulação e Coil Tubing Well Intervention Services (WIS) – flextubo.

Well Services é a líder mundial de fornecimento de serviços de flextubos para

remediações de poços, juntamente com o serviço de cimentação que assegura a

integridade do poço e os serviços de estimulação que formam a chave para o

aumento da produção do poço e aprimoramento da taxa de recuperação de

hidrocarbonetos.

Após a descida do tubo de revestimento (casing) no poço, deve-se preencher

o espaço anular entre o revestimento e a parede do poço com cimento.

As principais funções da cimentação são:

• Isolação entre as zonas (zonas de hidrocarbonetos diferentes e zonas de

água)

• Proteger o revestimento de colapso

• Proteger o revestimento de corrosão

• Propiciar estabilidade para a parede do poço

12

Figura 5 Poço Revestido

O projeto do tipo de cimento a ser utilizado no poço é realizado por um

engenheiro da SLB juntamente com o cliente, para tanto é necessário levar-se em

consideração a temperatura, pressão e vários outros parâmetros do poço.

Estimulação

O propósito da estimulação é aumentar a produção do poço.

A estimulação é realizada quando o poço está produzindo mas não o

suficiente. Basicamente, bombeia-se pressão hidráulica para abrir a fenda na rocha

através dos canhoneios de Wireline. Enquanto está aberta, bombeia-se um fluido

que contém proppants suspensos. Os proppants são partículas de areia ou

cerâmica. Quando a pressão hidráulica é aliviada, a formação irá cair de volta a

posição de repouso, mas agora existem proppants nas fendas que criaram uma

“passagem” que permite que os hidrocarbonetos fluam para dentro do poço.

Pode-se também bombear ácido para dentro do poço de maneira a limpar os

canhoneados da formação para aumentar o fluxo de hidrocarbonetos.

FlexTubo

FlexTubo são tubos de aço – com diâmetros de ¾” a 5” – que estão

enrolados em uma bobina. O flextubo é então empurrado para dentro do poço para

realizar vários trabalhos, incluindo: cimentação, estimulação, perfuração, perfilagem,

pescaria, etc.

13

2.3.2.3: Produtividade e Completação de Poço

A fase final de avaliação de um poço é uma escala limitada de produção de

um poço (por exemplo Well Testing).

Este é o primeiro passo do projeto de completação. Os resultados dos testes

realizados em um poço permitem que sejam determinados a extensão de um

reservatório, viabilidade comercial e as propriedades do fluido, incluindo químicas.

Isto permite que o projeto de determinação do tipo de completação seja feito,

incluindo os parâmetros de fluxo assegurados.

A conexão com o reservatório é iniciada através do canhoneio: expõe/conecta

o reservatório ao sistema de completação. O trabalho está focado em reduzir

danificações próximas à parede do poço nos reservatórios, reduzir danificações no

poço propriamente dito com escombros, e otimizar o fluxo do reservatório, fazendo

com que o sistema de canhoneamento se adeque às propriedades do reservatório.

Acessórios de Completação: Cada completação tende a ser diferente da

outra em detalhes. Os acessórios de completação provêem a customização em

adição ao equipamento tradicional, como os packers de completação. Provê-se

também soluções únicas como válvulas de isolação de formação para proteger o

reservatório de danificações durante certas operações.

Controle e Monitoramento de Reservatório (Completações Inteligentes):

Provê controle em tempo real de otimização da produção e sistema de fluxo.

Artificial Lift: Provê força externa para auxiliar o fluxo de hidrocarbonetos.

Isto é feito com a ajuda de bombas submersíveis elétricas ou válvulas de gás lift.

Completações Multilaterais: Dois pontos de interesse principais com

completação multilateral são “Controle de fluxo” (integridade das juntas mecânicas e

hidráulicas) e “Reentrada Seletiva”.

Subsea: Provê soluções para conectar ou desconectar rapidamente e com

segurança especialmente em ambientes de águas profundas.

WCP pode instalar estações de mini-fluxo para testar o reservatório – pode

separar gás de óleo e de água – fornecer as propriedades do fluido e o tamanho do

reservatório.

14

Figura 6 Atividades de WCP

2.3.2.4: Schlumberger Information Solutions

Baseado em extensiva pesquisa de mercado e no feedback dos atuais

clientes, a Schlumberger criou o Schlumberber Information Solutions ou

simplesmente SIS. No SIS agrupou-se todos os segmentos de “informação-central”

do englobados pelo Oilfield Services.

O SIS é a indústria mundialmente líder em fornecer soluções integradas de

negócios, compreendida por desenvolvimento de softwares, gerenciamento de

informações, tecnologia de informação e abrangência completa de serviços

especializados para a indústria de petróleo e gás.

15

2.3.2.5: Resumindo as Atividades da Schlumberger

Cada segmento da Schlumberger possui tecnologias chave que são

necessárias para satisfazer as necessidades do mercado. Em adição, existem

soluções que abrangem vários segmentos.

Figura 7 Segmentos da SLB

As principais competências da Schlumberger Oilfield são:

• Focar-se em produzir a melhor tecnologia em cada segmento.

• Os produtos e serviços resultantes estão disponíveis digitalmente hoje em

dia (transmissão, armazenamento de dados, acesso, integrado).

• Utilizar força de trabalho multi-disciplinar e multi-cultural, permitindo fornecer

ao cliente serviços globais consistentes, com adaptação local como

requerido.

• A infraestrutura de Tecnologia de Informação e processos permite capturar,

disseminar o conhecimento da organização para prover serviços e produtos

com qualidade superior aos clientes.

16

Capítulo 3: Wireline

Visão de Wireline

“To strengthen our leadership position as our client´s preferred information

provider by applying innovative technology to evaluate and define their reservoir”

3.1: Introdução a Wireline

Geofísica de Borehole é a ciência de medir e analisar várias propriedades

físicas das formações encontradas em um Borehole através das ferramentas de

perfilagem de Wireline.

As ferramentas de perfilagem produzem um perfil, que nada mais é do que

um gráfico da profundidade do Borehole versus alguma propriedade física da

formação.

Os perfis de Wireline fornecem grande quantidade de informações para

estudos da formação e seus fluidos. Os dados podem ser utilizados para

identificação e caracterização de fluidos e para testes de poços designados. Perfis

são também utilizados para correlação estratigráfica.

A perfilagem de Wireline é o melhor e mais eficiente (em termos financeiros)

método de adquirir os dados do poço, propiciando gravar continuamente os dados

do Borehole, e por possuir repetibilidade.

3.1.1: Histórico

Em 1919 Marcel se juntou a Conrad na pesquisa sobre medidas elétricas

com a finalidade de definir a estrutura da terra. Em 5 de Setembro de 1927, um

grupo da SLB correu a primeira perfilagem elétrica num poço perfurado. Isto ocorreu

na França para a empresa Pechlbronn Oil Company. Estas medidas foram tomadas

ponto a ponto. Este foi o começo da perfilagem Wireline, daí em diante a SLB

passou a expandir suas atividades pelo mundo.

17

O segumento de Wireline foi formando em 1927. Basicamente as

ferramentas (canos de aço cheios de eletrônicas por dentro) eram descidos na

extremidade do cabo, ou também chamda linha de metal (wireline) dentro do poço.

Conforme iam sendo puxadas para fora do poço, várias medições eram feitas com a

finalidade de ajudar o cliente a localizar, avaliar e produzir hidrocarbonetos.

Existem dois segmentos dentro de Wireline: Open Hole (poço aberto) e

Cased Hole (poço revestido).

Figura 8 Esquema de Perfilagem

Trabalhos em poço aberto são realizados imediatamente após a perfuração

de uma seção do poço. Não há nada a mais no poço do que formação crua. Pode-

se obter várias medições neste momento, incluindo resistividade, porosidade,

sônicos, etc. Pode-se até retirar amostras da formação, do fluido e de pressão. É

possível fazer uma imagem de 360º do borehole e determinar onde as falhas

geológicas podem estar.

Figura 9 Ferramentas utilizadas em trabalhos de poço aberto

Trabalhos de poço revestido são realizados depois que a empresa detentora

do poço colocou a sapata na parede do poço. Pode-se avaliar o trabalho de

18

cimentação para que se tenha certeza de que há cimento suficiente, que a liga entre

a formação e o cimento está boa, e certificar-se que não há espaço entre as zonas.

Pode-se também detectar corrosão ou danificações do revestimento, assim como

realizar o canhoneamento do revestimento, fazendo com que exista comunicação

entre a zona que contém hidrocarbonetos e a zona da parede do poço.

Figura 10 Canhão

Uma equipe de wireline normalmente é composta por 1 engenheiro e 3

operadores. Um trabalho típico deve durar entre 12 e 24 horas dependendo dos

serviços requisitados e da profundidade do poço.

3.2: Open Hole

Nos trabalhos de Wireline de poço aberto, as ferramentas possuem em

média diâmetro de 3-3/8” e podem variar entre comprimentos de 30 ft a 100 ft em

média. As ferramentas são conectadas umas nas outras e descidas dentro do poço

que pode estar a várias temperaturas e profundidades. As ferramentas podem

agüentar temperaturas de até 500F e pressões de 20.000 psi.

A ferramenta Plataform Express (PEX) é exibida na Figura 11. Ela realiza três

diferentes medições (Resistividade, Densidade e Neutron) além de raios gama.

19

Figura 11 Ferramenta PEX

Os dados adquiridos no fundo do poço são enviados para a superfície através

do cabo de perfilagem wireline até o sistema de computadores MAXIS, que fica

dentro da unidade de perfilagem. A unidade de perfilagem pode ser um caminhão,

no caso de poços onshore (em terra) ou uma unidade propriamente dita em poços

offshore (no mar). Os dados são então processados e o perfil (log) é criado. No

canto direito da Figura 11 é exibido um perfil típico da ferramenta Plataform Express.

As linhas desenhadas fornecem várias informações a respeito da formação – areia

versus folhelhos, zonas que contém hidrocarbonetos versus zonas que contém

água, porosidade, e outras.

3.3: Cased Hole

Os trabalhos de poço revestido são realizados depois que o revestimento foi

feito no poço. As ferramentas tendem a ser menores do que as de poço aberto,

devendo-se principalmente ao diâmetro do revestimento.

A avaliação da cimentação é realizada através de ferramentas sônicas. Os

dados adquiridos permitem ao cliente avaliar o trabalho de cimentação realizado

antes que o canhoneamento seja feito. Estando a cimentação bem feita, realiza-se o

canhoneamento do poço, que consiste na perfuração do casing, do cimento e na

penetração da formação – criando assim comunicação entre a formação e o poço. A

20

SLB fabrica suas próprias cargas explosivas – que se movem a alta velocidade,

empurrando tudo para fora do seu caminho. Dependendo dos objetivos do cliente,

pode-se perfurar buracos longos, rasos, curtos, amplos, com vários graus de

inclinação assim como com vários tiros por pé. Trabalha-se junto com o cliente para

determinar o melhor sistema de perfuração para alcançar os objetivos desejados.

Pode-se também monitorar, diagnosticar e analisar a parede do poço. Pode-

se detectar corrosão e danificações no casing e ajudar a reparar estes danos.

Figura 12 Esquema das operações de poço revestido

3.4: Equipamentos

A perfilagem é caracterizada por descer um dispositivo de medição (chamado

de ferramenta, sonda, probe) através de um cabo (wireline) dentro de um poço.

Um guincho é utilizado para descer e levantar a ferramenta. As medições são

transmitidas através do cabo até o equipamento de superfície.

O probe é normalmente revestido por um invólucro de aço a prova d’água. É

constituído por inúmeros componentes eletrônicos responsáveis por ligar a

ferramenta, processar os dados medidos e transmitir o sinal através do cabo. O

probe contém também alguns tipos de sensores: eletrodos, transdutores, detectores

radioativos, etc. Muitas ferramentas possuem também um emissor de algum tipo

(fontes radioativas, eletrodos, etc.).

A maior parte das ferramentas para perfilagem de poços de petróleo são

construídas de tal maneira que se possa correr várias combinações de ferramentas

de uma vez. Isto diminui o número de corridas de perfilagens a serem realizadas,

salvando assim tempo de poço.

21

Figura 13 Caminhão de perfilagem e sonda

Além de sustentar as ferramentas, o cabo é utilizado para transmitir os dados.

As companhias de petróleo utilizam, geralmente, sete condutores, permitindo assim

que vários parâmetros sejam transmitidos ao mesmo tempo.

A unidade de superfície é constituída pelo guincho, gerador, sistema de

processamento e equipamento de gravação de dados. Sistemas convencionais

transmitem os dados tanto em forma digital quanto analógica.

22

Capítulo 4: Conceituação de Borehole

Um dos aspectos da procura por reservatórios de petróleo e gás envolve a

coleta de dados petrofísicos de uma formação geológica. Estes dados são utilizados

como parâmetros de entrada para ajudar a determinar a presença e quantidade de

hidrocarbonetos em um reservatório. Os dados petrofísicos de interesse são os

dados que empresas como a Schlumberger wireline adquire através das suas

ferramentas de perfilagem. Em geral, as medições realizadas pelas ferramentas de

perfilagem caem em duas grandes categorias:

Termo Definição

Tipo de Fluido

O tipo de fluido em um reservatório é de extrema importância pois procura-se por hidrocarbonetos. A interpretação deste dado que é coletado assume primeiramente que, se não tem água presente na formação, então provavelmente haverá hidrocarbonetos nesta formação. Na ausência de água, deduz-se que há presença de óleo ou gás natural.

Porosidade A quantidade de fluido é importante pois esta informação dirá se o gás ou óleo presente é suficiente para ser um produto comerciável ou não. Como é ilustrado na Figura 14,o fluido presente em um reservatório está presente em minúsculos espaços na estrutura ou matriz da rocha. Estes espaços são chamados de espaços porosos e a porcentagem de espaço poroso no volume total da rocha é chamada porosidade. Para o propósito de exploração de óleo e gás natural, quanto maior a porosidade, maior o volume de fluido presente.

Tabela 1 Categorias de perfilagem

23

Figura 14 Saturação do óleo

A combinação dos dados sobre o tipo de fluido e a porosidade adquiridos

durante a perfilagem de wireline é necessária para que se produzam dados

interessantes. Isto é chamado interpretação. Visando interpretar um dado coletado,

é necessário que se conheça o ambiente do qual o dado foi coletado. Para tanto,

será definido o conceito de modelo do borehole. O modelo utilizado é primeiramente

um resultado do processo de perfuração de um poço. O processo de invasão do

poço é descrito a seguir.

4.1: O processo de invasão

Perfurar um poço é um processo invasivo que muda as características da

formação em torno do borehole. A formação é danificada devido ao efeito mecânico

da perfuração e é invadido pela lama filtrada que é injetada no poço durante a

perfuração.

Como resultado do processo de perfuração invasivo no poço, a distribuição

de fluido em torno do borehole é alterada como mostra a Figura 15. Esta figura

exibe 4 zonas: mudcake (bolo de lama), zona invadida, zona de transição, e zona

verdadeira. Cada uma destas zonas possui uma mistura de fluidos, fluidos

24

provenientes da perfuração e fluidos originários da formação. A maior parte dos

fluidos provenientes da perfuração permanecerá próximo ao borehole e esta

quantidade irá decrescer com o aumento da distância do borehole.

Figura 15 Modelo de Invasão

Termo Definição

Mudcake Devido à pressão diferencial entre a coluna de lama no borehole e a formação, a lama filtrada invade a formação permeável. Isso faz com que a lama se deposite na parede do borehole, formando o mudcake. Normalmente o mudcake tem baixa permeabilidade (10-2 a 10-4 md) e, uma vez desenvolvido, diminui consideravelmente a taxa de invasão de lama filtrada.

Zona Invadida

Muito próxima ao borehole, é a camada após o mudcake, conhecida com zona invadida. Nesta zona, grande parte da água da formação original e alguns de seus hidrocarbonetos podem ter sido “lavados” pelo filtrado. Ele contém, caso a “lavação” seja completa, apenas lama filtrada. Se a formação continha hidrocarbonetos, apenas uma quantidade residual de hidrocarbonetos resistirá.

Zona Transitória

1. Distante do borehole, a dispersão de fluidos da formação pela lama filtrada é menor e menos completa, resultando em uma transição entre saturação de lama filtrada até saturação de água da formação.

2. A extensão ou profundidade das zonas invadida e de transição dependem de muitos parâmetros. Entre eles estão o tipo e características da lama de perfuração, porosidade da formação, permeabilidade da formação, a pressão diferencial e o tempo desde que a formação foi perfurada a primeira vez. Normalmente, quanto menor a porosidade da formação, mais profunda é a

25

invasão.

Zona Verdadeira

A formação não perturbada além da zona de transição é denominada de zona não invadida, virgem, não contaminada ou zona verdadeira. O tipo de fluido e quantidade nesta zona é o que se quer determinar durante as interpretações dos perfis.

Tabela 2 Zonas do Borehole

Todas as medições de perfilagem são influenciadas pelo perfil do poço.

Tipicamente, quanto mais profundo numa formação, ou mais distante do borehole a

medição é feita, menos a medição será afetada pela invasão do poço. Esta distância

é chamada de profundidade de investigação. Ferramentas de perfilagem com

profundidades de invasão rasas são mais influenciadas pela invasão do que as

ferramentas com profundas profundidades de investigação.

26

Capítulo 5: Resistividade e Equação de Archie

As ferramentas baseadas nos princípios de indução representam umas das

tecnologias utilizadas para medir a resistividade da formação. Resistividade é uma

das características primárias necessárias para a avaliação do potencial de produção

de um poço que contenha óleo ou gás natural. A resistividade é necessária para que

se determine a saturação da água, a qual é necessária para se determinar a

quantidade de óleo ou gás natural presente na formação.

5.1: Resistividade

Resistividade é a habilidade de um material para resistir ao fluxo de corrente

elétrica. A medida da resistividade da formação é um dos métodos primários de

identificação de fluido em um reservatório e é uma das variáveis de entrada para a

equação de Archie para determinar a saturação da água (Sw).

A medição da resistividade tem muitas aplicações para indústria do petróleo:

• Determinar onde os hidrocarbonetos estão presentes

• Determinar em que profundidade os hidrocarbonetos estão presentes

• Determinar a quantidade de hidrocarbonetos existentes (se a porosidade é

conhecida) através da equação de Archie

• Determinar a resistividade da lama para ajudar a definir o perfil de invasão.

5.2: Equação de Archie

A equação de Archie é uma fórmula empírica que é normalmente utilizada

para estimar a saturação de água em um reservatório utilizando os dados de

resistividade da formação, porosidade e resistividade do fluido da formação.

Alguns conceitos importantes para o entendimento da Equação de Archie

são:

27

• Espaço poroso: Espaços intersticiais entre os grãos que compõem a

rocha matriz.

• Porosidade: Quantidade de espaço poroso dividido pelo volume total

da rocha considerada.

• Saturação: Quantidade de líquido preenchendo os poros.

• Saturação da água: Quantidade de água como porcentagem do

espaço poroso.

Através das medições realizadas por Archie, chegou-se a seguinte equação

(a partir da qual derivou-se equações mais complexas, para as diferentes condições

de formações):

22 * w

wt

S

RR

Φ=

Equação 1

Onde:

Rt = Resistividade da zona não invadida (resistividade verdadeira)

Rw = Resistividade da água presente na formação

Φ = Porosidade da formação

Sw = Saturação da água presente na formação

Desde que a Lei de Archie foi desenvolvida em 1942, petrofísicos vêm

testando sua equação repetindo seus experimentos para quase todos os tipos de

rochas concebíveis: ígneas, metamórficas e sedimentares.

Enquanto a equação de Archie era válida para quase todos os tipos de

formação, novos experimentos mostraram que o fator de formação de Archie

precisava ser atualizado para levar em conta não apenas a porosidade, mas sim

outras variáveis, como: cimentação, sinuosidade, tamanho e forma do grão.

n

w

wmt

S

RaR *

Φ=

Equação 2

Onde:

28

a = fator de correção local, leva em consideração grande número de variáveis que podem afetar a formação em uma dada locação. Normalmente tem valor 1 para rochas carbonatas e 0,62 para areias.

m = fator de cimentação, representa como os grãos em uma formação estão grudados e também varia baseado nas características locais da formação. Tipicamente tem valor 2 para rochas carbonatos e 2,15 para areias.

n = expoente da saturação. Tipicamente tem valor 2.

O primeiro termo da equação de Archie é normalmente substituído por um

termo chamado fator formação, F, como mostrado abaixo.

Fa

m=

Φ

Equação 3

Fator formação, a constante de proporcionalidade que representa a diferença

entre a resistividade verdadeira (Rt) e a resistividade da água (Rw).

A medição de resistividade é influenciada não apenas pelo fluido presente no

reservatório e a porosidade, mas também por partículas de argila presentes nos

espaços porosos. Existem vários métodos e equações que melhoram a equação

básica de Archie para permitir a influência da argila nas medições. Estes métodos

porém, estão além do escopo deste trabalho.

Um ponto central para determinar a saturação de um reservatório é

determinando-se Rw, a resistividade da água presente na formação.

Como nem sempre é possível determinar a porosidade da formação, pode-se

calcular a saturação da água e conseqüentemente de hidrocarbonetos utilizando-se

o método de cálculo rápido R0/Rt.

Voltando à equação derivada da equação de Archie, que é utilizada para

qualquer tipo de rocha, Equação 1, pode-se definir um valor chamado R0, que é a

resistividade lida em uma região com 100% de saturação. Isso nos leva à Equação

4. Que pode ser rearranjada em termos do fator da formação (Equação 4

Equação 5).

1*0

wm

RaR

Φ=

wm R

Ra 0=Φ

Equação 4 Equação 5

29

Reescrevendo a Equação 1 em termos do fator de formação, chega-se na Equação 6

ww

nwt

RR

RSR 0*

=

Equação 6

Igualando-se as equações Equação 4 Equação 5 e

Equação 6 chega-se na Equação 7, que elimina completamente os termos de fator

da formação assim como a constante de porosidade.

ww

nwt

RR

RSR 0*

=

Equação 7

Escrevendo-se esta equação em termos da saturação:

n

tw R

RS 0=

Equação 8

Como normalmente tem-se n=2, chega-se na Equação 9. Esta equação

possibilita o cálculo rápido da saturação.

tw R

RS 0=

Equação 9

A equação de Archie tem grande importância no estudo do tipo de fluido

presente na formação. As medições da resistividade e porosidade são conseguidas

através das ferramentas existentes de wireline, e através destas variáveis pode-se

chegar à saturação da água, e, por conseguinte, a quantidade de hidrocarbonetos

presente na formação.

30

Capítulo 6: Indução

As ferramentas de indução são baseadas nos princípios de indução

eletromagnética. Resumidamente, estes princípios podem ser definidos como:

• Um campo eletromagnético é gerado por uma corrente elétrica

alternada que flui em um loop contínuo.

• Corrente elétrica é gerada quando um loop contínuo está sujeito a um

fluxo magnético. A magnitude desta corrente é proporcional à

condutividade do loop contínuo.

Na Figura 16 está demonstrado um modelo simples de transformador como

analogia à ferramenta de indução quando no ar, exibindo os princípios de indução

em ação.

31

Figura 16 Teoria de Indução

As ferramentas de indução são compostas por um sistema complexo de

arrays de bobinas múltiplas. As figuras Figura 17 e Figura 18 exibem como um

modelo simplificado da ferramenta de indução – composta por apenas uma bobina

32

transmissora e uma receptora – utiliza o princípio de indução eletromagnética para

estimar a resistividade da formação de um poço.

A bobina transmissora está sujeita a uma corrente alternada produzindo

assim o campo eletromagnético primário. Este campo gera dois efeitos:

• Induz diferencial de tensão gerando corrente que flui em anéis

eletricamente contínuos (ground loops) no eixo longitudinal da

ferramenta. A corrente induzida é 90º defasada em relação à corrente

do transmissor.

• Induz corrente que flui diretamente para a bobina do receptor. Essa

corrente tem amplitude muito alta e é conhecida como sinal de

casamento direto (direct coupling). Como a maior parte do sinal de

casamento direto é cancelado pela característica de balanceamento de

array mútuo, estes não serão ilustrados nas figuras.

O fluxo de corrente através do ground loop gera um campo magnético

secundário, conforme pode ser visto na Figura 17 abaixo.

Figura 17 Princípios de Indução – passos 1 e 2

O campo magnético secundário gera diferença de potencial originando

corrente na bobina do receptor. A corrente no receptor está 90º defasada em

relação a corrente do ground loop e 180º defasada em relação à corrente do

transmissor. Este sinal é conhecido com sinal-R (R-signal) e está diretamente

33

relacionado à avaliação da resistividade da formação. A magnitude da corrente na

bobina do receptor é proporcional à condutividade da formação.

Figura 18 Princípios de Indução – passo 3

Inicialmente, a resistividade da formação está diretamente relacionada à

magnitude da corrente induzida na bobina do receptor. Contudo, a corrente medida

foi afetada por muitos fatores, os quais devem ser compensados para que a

resistividade da formação seja estimada corretamente. Estes fatores são

denominados fatores geométricos e as respectivas compensações para eles são

descritos ao longo do texto.

6.1: Fator Geométrico

Para efeitos de estudos, pode-se considerar o borehole como constituído por

infinitos arcos coaxiais (ground loop). A bobina receptora irá detectar um campo

magnético formado pela atuação de cada um dos ground loops constituintes do

borehole. A contribuição no sinal recebido de um ground loop individual não é

dependente apenas da condutividade da formação, mas também das relações

geométricas entre a bobina transmissora e as receptoras.

Em um meio homogêneo, a contribuição de cada ground loop no sinal

recebido varia de acordo com a posição relativa de cada ground loop no sistema de

bobinas. O fator geométrico define isto indicando a porcentagem de contribuição de

cada ground loop da formação no sinal recebido.

34

Idealmente, para se obter o valor de Rt, bastaria medir a condutividade da

formação em um ponto fixo da zona virgem. Porém isto não é possível. Ferramentas

de indução são afetadas pelo shoulder beds, zona invadida e pelo borehole. A

resposta da ferramenta pode ser desmembrada na contribuição de cada parte

constituinte da formação. O fator geométrico total descreve a contribuição relativa de

cada porção da formação para formar o sinal total.

Figura 19 Fator Geométrico

Em um modelo simples, a resposta da ferramenta pode ser calculada como a

soma de todos os ground loops coaxiais com a ferramenta. A condutividade

aparente é a soma da condutividade de cada região multiplicada pelo fator

geométrico desta região, ficando a equação para condutividade aparente:

ssttxoxomma GCGCGCGCC +++=

Equação 10 Condutividade

Onde:

Ca é a condutividade aparente

Cm e Gm são a condutividade e fator geométrico da lama respectivamente

Cxo e Gxo são a condutividade e fator geométrico da zona invadida respectivamente

Ct e Gt são a condutividade e fator geométrico da zona virgem respectivamente

Cs e Gs são a condutividade e fator geométrico do shoulder bed respectivamente

35

Cada sinal é proporcional à condutividade e ao Gi, o qual depende apenas da

posição do loop com relação ao transmissor e receptor. Outro ponto importante é

verificar que a soma de todos os fatores geométricos deve ser 1.

�Gi = 1

A teoria do fator geométrico assume que o campo magnético é estabelecido

instantaneamente, perdas ôhmicas são ignoradas e as correntes de Foucault não

interagem umas com as outras.

O fator geométrico descreve as características espaciais do campo de

indução. A solução para o fator geométrico g(r,z) pode ser solucionada

matematicamente mas está além do escopo deste trabalho.

Durante as medições de indução, as contribuições para o sinal estão vindo de

todas as direções e de grandes distâncias. A contribuição destes sinais depende em

parte das relações geométricas entre a contribuição da área ao sinal e o transmissor

e o receptor.

A relação geométrica básica entre o receptor, transmissor, e o ground loop

está exibido na Figura 20 abaixo.

Figura 20 Contribuição do Sinal da parede do poço

36

6.2: Skin Effect

Skin effect é um fenômeno de propagação eletromagnética. Como mostrado

na Figura 21, com o aumento da freqüência, o fluxo de corrente move-se para o

exterior da circunferência (skin) do condutor elétrico. As regiões interiores da seção

longitudinal comportam-se como um isolador.

Estes efeitos podem ser entendidos resolvendo as equações do

eletromagnetismo de Maxwell, as quais relacionam os vetores campo elétrico,

densidade de fluxo elétrico, campo magnético e a densidade de fluxo magnético

para distribuição do campo eletromagnético em cada ponto da formação.

Figura 21 Skin Effect

Em sistemas de medição de indução, o Skin Effect diminui a condutividade

aparente medida. Isso significa que a resistividade medida pela ferramenta é maior

que a resistividade real. Este efeito aumenta com o aumento da condutividade da

formação e para arrays longos.

37

6.3: Indutância Mútua

A indutância mútua reconhece que o campo magnético criado por cada

ground loop interage com os demais, mudando a magnitude e fase do sinal

recebido.

A magnitude da corrente de Foucault nos ground loops geradas pelos

transmissores de campos eletromagnéticos é uma função da condutividade da

formação. Outras tensões induzidas no ground loop afetam a amplitude e fase da

corrente de Foucault. Essas outras tensões são produzidas pelas interações dos

campos magnéticos dos próprios ground loops, e por outros ground loops.

Figura 22 Indutância Mútua

6.4: Casamento Direto

Casamento direto (direct coupling) é definido como o sinal diretamente

induzido à bobina receptora pelo transmissor. O desenho das bobinas receptoras

(mutuamente balanceadas) elimina este sinal enquanto a ferramenta estiver no ar –

fora do poço. Quando a ferramenta é colocada contra uma formação, passa a existir

um sinal de casamento direto resultante do efeito da formação sobre a ferramenta.

38

6.5: Efeitos da Parede da Formação

O campo magnético produzido pelo transmissor tem que passar através da

parede da formação – penetrando nesta. O tamanho da parede da formação, tipo de

material da parede, e a posição da ferramenta na parede afetam a indução a ser

medida, assim como a existência de irregularidades na parede do borehole irão

contribuir para alto sinal de ruído.

Figura 23 Efeito do Borehole

Foi dito anteriormente que o sinal-R era diretamente relacionado à

condutividade da formação e que este sinal estaria 180º defasado em relação à

corrente do transmissor. Na verdade o sinal recebido pelo receptor não está

exatamente 180º fora de fase. A diferença entre o sinal-R teórico e o real deve-se ao

skin effect, casamento direto e indutância mútua e é conhecida como sinal-X (X-

signal). Como se sabe qual a fase do sinal-R, pode-se medir a fase e magnitude do

sinal-X e corrigir o skin effect, casamento direto e a indutância mútua.

39

Capítulo 7: Laterolog

Os dispositivos de medição por laterolog possuem como idéia principal medir

a diferença de potencial entre dois eletrodos. As ferramentas de laterolog hoje

possuem também, outras utilizações, que são:

• Avaliação da resistividade verdadeira através da inversão

• Avaliar a saturação da água

• Análise de invasão

• Correções do borehole

Dentro do poço, caso a resistividade da formação seja muito elevada, a

corrente emitida pelas ferramentas até então conhecidas, iriam, em vez de penetrar

na formação, fluir pelo borehole, e o que a ferramenta mediria nada mais seria do

que a lama no borehole. Para medir a resistividade da formação, a corrente a ser

medida deve ser forçada a fluir na formação. Isto é chamado de “focusing”

(focalização). Os dispositivos de laterolog são dispositivos de foco. O termo laterolog

surgiu pois a corrente é forçada a fluir lateralmente para longe da ferramenta.

Para focar a corrente para dentro da formação, utiliza-se um eletrodo de

neutralização acima e outro abaixo do eletrodo de medição. Para garantir que a

corrente medida está fluindo para dentro da formação e também para manter a

forma das superfícies equipotenciais, posiciona-se dois eletrodos de tensão, M1 e M2

entre o eletrodo medidor da corrente emitida e o eletrodo de neutralização. A

corrente medida é ajustada até que a diferença de tensão entre M1 e M2 seja zero.

Isso garante que a área em frente a estes eletrodos de monitoração seja

equipotencial e a corrente medida esteja fluindo lateralmente para fora da

ferramenta. Esta técnica é conhecida como medição de laterolog profunda.

As ferramentas de laterolog que utilizam o tradicional princípio de dual

laterolog propiciam até quatro profundidades de investigação:

• Rasa

• Profunda

40

• Zona Invadida

• Azimutal

• Array

Figura 24 Laterolog Profundo Figura 25 Laterolog Raso

Rasa: Se a corrente está retornando para o corpo da ferramenta, em vez de ir

ao eletrodo da superfície, a superfície equipotencial fica um pouco distorcida e a

resistividade medida é influenciada por eventos muito próximos, ou rasos a

ferramenta.

Profunda: Neste caso como mostra a Figura 24, a corrente está retornando

ao eletrodo da superfície em vez de retornar ao corpo da ferramenta. Isto mantém a

forma das superfícies equipotenciais muito mais profundas na formação garantindo

que a corrente medida está fluindo profundamente para dentro da formação.

Dual Laterolog: É um dispositivo utilizado que combina os princípios de

laterolog raso a profundo, propiciando assim que a estimação do perfil da zona

invadida seja mais acurada.

Zona Invadida: É um sistema mais elaborado que utiliza o princípio de foco

ativo e passivo, os quais fogem do escopo deste trabalho. Através deste sistema,

41

mede-se três profundidades de investigação – para medir a espessura do mudcake,

a resistividade da zona invadida (Rxo) e a resistividade do mudcake (Rmc). Estas

medidas propiciam as entradas de correção do borehole para muitas outras

ferramentas.

Azimutal: Resistividades azimutais são resistividades medidas em torno do

borehole. Estas medições são muito úteis para avaliar boreholes muito desviados ou

horizontais. As sessões de resistividades azimutais possuem funcionamento similar

às ferramentas de eletrodos já existentes. Mede-se a corrente de um eletrodo e

verifica-se a diferença de potencial próximo ao eletrodo relativo a uma referência

remota. A diferença de potencial, dividida pela corrente e multiplicada por um fator

geométrico fornece a resistividade.

Figura 26 Dual Laterolog

Array: As resistividades de laterolog array são obtidas através de modos de

operação multi-freqüência empregando medição no estilo raso. Diferentes

profundidades de investigação são obtidas variando o comprimento dos eletrodos de

neutralização. Através das medições de arrays pode-se solucionar o modelo da

formação e determinar a correção para fatores ambientais (como shoulder bed

effects e invasão) e então calcular a resistividade da zona não invadida, Rt, que são

os principais objetivos deste tipo de medição.

A medição mais rasa está relacionada ao borehole e a mais profunda pode

ser comparada com a medição profunda do dual laterolog.

42

Figura 27 Laterolog Array

Invasão Limitada

Os dispositivos de dual laterolog possuem, tipicamente duas profundidades

de investigação principais: rasa e profunda. No caso da invasão ser limitada, as

duas medições irão ler entre a zona invadida e serão influenciadas em larga escala

pela resistividade da zona verdadeira. Conseqüentemente, as duas curvas irão ler

muito próximo da capacidade de detecção de invasão muito pobre e Rt inacurado.

Necessidade de medir Rxo

Laterolog provê tradicionalmente 2 medidas de resistividade principais em

diferentes profundidades de investigação. Na maior parte do tempo isto não é

suficiente para descrever completamente o perfil de invasão, pois precisa de uma

medição muito rasa para adicionalmente prover a resistividade da zona invadida

(Rxo) para estimar a resistividade da zona virgem.

7.1: Aplicações

Os dispositivos de laterolog são instrumentos de medição de resistividade.

Portanto, possuem as mesmas aplicações dos outros dispositivos:

• Correlação

• Saturação da água

43

• Análise de invasão

As medições por laterolog são recomendadas para certos tipos de ambientes

de borehole. Em contraste com as ferramentas de indução, as quais funcionam

melhor em boreholes com lama fresca e baixos contrastes entre Rt e Rm, as

ferramentas de laterolog funcionam melhor em:

• Boreholes com lama salgada

• Boreholes com alto contraste entre Rt e Rm. Normalmente a taxa Rt/Rm deve

ser maior que 10.

44

Capítulo 8: Array Induction Tools – AIT

Apesar da patente referente a medição de corrente de Foucault em

superfícies e boreholes datarem do início do século XX, a primeira técnica de

indução para perfilagem a ser implementada foi introduzida por H. G. Doll em 1949.

Doll derivou a ferramenta de perfilagem de borehole de um detector de minas que

foi desenvolvido pelo Departamento de Guerra dos Estados Unidos durante a II

Guerra Mundial.

Medições de indução foram originalmente propostas para substituir as

ferramentas de laterolog em lamas a base de óleo.

O sistema de AIT é designado para determinar, acuradamente a

condutividade da formação em poço aberto como função da profundidade do poço e

a distância radial dentro da formação. As ferramentas AIT representam a mais

avançada tecnologia de sistemas de medição de resistividade baseados em

indução.

Através de várias configurações de hardware, sistemas de indução

alcançavam no máximo duas profundidades de investigação: média e profunda.

Medições rasas (Rxo) tinham que ser obtidas utilizando uma ferramenta que se

baseava em princípios físicos diferentes, como as técnicas de laterolog. Os

dispositivos de laterolog não funcionam em ambientes de borehole não condutivos,

diferentemente das ferramentas de indução. Devido aos diferentes princípios

envolvidos, dispositivos de laterolog e indução não respondem igualmente em

diferentes condições de borehole.

O sistema de AIT possui oito arrays receptores balanceados e pode alcançar,

através de controle por software (em vez de arranjos mecânicos das bobinas de

neutralização), a focalização via software tanto na direção vertical quanto horizontal.

A Figura 28 exibe um esquema de como é realizado o processamento de

dados do AIT.

45

Figura 28 Processamento dos dados do AIT

Como algumas funções da ferramenta de indução podem-se citar:

Descrição de Invasão – invasão ajuda a determinar a presença de

movimentação de hidrocarbonetos.

Análise do Thin Bed – Como os reservatórios de óleo do mundo vão

decrescendo, se torna mais importante encontrar pequenos reservatórios os quais

podem ter sido perdidos com as gerações anteriores das ferramentas.

Correlação – Correlação de poço para poço ajuda a identificar as condições

dos reservatórios.

As ferramentas de indução hoje em dia, utilizam processamento que vai ao

encontro com os requerimentos de uma ferramenta de indução ideal.

46

Grandes profundidades de investigação (90 polegadas) conseguem

“enxergar” além de qualquer invasão.

Resolução vertical de 1 pé, que elimina qualquer efeito “shoulder bed”.

Pouco efeito da parede da formação. As correções de borehole são

modeladas através do “envelope stated”.

O skin effect é medido e compensado através da medição do sinal-X.

Grande parte do sinal mútuo (X em laranja na Figura 29 ) é cancelado pelos

arrays, os quais utilizam bobinas receptoras mutuamente balanceadas (verde).

Figura 29 Ação das bobinas de neutralização e ação da formação sobre as bobinas receptoras

(Rx)

Esta combinação entre bobina receptora, bobina de neutralização e

transmissor na ferramenta de indução AIT-H é exibido a seguir:

Figura 30 AIT-H

O método do array consiste em combinar arrays transmissores – receptores

múltiplos para produzir um conjunto de medições em várias profundidades de

47

investigação. Com os valores destas medições é realizado um processo de

engenharia reversa para que se obtenha uma estimação do valor de Rt

(resistividade da zona virgem ou verdadeira).

A ferramenta de indução AIT utiliza um método através do qual cada sinal-R

e sinal-X recebido por cada um dos oito arrays é processado de tal maneira para

determinar o perfil (log) da resposta em diferentes profundidades de investigação.

Cada novo perfil é uma combinação de todos os arrays medidos.

8.1: Resposta da Ferramenta de Indução

Aplicando-se os princípios de indução eletromagnética já discutidos

anteriormente poder-se-á verificar a influência de cada ground loop no sinal

recebido, chamado de fator geométrico ou função resposta.

Figura 31 Efeito de cada ground loop no sinal recebido

8.1.1: Resposta Born

A análise da contribuição relativa de um elemento da formação para o sinal

recebido é muito complicada, porém muito previsível. Essas análises estão

baseadas numa solução mecânica de quantum, desenvolvida por um físico

chamado Max Born e é conhecida como funções de resposta Born.

A função de resposta Born para um sistema constituído por um único receptor

e um transmissor é exibida na Figura 32.

O 1º gráfico exibe uma visão 3D da função de resposta. A contribuição de

cada ponto na formação pode ser visto por este gráfico.

48

O 2º gráfico exibe uma visão 2D da função, como se estivesse observando a

lateral da ferramenta. Tem-se aqui dois pontos de interesse:

• A resolução vertical é de 60 polegadas. – Resolução vertical é definido

como a distância vertical entre a qual 90% do sinal recebido é

proveniente.

• As várias curvas apresentadas são as respostas de Born em diferentes

condutividades. A resposta muda em diferentes condutividades devido

ao skin effect.

O 3º gráfico exibe visão 2D da função, como se estivesse observando a

ferramenta do fundo. Tem-se aqui dois pontos de interesse:

• A profundidade de investigação de um array de indução é definido

como o ponto médio da resposta radial integrada. Isto significa que a

profundidade de investigação de uma ferramenta de indução é a

distância do centro da parede do poço através da qual provêm 50% da

contribuição do sinal recebido.

• O skin effect também é visualizado neste gráfico. O skin effect é visto

como a redução da profundidade de investigação devido ao

crescimento da condutividade.

A equação da função resposta de Born é constituída por:

� �∞

∞−=

ρρσρσρ

0),,(),( dzdzgG Bornp

Equação 11 Função Resposta Born

Onde:

σ é a condutividade

ρ é a distância radial

z é a distância axial

g é o fator geométrico

49

Figura 32 Resposta de Born duas - bobinas

50

8.1.2: Ponderação de Pesos entre os Arrays via Software

A representação matemática da distribuição de pesos via software é exibida

na Figura 33. Neste exemplo é mostrado o processo de formação do perfil para as

respostas de 10 e 90 polegadas.

Os perfis são formados como uma soma ponderada das medições dos arrays

corrigidos pelo borehole. Os pesos são determinados definindo-se a reposta

desejada em termos da resolução vertical, profundidade de investigação e resposta

2D próxima ao borehole. O conjunto de equações resultantes é dependente e é

resolvida pela técnica dos mínimos quadrados para a matriz de inversão. Este

método de determinação foi desenvolvido pelo centro de pesquisas de

Schlumberger.

Figura 33 Representação Matemática do processo de ponderação de pesos via

software

No conjunto de processamento de dados, a ponderação de pesos via

software é o segundo passo. É utilizado para calcular as medidas das cinco

profundidades de investigação provenientes dos 16 dados já corrigidos da ação do

borehole gerados pelos oito arrays receptores do AIT. Durante este processamento,

51

fatores de ponderação de pesos (baseados na função resposta Born) são

estabelecidos de tal maneira a representar a contribuição de cada um dos oito

arrays nas cinco curvas de profundidades de investigação. Cada medição do array

já ponderado é então somada para fornecer a resposta, como mostrado a seguir.

Figura 34 Ground loop individual

A formação em torno da ferramenta pode ser dividida em anéis individuais,

chamados de ground loops. Um exemplo de ground loop é exibido na Figura 34.

Neste exemplo, define-se as partes elementares destes anéis como elementos.

Figura 35 Ação dos Ground Loops

52

A resposta de cada anel e cada elemento do anel é uma função da distância

entre o anel e as bobinas (Tx e Rx).

Figura 36 Elementos do Anel

Pode-se representar cada anel utilizando um elemento do anel.

Diferentes distribuições de pesos são computadas dependendo da

profundidade de investigação e da resolução vertical a ser alcançada.

O software utiliza diferentes médias de pesos das condutividades “cruas”

para obter as três resoluções verticais diferentes e as cinco curvas para cada

resolução vertical.

Profundidade de Investigação Média: É a distância horizontal da qual

provêm 50% das resposta de condutividade.

Resolução Vertical: É a distância vertical da qual provêm 90% da resposta

de condutividade.

o Resolução Vertical de 1 pé

o Poço bom (bem definido) ou contrastes Rt/Rm pequeno (<100)

o Lama a base de óleo

o Beds com ângulos baixos

o Boas condições de borehole

o Resolução Vertical de 2 pés

o Melhor para poço ruim

o Normalmente bom par Rxo<Rt

o Resolução Vertical de 4 pés

o Este é o método mais robusto, utilizado quando:

53

� Poço ruim

� Lama salgada

� Rxo<<Rt

Figura 37 Distribuição de pesos via Software

A resposta de cada elemento é exibida como a altura sobre o plano –

podendo ser positivo ou negativo. Calcula-se a resposta Born para cada distância

entre transmissor-receptor.

8.2: Correção do Borehole

As medições do AIT estão baseadas em um modelo preditivo que relaciona

as medições de resistividade às características do meio do borehole. O modelo

assume as seguintes proposições:

o O borehole é muito longo (infinito).

o O borehole é liso e circular.

o A ferramenta está centralizada no borehole.

Na verdade o borehole não é redondo nem liso, infinitamente longo e

tampouco a ferramenta está centralizada. Devido aos fatores físicos não cumprirem

com as especificações do modelo, o dado atual deve ser corrigido. As correções de

54

borehole nos dados “crus” dos arrays de indução são feitas em tempo real, antes

que qualquer outro tipo de processamento de dado seja feito.

Pode-se definir quatro parâmetros que serão utilizados para esta correção.

São eles: resistividade da lama (Rm), resistividade da formação (Rf), raio do poço (r)

e standoff (s).

Para a obtenção destes parâmetros utiliza-se um modelo de engenharia

reversa em que entra-se com os dados lidos pelos quatro menores arrays num

banco de dados com mais de 90.000 pontos. Os valores dos quatro parâmetros são

variados até que fique dentro do range esperado.

Figura 38 Modo de Correção do Borehole

Com a informação dos dados dos quatro arrays é possível que se estime via

software apenas dois dos quatro parâmetros necessários conforme ilustra a Figura

38. Deve-se então escolher quais parâmetros serão computados para utilização da

correção do borehole.

Como a resistividade da formação sempre será incerta, pois sua medição

pode ser influenciada pelo efeito do bed ou ter sido invadida, deve-se sempre utilizar

este parâmetro para ser computado. Desta maneira resta apenas mais um

parâmetro a ser escolhido para ser computado. No caso da ferramenta AIT é

preferível escolher o parâmetro referente ao standoff.

A Tabela 3 lista como pode-se obter os valores das variáveis relacionadas as

características da formação:

Variável da Formação

Fontes

Condutividade O AIT-H possui um sensor que mede a resistividade da lama (Rm) integrado

55

da lama (Cm) na ferramenta. (Cm) pode ser calculado a partir de Rm). Cm pode ser computado através de uma quantidade de lama medida na superfície. (Esta é uma computação linear e não é afetado por nenhuma propriedade de lama relacionada à profundidade). Cm pode ser medido por uma ferramenta chamada Auxiliary Measurement Sonde (AMS). Cm pode ser calculado utilizando processo inverso caso r e x sejam conhecidos.

Raio do Borehole (r)

r pode ser considerado constante baseando-se no tamanho da broca de perfuração. r pode ser calculado utilizando processo inverso caso Cm e x sejam conhecidos. r pode ser obtido através da medição de caliper.

Standoff (x) x pode ser definido assumindo-se no tamanho da aleta do standoff.

Deve-se esforçar para que a ferramenta seja utilizada centralizada a fim de eliminar a correção sobre a variável x x pode ser determinado utilizando processo inverso caso Cm e r sejam conhecidos.

Tabela 3 Variáveis relacionadas à formação

A figura abaixo ilustra o processo de correção do borehole exibindo sua

seqüência de processamento de dados.

Figura 39 Processo de Correção do Borehole

56

A seqüência dos eventos a seres executados pode ser assim descrita:

o Define-se dois ou mais parâmetros da formação. Pode-se ter no máximo dois

parâmetros desconhecidos. (Sendo que este processo sempre terá Cf

desconhecido).

o Condutividade da lama (Cm)

o Raio do borehole (r)

o Distância entre a ferramenta e a parede do borehole – conhecido como

standoff – (s)

o Condutividade da formação (Cf)

o Após estes dados serem passados para a ferramenta, o algoritmo de

correção é aplicado ao valor “cru”, tornando-o um valor corrigido da ação do

borehole.

o O valor corrigido do borehole é comparado com o dado proveniente do

modelo.

o Se o valor do dado corrigido coincidir com o valor do modelo, então a

condutividade da formação (Cf) provinda do modelo é utilizada como

valor de saída.

o Se estes valores não coincidem, as variáveis da formação são

ajustadas e o processo de comparação é repetido até que a melhor

solução seja obtida.

As correções de borehole são críticas quando se possui alto contraste entre

Rt/Rm e quando se possui um perfil com profundidade de investigação rasa. Estas

correções são utilizadas para o tamanho e forma do borehole assim como para

standoff e posicionamento da ferramenta.

8.3: Sistema de Comunicação

Telemetria é a ciência e tecnologia de medição e transmissão automática de

dados via cabo, radio ou outros meios de uma fonte remota, como veículos

espaciais até estações que recebem, gravam e analisam estes sinais.

57

Na Schluberger a telemetria é utilizada para efetuar a comunicação entre o

equipamento de superfície e o conjunto de ferramentas no fundo do poço conforme

pode ser observado na

Figura 40.

A telemetria analógica funciona de tal maneira que cada sensor ou função

necessita de uma linha dedicada. A telemetria digital possui sensores “inteligentes”

que podem comunicar entre si através de um barramento comum.

O AIT-H utiliza telemetria do tipo TCC – Telemetry Comunication Cartridge,

também conhecida como CTS – Cable Telemetry System para comunicar-se com os

equipamentos de superfície.

Figura 40: Cartucho de Telemetria

Este sistema de comunicação funciona da seguinte maneira:

É dividido em dois links: CTS uplink e CTS downlink.

O CTS uplink transmitirá os dados lidos e enviados pela ferramenta e o CTS

downlink irá transmitir os comandos enviados pelo engenheiro ou pelo software a

serem executados pela ferramenta.

Durante a transmissão de dados a verificação de erros é realizada através do

método CRC – Cyclic Redundancy Check, um CRC é computado pelo cartucho de

telemetria e outro é computado pelo módulo e então estes são comparados. Se

58

estes valores não forem iguais, isto indicará que houve um erro na comunicação e

este dado será descartado. O comando enviado à ferramenta também é verificado

através do método de CRC, comando com erro serão ignorados e o TCC irá acionar

um bit na sua mensagem requisitando ao módulo o reenvio do comando perdido.

Cada comando de ferramenta carrega seu próprio endereço, que é um

número único designado quando a ferramenta foi declarada.

No início do frame da telemetria CTS, o TCC gerará um pulso “GO” que

sinalizará todas as ferramentas a estarem prontas para receber pulsos “UCLOCK”

do TCC. O clock será enviado primeiramente à ferramenta acima do TCC através do

Daisy Chain UP (DCHAINUP) de maneira que a ferramenta acima do TCC receberá

o clock para enviar seus dados através da linha “UDATA”. Estes dados são

recebidos pelo TCC e retransmitidos para a superfície.

Uma vez que a ferramenta de cima terminou de enviar seus dados, ela envia

o clock do TCC a ferramenta abaixo através do canal “UCLK” e então estará na vez

desta ferramenta enviar seus dados. Este esquema de “token clock” continuará para

as ferramentas abaixo até que todos os dados sejam transmitidos.

Figura 41: Sistema Token clock

59

8.3.1: Modulação Bifásica

A modulação bifásica é largamente utilizada na indústria para transmissão de

dados digitais em cabos pois é uma tecnologia relativamente simples e robusta. O

sinal digital é modificado de modo que o envio de strings longos de zeros (“0”) ou de

uns (“1”) não provoquem o efeito indesejável de enviar corrente contínua (DC)

através do cabo.

O sistema de telemetria CTS (Cable Tension Telemetry) utiliza este método

de modulação para transmissão de dados.

A seqüência da modulação bifásica é exibida na Figura 42.

Figura 42: Modulação Bifásica

1. Representa um dado digital a ser transmitido.

2. O modulador bifásico transmite o dado como um clock com a mesma

freqüência do dado, todo sinal ou “1” produz uma transição extra.

Figura 43: Transição extra produzida pelo modulador

3. O sinal é então amplificado e enviado para o cabo.

4. Transmissão do sinal pelo cabo.

5. O sinal é amplificado ao chegar à ferramenta.

6. O equalizador provê uma função de transferência inversa à função de

transferência do cabo.

60

7. Aplicando um threshold na saída do equalizador, pode-se recuperar o

sinal bifásico.

Figura 44: Aplicação de threshold

8. O demodulador irá recuperar o dado enviado.

Este sistema de modulação bifásico é utilizado tanto para enviar dados

downhole (da superfície para a ferramenta) assim como uphole (da ferramenta para

a superfície).

8.4: Aplicações das ferramentas de Indução

Dispositivos de medição de indução são dispositivos de resistividade. Suas

aplicações são as mesmas dos dispositivos de resistividade:

• Correlação

• Saturação da água

• Análises de invasão

Ferramentas de indução podem operar em boreholes com fluidos não

condutivos. Este era o propósito inicial para desenvolver as ferramentas de indução.

Ferramentas de resistividade necessitam da presença de fluidos condutivos no

borehole para que as medidas sejam realizadas.

Profundidades de investigação múltiplas permitem a utilização de modelo de

invasão melhor de tal maneira a melhorar o processo reverso para encontrar Rt e

Rxo. As cinco profundidades de investigação propiciam que interpretações

qualitativas sejam realizadas.

61

8.4.1: Perfil do AIT em uma Zona de Transição

Na Figura 45 é exibido um perfil gerado pelo AIT. Pode ser observado que

abaixo da profundidade de 5275 metros todas as curvas do AIT, que estão

investigando em diferentes profundidades, encontram-se juntas, ou seja, que a

resistividade da formação está constante ao longo da zona investigada. Analisando

ao mesmo tempo a curva de Raios Gamas (curva verde no lado esquerdo da figura)

verificamos que a incidência de raios gamas emitidos pela formação é relativamente

alta, o que implica que a formação possui elementos naturais que são emissores de

raios gamas, como potássio, tório ou urânio. Estes elementos estão presentes,

normalmente, em rochas argilosas, as quais possuem grau de permeabilidade muito

baixo, impedindo que haja fluxo de óleo ou gás.

Na região de profundidade entre 5260 e 2567 metros pode-se verificar que as

curvas de investigação do AIT estão separadas, significando que entre estas

profundidades houve diferentes graus de resistividade, concluindo-se que houve

invasão de fluido na zona inspecionada, evidenciando que a região é constituída por

rocha porosa, o que é confirmado pelo perfil de raios gamas, que nesta

profundidade apresenta valores baixos. Através deste perfil pode-se observar que a

curva que mede a resistividade mais próxima ao borehole (profundidade de

investigação de 10 polegadas) apresenta maior detecção de resistência que as

demais curvas em diferentes profundidades de investigação, essa leitura evidencia

que a lama presente no poço (utilizada durante a perfilagem) é uma lama a base de

óleo.

62

Figura 45: Exemplo de um Perfil do AIT

Dispositivos de Resistividade versus Condutividade

Ferramentas de indução utilizam bobinas transmissoras para induzir corrente

que flua na formação através dos ground loops e seja detectada pelas bobinas

receptoras. O sinal recebido é proporcional à condutividade da formação, por isso as

ferramentas de indução são chamadas de dispositivos de condutividade. Sendo

63

assim, a ferramenta é mais acurada quando o sinal recebido é forte – em formações

de alta condutividade (baixa resistividade).

Figura 46 Resposta Condutividade x Resistividade

Como as medições de indução são realizadas sem emitir corrente da

ferramenta para a formação, as ferramentas de indução permitem que sejam feitos

perfis de resistividade em borehole que contenham fluidos não condutivos, como por

exemplo em lama a base de água potável, lama a base de óleo, gás e ar. Sendo

assim, o sinal recebido pela ferramenta refletirá a verdadeira condutividade da

formação, sem sofrer interferência do fluido presente no borehole. As ferramentas

de indução irão funcionar em lama condutiva, porém o sinal provindo do borehole

será maior e muito mais difícil de ser corrigido.

Figura 47 Limitações do AIT

64

Dispositivos de resistividade (ferramentas de laterolog) são equivalentes a um

circuito serial.

Dispositivos de condutividade (indução) são equivalentes a circuitos

paralelos.

65

Capítulo 9: Calibração

A calibração da ferramenta de indução é similar à calibração de quase todos

os sensores. A forma mais simples de se prover esta correção é baseando-se num

sistema linear, que é determinado completamente por um ajuste sensível (em outras

palavras, ajuste de ganho) e ajuste de offset.

A calibração do AIT não pode apenas ser “perto suficiente”. O processo para

obter uma calibração de qualidade envolve dois componentes principais: o

equipamento/área de calibração e a técnica operacional.

A calibração da condutividade aparente é calibrada para cada array e então o

sinal é unificado num sinal que é processado e passa pelo algoritmo de correção do

borehole para produzir a resistividade final.

Cada um dos oito arrays do AIT produz um número complexo (sinais R e X)

para estimar a condutividade da formação em uma ou duas freqüências,

dependendo do array. São totalizados 14 diferentes sinais complexos de medidas

de condutividade a serem calibrados.

A correção de ganho que é realizada é referenciada como correção do arco

de teste e é um número complexo – possui magnitude e fase. Como existem 14

condutividades complexas que devem ser calibradas, deve-se realizar 14 correções

de arco de teste. O offset (sonde error) é constituído por 14 números complexos de

correção.

9.1: Calibração com os Arcos de Teste

A primeira calibração padrão, conhecida como arco de teste, é constituída por

um arco de metal preciso com uma resistência terminante. Este arco padrão é

utilizado para determinar a resistência da ferramenta. O arco é modelado

minuciosamente para que seja utilizado para simular uma formação com

condutividade conhecida. Existem três tamanhos diferentes dos arcos de teste, e

cada array deve ser calibrado com um dos arcos previamente definidos.

66

A bobina transmissora induz uma tensão dentro do arco de teste que é

aproximadamente proporcional à sua área. Isto, por sua vez, ocasiona fluxo de

corrente que é inversamente proporcional à impedância do arco. Esta corrente

produz um campo magnético que é aproximadamente proporcional à área do arco,

sendo assim induzida uma tensão nos arrays receptores. Este casamento deve ser

modelado analiticamente com grande precisão, deste modo a acuracidade do

procedimento depende da acuracidade do diâmetro do arco e da sua impedância

total.

A quantidade de casamento no sistema receptor muda acentuadamente

como função da posição do arco no eixo da ferramenta.

A medição para correção com o arco de teste é um processo constituído por

dois passos. Primeiro mede-se o ambiente (o sinal lido pela ferramenta sem o arco

de teste) e então mede-se com o arco de teste. A relação, medição com arco de

teste menos medição do meio é requerida e conhecida como correção do teste com

arco. Todas as medidas subseqüentes devem ser multiplicadas por esta relação,

que é chamada de fator de ganho.

9.2: Offset de Correção (Sonde Error)

Tendo determinado o fator de ganho, deve-se determinar o offset. A correção

de offset é conhecida como sonde error, e é calculado utilizando o sinal corrigido

pelo ganho na ausência de qualquer material condutivo de corrente elétrica.

O offset surge da inabilidade de zerar-se completamente o sinal produzido

pelo casamento direto entre os pares da bobina transmissora e receptora.

O lugar ideal para se medir e calcular o offset seria fora do espaço – algum

lugar sem vestígios algum de materiais condutivos. Como isto não é possível, o

melhor lugar para se calibrar é em uma área de calibração construída com duas

alturas para calibração. Nesta área de calibração a ferramenta fica suspensa em um

meio homogêneo “metade espaço”, uma situação que pode ser modelada

matematicamente com alto grau de acurácia. O efeito desta “metade espaço” varia

com a altura da ferramenta sobre o solo. A diferença na leitura da condutividade

entre as duas alturas proporciona a estimação tanto da condutividade na “metade

67

espaço” assim como o fator de correção do sinal do solo. O sinal restante, após

subtrair-se a contribuição do sinal do solo é o offset.

Figura 48 Área de calibração com duas alturas de medições

9.2.1: Procedimento do cálculo do Offset

Mede-se a condutividade (σ) do meio com a ferramenta na altura de 4 pés e

depois com a ferramenta na altura de 12 pés. Deve-se salientar que esta medição

deve ser realizada para cada um dos arrays. Calcula-se a variação da condutividade

(σ4ft - σ12ft). Como exibido na Figura 49 , partindo-se do eixo das abscissas, deve-se

traçar uma curva até que cruze a curva referente à condutividade da terra, deste

ponto traça-se uma reta em direção ao eixo das ordenadas, este ponto representa o

sinal do meio existente, ou seja, deve-se multiplicar este valor por (-1) e este será o

valor de offset para correção do sinal recebido.

68

Figura 49 Diferença entre nível Alto e Baixo da sonda

O método de cálculo de offset da sonda em duas alturas gerou um offset de

correção em uma temperatura. Para obter-se uma medição mais acurada deste

valor, utiliza-se uma correção do valor de offset em função da temperatura. Esta

correção incremental foi determinada posicionando-se a ferramenta em um forno

não condutivo e medindo-se a mudança do offset em cada um dos arrays de acordo

com a temperatura. Os valores das mudanças foram então ajustados a uma curva

polinomial e os coeficientes deste polinômio devem ser restaurados antes de iniciar-

se a perfilagem.

A área de calibração propicia que a medição do offset seja corrigida do efeito

de condutividade da terra. Em cada nível a medição leva em torno de 1 minuto para

cada array, média, desvio padrão e erro são computados e o ganho dos arcos de

teste é aplicado. Isto resulta numa medição de offset em cada nível para

temperatura ambiente. Utilizando a caracterização da temperatura para cada sonda

individualmente (pois cada sonda possui uma caracterização particular), o offset

para cada nível é recalculado. Os dois valores (dos dois níveis) são utilizados para

computar a contribuição do meio para o cálculo do offset. Subtraindo-se esse valor

chega-se no offset necessário para corrigir o valor lido pela sonda.

69

9.3: Auto-Calibração (Calibração Secundária)

A calibração secundária é realizada para corrigir o efeito da variação de

temperatura no sistema eletrônico de medição. No AIT, esta estabilização do

sistema eletrônico de medições é realizado por uma técnica chamada auto-

calibração (que não deve ser confundida com a calibração mestra).

O principal efeito da variação de temperatura no sistema eletrônico de

medições do AIT é a mudança de sensibilidade (mudança de ganho ou de fase).

Esta mudança de sensibilidade pode ser causada pela variação da corrente do

transmissor ou por outros fatores que se alteram com a mudança de temperatura.

Caso essas variações na eletrônica não sejam corrigidas, ocorrerão mudanças

excessivas na sensibilidade da ferramenta. Essa correção é realizada pela auto-

calibração, e consiste em uma rede passiva muito estável que entrega o sinal

diretamente proporcional à corrente do transmissor à entrada do sistema eletrônico

de medição. Os sinais “crus” recebidos pelos arrays que chegam à entrada do

sistema de medição são também diretamente proporcionais à corrente do

transmissor.

O sinal dos arrays e o sinal da auto-calibração são afetados identicamente

pelo sistema de medição. A taxa do sinal “cru” com relação ao sinal auto-calibrado é

constante, pois tanto o numerador quanto o denominador são afetados pelo mesmo

fator de ganho. Portanto esta taxa mantém-se constante apesar das variações da

medição absoluta do ganho (ou fase). Relacionando a condutividade da formação à

taxa do sinal absoluto, o efeito da temperatura no sistema eletrônico de medição

pode ser eliminado virtualmente.

9.4: Calibração para Eliminar a Condutividade Aparente da

Formação

9.4.1: Calibração Secundária

O diagrama de blocos simplificado do sistema de medições do AIT pode ser

observado na Figura 50. Na extremidade direita, a corrente do transmissor é

70

indicada como iT. Os arrays receptores percebem o estímulo desta corrente através

do array receptor de tensão.

Figura 50 Diagrama Conceitual da Medição

A tensão total recebida pode ser expressa como:

ησσ )( ASETr iV +=

Equação 12

σSE: Offset complexo (Sonde Error) [mS/m]

σA: Condutividade aparente da formação [mS/m]

iT: Corrente do transmissor [A]

η: Sensibilidade do array [V/((mS/m)A)]

A tensão recebida pelo array receptor é então filtrada, amplificada e

detectada pelo sistema de aquisição eletrônico. Todos os ganhos antes da detecção

do sinal são reunidos em um número complexo GA e todos os ganhos após a

detecção em outro número complexo GD. Sendo assim, o sinal recebido pelo

sistema de computadores, denotado por SIndRaw no diagrama de blocos, representa

o sinal medido sem a calibração.

DAASETindRaw GGiS ησσ )( +=

Equação 13

SIndRaw: Medição da indução “sinal cru” [V]

Neste ponto tem-se um número complexo de tensão sem calibração que é

sensível a mudanças na corrente do transmissor e aos ganhos pré e pós detecção.

71

Para estabilizar a medição da indução contra mudanças da corrente do

transmissor e ganhos eletrônicos é necessário que se faça uma medida

independente deste produto.

Figura 51 Diagrama da Calibração

Isto pode ser visto como:

DATIndThruCal GKGiS =

Equação 14

SIndThruCal: a medição “crua” da indução [V]

K: fator da calibração secundária entre o sinal de tensão na entrada do sistema de eletrônica e a corrente do transmissor [V/A]

Passa-se a utilizar a seguinte taxa:

η

σσησσKGKGi

GGiSS ASE

DAT

DAASET

IndThruCal

IndRaw )()( +=

+=

Equação 15

Pode-se perceber que esta taxa é independente da corrente do transmissor e

dos ganhos da pré e pós detecção da eletrônica.

Esta taxa de sinal pode fornecer uma primeira aproximação da temperatura

estabilizada com a condutividade aparente medida, como:

ASEIndThruCal

IndRawIndElecCal

KSS

S σση

+≅���

���

���

����

�=

^

Equação 16

72

SIndElecCal: Primeira estimação estabilizada da condutividade aparente [mS/m]

���

���

η

^

K : Valor nominal calculado de k/η [mS/m]

Para se obter a condutividade aparente da formação é necessário que a

constante de proporcionalidade k/η seja conhecida assim como o offset (σE).

9.4.2: Calibração Primária

Através da calibração primária pode-se definir a constante de

proporcionalidade e o offset com acuracidade.

9.4.2.1: Ganho do Arco de Teste

A constante de proporcionalidade pode ser reescrita como o valor de K/η do

modelo com valores nominais ����

��

ηK̂ com o fator de correção GTL, que é o ganho do

arco de teste, conforme ilustra a equação a seguir:

TLGKK���

���

�=

ηη

^

Equação 17

Reescrevendo a Equação 15 com relação a Equação 17 chega-se na

Equação 18:

ASETLIndElecCalTLIndThruCal

IndRaw

IndThruCal

IndRaw GSGK

SSK

SS σσ

ηη +==���

���

���

����

�=��

����

�^

Equação 18

Para obter-se o valor do fator de correção (GTL) pode-se escrever a relação

entre a diferença da condutividade da formação acrescentada da condutividade do

meio e da condutividade apenas do meio, como exibe a Equação 19.

73

( ) TLBBTLTLBackgroundIndElecCalTL

BachgroundPlusTestLoopIndElecCal GSGS σσσσ =−+=−

Equação 19

Resultando em:

BackgroundIndElecCal

BachgroundPlusTestLoopIndElecCal

TLTL SS

G−

Equação 20

9.4.2.2: Offset (Sonde Error)

Tendo-se determinado o fator de correção do ganho do arco de teste,

determina-se o offset utilizando a área de calibração de duas alturas. O offset versus

altura e a condutividade da terra resulta em uma relação com dois valores

desconhecidos: o offset (σSE) e a condutividade da terra (σGND). Tendo-se duas

medições com duas variáveis desconhecidas com funções uniformes, pode-se

resolver como um sistema simples com duas equações e duas variáveis:

( ) ( ) SE

Modelado

GNDaltura

atual

SEGNDaltura σσσσσσ +=���������� ���� �� 11 ,

Equação 21

( ) ( ) SE

Modelado

GNDaltura

atual

SEGNDaltura σσσσσσ +=���������� ���� �� 22 ,

Equação 22

A diferença das duas leituras nas duas alturas pode ser modelada como

função apenas da condutividade da terra, sem ter que se preocupar com o offset

momentâneo da sonda. Como a diferença entre as condutividades para as duas

alturas é função apenas de uma variável, pode-se inverter esta função para obter-se

o valor de σGND, ficando:

( )2,1σσ ∆= fGND

Equação 23

74

( ) ( )

( ) ( )��� ���� ����� ���� ��

��������������

Atual

SEGNDaltura

Atual

SEGNDaltura

Modelado

GNDaltura

Modelado

GNDaltura

σσσσσσ

σσσσσ

,, 12

122,1

−=

−=∆

Equação 24

��

��

�−=

������Atual

altura

Atual

alturaGND f 12 σσσ

Equação 25

Da Equação 25 pode-se calcular o offset atual:

( )����������

Modelado

GNDaltura

Atual

alturaSE σσσσ 11 −=

Equação 26

O offset de correção é o inverso do offset:

SESEC σσ −=

Equação 27

Aplicando-se os dois fatores de correção (ganho do arco de teste e correção

do offset) gera-se a estimação completa da calibração da condutividade aparente,

que adicionando à Equação 18 resulta em:

( ) ( ) ( )ASEASESECTLIndElecCalIndFullCal GSS σσσσσ =−++=+=

Equação 28

75

Capítulo 10: Área de Calibração

O processo de calibração da ferramenta de indução AIT envolve a utilização

de uma área de calibração específica para esta ferramenta. Conforme se pôde

observar no capítulo anterior, esta área de calibração deve cumprir alguns pré-

requisitos para assegurar que a qualidade da calibração realizada seja elevada.

Até o início deste trabalho, as ferramentas de indução da base Wireline –

Macaé (RJ) eram calibradas na base de São Mateus (ES), pois a base de Macaé

era desprovida da área de calibração.

A área de calibração deve ser livre de metais, pois a presença que metal na

área iria influenciar a calibração da ferramenta, uma vez que materiais condutivos

iriam alterar a intensidade do campo magnético gerado pelos array transmissor e,

por conseguinte, a corrente mensurada pelos arrays receptores.

Da mesma maneira que esta área deve ser livre de metais, deve também

estar longe de antenas e linhas transmissoras de energia, pois da mesma maneira

estes afetarão o campo magnético gerado.

A base de Wireline – Macaé é desprovida de uma área livre de metal, pois o

chão de toda base é cimentado sobre uma malha de ferro, ficando inviável a

construção da área de calibração dentro da base.

10.1: Especificações da Área de Calibração

Para que a calibração do AIT seja acurada, necessita-se de uma área de 80 x

60 pés (18,3 x 24,4 m) livre de materiais condutivos. Deve-se também realizar uma

inspeção no solo para certificar-se de que não haja metais enterrados e/ou

tubulações que possam influenciar o resultado da calibração.

Como já discutido anteriormente neste texto, a facilidade de calibração deve

servir de suporte para o AIT em duas alturas diferentes, uma a quatro pés (1,2 m) e

outra a 12 pés (3,7 m) acima do nível do solo para que assim o offset de correção

seja calculado corretamente.

76

Para a montagem da facilidade de calibração foram utilizados materiais

especialmente fabricados para este fim, pois não pode conter material condutivo,

como pregos, por exemplo.

A facilidade é composta por sete postes de madeiras perfeitamente

alinhados. O número de postes deve-se ao fato de que a ferramenta não pode estar

torta nem formando “barriga”, pois caso isso ocorra, a calibração será afetada. A

distância entre o primeiro e o último poste é de 34,31 pés (10,45 m), e o

comprimento da ferramenta de indução acoplada ao sistema de telemetria

necessário para acioná-la mede 21,92 pés (6,68 m).

Figura 52 Área de Calibração do SPC (Sugar-Land Product Center)

Para a suspensão da ferramenta de uma altura a outra utilizou-se cordas de

nylon que passam através de polias especiais para conduzir as cordas. Estas cordas

juntam-se em um elo que está preso a outra corda que está conectada a um

guincho responsável pela elevação/abaixamento da ferramenta.

A distribuição da facilidade de calibração na área designada para calibração

deve ser:

77

Figura 53 Disposição da ferramenta na área de calibração

Esta facilidade deve ter capacidade de sustentar até1250 lbf (570 Kgf) e o

guincho tem que ter capacidade mínima para sustentar 2000 lbf (907 Kgf),

cumprindo-se assim com as especificações da empresa para levantamento de

pesos.

10.2: Pesquisa pela Área de Calibração

Como já foi mencionado anteriormente, a área para a calibração do AIT deve

ser livre de materiais condutivos e distante de antenas e transmissores que possam

interferir no campo magnético gerado pela bobina transmissora.

A inspeção da superfície da área é realizada de maneira trivial, basta verificar

visualmente se há materiais condutivos no local desejado ou não. Já a inspeção do

solo torna-se algo mais complicado. Poder–se-ia ter realizado uma busca por

materiais condutivos utilizando algum detector de metal convencional, porém caso

fosse utilizado um detector de metal dever-se-ia utilizar sua capacidade máxima de

detecção e, muito provavelmente esta capacidade seria menor que a capacidade de

investigação do AIT, resultando assim em uma busca por metais numa área menor

do que a área que realmente influenciará a calibração do AIT.

78

Baseando-se nestas informações, optou-se por utilizar o próprio AIT como

ferramenta de inspeção da área em questão, pois sua capacidade de investigação

vai além de 20 pés para dentro da terra, garantindo que toda a área que possa

influenciar sua medição estará livre de materiais condutivos.

Para realizar as medições da área candidata é necessário que se posicione o

AIT na região desejada sobre dois suportes de madeira de quatro pés de altura.

Deve-se varrer a área desejada e, para tanto, foram estabelecidas nove posições

em que o AIT deve ser colocado, distanciando-se umas das outras por três pés em

dois planos. Conforme pode ser visto na Figura 54. Na primeira posição são

realizadas medições referentes ao cálculo do offset (sonde error), e então o valor de

offset é computado. Como as medições são realizadas em apenas uma altura, é

esperado que o valor do offset seja zero ou muito próximo de zero. Após realizar o

cálculo do offset para verificação da área, realiza-se a verificação da calibração do

array – esta verificação irá realmente fazer uma medição da condutividade da área

ao redor. Espera-se que o sinal recebido na primeira posição seja zero, uma vez que

o offset foi calculado nesta posição.

Deve-se manter a atenção nos arrays 7 e 8, uma vez que estes são os arrays

de investigação mais profunda, ou seja, os que irão receber sinais provenientes de

lugares mais distantes (no interior do solo).

Após realizar-se a medição na posição número 1, que é a posição referência,

deve-se mover a ferramenta para as demais posições e realizar a verificação da

calibração do array em cada uma. A diferença na leitura dos arrays 7 e 8 devem ser

menores que 1 mm/m quando comparados com as leituras da posição 1. Qualquer

mudança brusca nestes valores indicarão a presença de materiais condutivos na

área sob investigação.

Deve-se também prestar atenção nos valores do erro padrão (StdErr) e do

limite do erro (ErrLim), estes devem ser menores que 0,020 mm/m.

79

Figura 54 Posições a serem realizadas as medições

10.2.1: Primeira Medição

Como descrito anteriormente, as medições foram realizadas utilizando-se o

AIT como instrumento de medição da condutividade da área. Para tanto, foi

necessário deslocar uma unidade de perfilagem, uma bobina de cabo wireline,

juntamente com um gerador, para a área sob investigação para que a ferramenta

pudesse ser ligada e sua comunicação com o Maxis estabelecida. Este

procedimento de setup para realizar a medição é algo muito dispendioso, uma vez

que se necessita da disponibilidade de uma unidade de operações offshore (pois a

base de Macaé não possui unidades onshore – caminhões de perfilagem) e da

necessidade de alugar diversos caminhões para transportar tal equipamento para a

área – foi necessário alugar um caminhão para transportar a unidade, outro para

transportar o gerador e a ferramenta e um guindaste para mover a unidade para

cima do caminhão. Este setup pode ser visto na Figura 55.

80

Figura 55 Caminhão com Unidade de Perfilagem

Como resultado desta primeira medição nas nove posições especificadas,

pôde-se observar:

Na posição número 7 a medição do array 8 excedeu 1mm/m quando

comparado com a medição da posição número 1. Refez-se a medição nesta posição

e o resultado da medição ficou um pouco melhor, porém ainda fora da especificação

de 1 mm/m.

Na posição número 8 o erro padrão do array 8 excedeu o limite de 0,02

mm/m.

Na posição número 9 o erro padrão do array 8 excedeu o limite permitido.

Nas demais posições todas as medições estavam dentro das especificações.

Estes resultados foram enviados ao InTouch, que é um sistema de

gerenciamento de conhecimento baseado na troca de informações entre o campo e

os centros de desenvolvimento e pesquisa.

Os resultados foram analisados e de acordo com as informações passadas

sobre o setup do sistema e as distâncias entre a ferramenta e os caminhões e

alguns “entulhos” presentes no terreno (como pode ser visto na Figura 55). Os

dados não foram aceitos, mas a área sob inspeção continuou como forte candidata

pois acreditou-se que os fatores motivadores dos desvios dos resultados fossem:

• O gerador não estava aterrado

• Os caminhões estavam muito próximos à ferramenta

81

• Os “entulhos” poderiam também estar afetando a medição pois estes

eram condutivos.

Figura 56 Esquema da primeira medição

Analisando os resultados chegou-se à conclusão de que o fator motivador da

alta do erro padrão seria ruído externo que poderia ser eliminado tomando as

devidas providências para corrigir os problemas acima citados.

10.3: Segunda Medição

Os “entulhos” foram retirados da área e realizou-se nova medição no mesmo

local, os resultados foram os mesmos da primeira medição, então, por tratar-se de

uma área grande o bastante, mudou-se o local de medição e desta vez os

resultados foram muito melhores, o erro padrão permaneceu dentro dos limites e as

leituras dos arrays 7 e 8 quando comparados com a primeira posição estavam

menores que 1 mm/m, apenas a leitura do array 7 na posição 9 estava um pouco

acima do permitido. Novamente estes dados foram enviados ao InTouch e

analisados.

Estes resultados confirmaram a suspeita do ruído externo exibido na primeira

medição, porém ainda restava o problema da posição 9. Como não havia mais nada

próximo à ferramenta a não ser os caminhões com a unidade e o gerador (que

estavam a 40 m da ferramenta), foi sugerido que esta distância fosse aumentada e

as medições repetidas.

82

Salientou-se também a necessidade de verificar se a ferramenta estava

totalmente alinhada pois durante as mudanças entre as posições de medição,

poder-se-ia ter deixado a ferramenta levemente inclinada, o que poderia ser o fator

causador da pequena diferença na medição da posição 9.

10.4: Terceira Medição

Para realizar a medição pela terceira vez, realizaram-se algumas mudanças

para o setup da ferramenta. Após alguns estudos, decidiu-se não mais utilizar uma

unidade de perfilagem para fazer o acionamento e o controle da ferramenta, criou-

se um setup portátil, constituído por um computador que possui o programa e as

conexões especiais para comunicar-se com o WAFE – Wireline Acquisition Front

End – computador especial para acionar a ferramenta e seus periféricos.

Foi preparado um cabo de perfilagem de 100 m de comprimento (não sendo

mais necessário levar uma bobina de cabo juntamente com o coletor, equipamento

responsável por permitir que o cabo de perfilagem gire junto com a bobina sem que

as conexões deste sejam rompidas devido ao movimento circular) para realizar a

comunicação do sistema de computadores com a ferramenta, para tanto foi

realizado um ajuste especial no cabo para que este pudesse ser conectado

diretamente no WAFE.

Este novo setup foi montando na carroceria de uma caminhonete, como pode

ser visto na Figura 57. Além de ser um setup menor, diminuindo a probabilidade de

causar ruídos nas medições, este novo sistema diminuiu enormemente os gastos

necessários com os aluguéis dos caminhões assim como não necessitou mais da

disponibilidade de uma unidade em terra para realização de tal atividade.

83

Figura 57 Novo setup do sistema de Medição

Outra mudança de grande relevância no sistema de medição foi o novo

posicionamento da ferramenta. Anteriormente, como mostrado na Figura 56, as

posições da ferramenta eram distanciadas umas das outras por três pés de

comprimento. O novo posicionamento da ferramenta para a realização das

medições foi realizado baseando-se em distanciar a ferramenta em três pés de um

ponto a outro, e não mais em três pés de espaço vazio entre uma ferramenta e

outra como exibe a Figura 58.

Este novo setup para medição da área iria facilitar muito as medições, uma

vez que as posições que estavam obtendo resultados ruins eram as posições que

serão afetadas por esta mudança (posições 6, 7, 8 e 9).

Figura 58 Novo posicionamento para medições

As medições foram realizadas em uma nova localização na mesma área.

Quando realizou-se a medição do sonde error o erro padrão estava exatamente no

84

limite permitido (0,020 mm/m) porém ao realizar-se a medição array calibration

check o erro padrão do array A8 estava levemente fora de tolerância (0,021). Nas

posições seguintes até a quinta posição, todos os erros padrões do array A8

estavam fora de tolerância. Na posição 5 todos erros padrões estavam dentro da

tolerância, então repetiu-se as medições nas posições anteriores, obtendo-se agora

bons resultados. Quando se repetiu a medição da posição 1, suas leituras foram

diferentes daquela realizada logo após a computação. Acredita-se que isto possa

ser explicado por uma pequena diferença no posicionamento da ferramenta.

Como houve uma pequena diferença nas medições realizadas com relação à

primeira posição, e como é esperado que duas medições realizadas na mesma

posição produzam resultados bastante similares, decidiu-se realizar uma nova

medição em outra área do terreno.

10.5: Quarta Medição

A quarta medição foi realizada com uma pequena, porém importante,

mudança no setup da ferramenta. Adicionou-se mais um suporte de madeira,

totalizando agora três suportes. Isto foi feito com o intuito de reforçar o alinhamento

da ferramenta em relação ao plano horizontal (não fique com “barriga” nem

inclinada).

Figura 59 Ferramenta sobre 3 suportes de madeira

Desta vez todas as medições apresentaram resultados excelentes, estando

todos os erros padrões de todos arrays em todas as posições abaixo de 0,02 mm/m.

A diferença dos array calibration check de todas as posições com relação à primeira

posição estavam abaixo de 0,45 mm/m.

85

Esta medição indicou que a área escolhida para a construção da facilidade de

calibração do AIT está em perfeitas condições, não possuindo nenhum material

condutivo nas proximidades que possam interferir no processo de calibração.

86

Capítulo 11: Resultados

Ao longo deste trabalho foi apresentado como funcionam as empresas

prestadoras de serviços para empresas detentoras de licença para exploração de

petróleo e gás natural.

Apresentou-se também como funciona a ferramenta de indução os conceitos

físicos por trás do seu princípio de funcionamento, a importância do fator geométrico

para determinação da resistência da formação, os efeitos adversos da formação, as

formas utilizadas para corrigir o skin efect, casamento direto, indutância mútua e

efeito da parede da formação.

A equação de Archie e suas variáveis foram apresentadas de modo a

demonstrar que a saturação de água de um reservatório pode ser determinada

utilizando ferramentas que medem:

• Resistividade da água, que pode ser obtida através de ferramentas

que medem o potencial espontâneo das rochas ou então através da

recuperação da água do reservatório e analisá-la em laboratório;

• Porosidade da formação, que pode ser obtida através dos perfis

sônicos, de densidade ou do perfil neutrônico.

• Resistividade da formação, que é realizada através do AIT.

Através do cálculo da saturação de água de um reservatório, pode-se

determinar a quantidade de hidrocarbonetos presentes na formação geológica – em

forma de gás natural ou óleo. Isto deve-se ao fato de que 100% do espaço vazio de

uma formação deve estar preenchido com água ou óleo ou gás.

Visando encontrar uma área que atendesse os requisitos para construir a

área de calibração da ferramenta de indução, foram realizadas diversas medições

nas regiões em estudo. Para realizar tais medições optou-se por utilizar como

sensor a própria ferramenta de indução uma vez que os dispositivos convencionais

de investigação de materiais condutivos possuem resolução muito inferior ao AIT,

portanto, mesmo que estes sensores indicassem que a área estava boa, não

haveria como ter certeza que esta área estaria realmente dentro dos limites exigido

87

para a calibração do AIT, pois poderia haver materiais condutivos em uma região

que estaria dentro do alcance do AIT porém fora do alcance do dispositivo

convencional.

11.1: Resultado das medições realizadas para identificação da área

ideal

Utilizando a própria ferramenta de indução AIT como instrumento de

medição, foi necessário realizar quatro medições diferentes até que se obtivessem

todos os valores dentro dos limites estipulados.

11.1.1: Primeira Medição

Na primeira medição, conforme descrito no capítulo anterior, a medição

realizada pelo array 8 na posição 7 estava fora do limite permitido. Isto pode ser

visto na Figura 60, em que as colunas representam os valores lidos pelo array 8 em

cada umas das 9 posições em que a ferramenta foi colocada. As linhas em

vermelho representa os limites aos quais estão submetidos as medições realizadas

pelos array.

Figura 60: Valores lidos pelo array 8

88

Os valores computados do erro padrão referente ao array 8 nesta mesma

medição também encontraram-se fora do valor estipulado para as posições 7 e 9,

conforme pode ser observado na Figura 61.

Figura 61: Valores do erro padrão referentes ao array 8

11.1.2: Segunda Medição

Na segunda medição realizada, os valores referentes ao erro padrão estavam

todos dentro do limite, porém a medição realizada pelo array 7 na posição 9 estava

fora do limite estipulado conforme pode ser observado na Figura 62.

Figura 62: Valores lidos pelo array 7

89

11.1.3: Terceira Medição

Os valores do erro padrão do array 8 para as quatro primeiras posições

estavam fora do limite estabelecido, a partir da quinta posição este valor ficou dentro

do limite, conforme exibe a Figura 63. Como o erro padrão deste array ficou dentro

do limite nas demais posições, resolveu-se refazer as medições referentes às quatro

primeiras posições.

Figura 63: Erro padrão medidos considerando-se primeira posição 1

Nesta segunda medição os valores referentes ao erro padrão ficaram dentro

do limite (vide Figura 64), porém, como o valor lido pelo array 1 mudou com esta

nova medição, seu valor não ficou mais próximo a zero e com isso, alguns dos

valores lidos pelos arrays 7 e 8 nas demais posições ficaram fora do limite permitido,

conforme pode ser observado na Figura 65.

90

Figura 64: Erro padrão refazendo medição das posições 1 a 4

Figura 65: Valores lidos pelo array 7

11.1.4: Quarta Medição

Os resultados referentes a quarta medição foram extremamente satisfatórios,

uma vez que todos os valores lidos pelos arrays 7 e 8 em todas as nove posições

estavam dentro dos limites estipulados conforme pode ser observado na Figura 66

91

para as medições referentes ao array 7 e na Figura 67 para as medições referentes

ao array 8.

Figura 66: Medição dos arrays 7

Figura 67: Medição dos arrays 8

Todos os valores referentes ao erro padrão para ambos os arrays estavam

dentro dos limites, conforme ilustra a Figura 68

92

Figura 68: Erro padrão das medições dos arrays 8

A área referente à quarta medição é a área apropriada para a construção da

área de calibração.

É interessante ressaltar que a área em que foi realizada a quarta medição é a

mesma área referente à segunda medição deslocada apenas alguns metros para

frente, deve-se frisar também que a área inspecionada nas duas primeiras medições

era muito maior que a área inspecionada nas duas últimas medições, isto deve-se

ao fato de estar-se deslocando a ferramenta em apenas 6 pés do ponto inicial, e

não mais 6 pés adicionados de duas vezes o comprimento da ferramenta (21,2 pés)

resultando num deslocamento de 48,4 pés conforme realizou-se nas primeiras duas

medições.

11.2: Novo setup

O dispositivo desenvolvido para substituir a unidade de perfilagem durante a

realização das medições de verificação das áreas candidatas a sediar a área de

calibração propiciou a montagem de um sistema muito compacto para ser

transportado até o local das medições. Este setup será utilizado sempre que for

realizada a calibração do AIT na nova área construída.

93

Foi desenvolvido um documento explicando como realizar este setup passo a

passo que foi publicado no InTouch para servir de orientação para as demais bases

de wireline existentes no mundo que não possuem caminhão de perfilagem e que

necessitem realizar tal tipo de medição em lugares distantes da base. Este

documento foi publicado como Local Best Practice – este tipo de publicação é

utilizado para sugerir como realizar determinada atividade em que se

encontrou/desenvolveu um procedimento mais simples/eficiente de realizar tal

atividade diferentemente do método convencional.

A área de calibração do AIT foi construída na área em que foi definida como

explicado no capítulo anterior. O procedimento para fixação dos postes no solo

assim como os suportes de sustentação da ferramenta nas duas alturas de 4 e 12

pés foram feitos conforme as especificações do SPC.

A construção da área de calibração do AIT está em andamento, conforme é

exibido na Figura 69 e deve ser concluída nas próximas semanas.

Figura 69 Construção da área de Calibração em Macaé

94

A nova área de calibração em Macaé trará grandes benefícios à base de

Wireline pois, a realização das calibrações dos AIT serão realizadas pelos próprios

engenheiros que utilizarão as ferramentas e os gastos com o transporte das

ferramentas de Macaé até São Mateus deixarão de existir assim como para as

demais auditorias internas realizadas pela Schlumberger, o quesito referente à área

de calibração do AIT contará como ponto positivo para a base Wireline – Macaé.

95

Capítulo 12: Conclusões e Perspectivas

O trabalho desenvolvido na Schlumberger Wireline Macaé foi muito

importante para o meu crescimento profissional e pessoal.

Por tratar-se de uma empresa multinacional e de grande porte mundial, pude

ter contato diário com engenheiros de diversas partes do mundo, havendo assim

grande troca de cultura e conhecimento.

Este estágio propiciou o aprofundamento dos meus conhecimentos

relacionados à indústria do petróleo, especialmente relacionados à exploração

deste. Minha introdução no setor de petróleo deu-se através do ingresso no

Programa de Recursos Humanos (PRH) da Agência Nacional de Petróleo (ANP)

através do PRH-34 – Automação, Controle e Instrumentação para a Indústria do

Petróleo e Gás.

Durante o período de estágio passei um mês acompanhando os trabalhos

realizados no norte do Espírito Santo, trabalhos em que foram corridas as

ferramentas de indução, raios gama, nuclerares, sônicas, canhoneios e ferramentas

de verificação da cimentação para poços fechados. Esta oportunidade de estar

presente em diversas sondas de petróleo foi muito enriquecedora pois pude verificar

na prática como são os sistemas de rig-up e rig-down, como é o dia-a-dia de um

engenheiro de campo, como é realizada a perfilagem e a apresentação dos dados

para o cliente assim como pude também verificar algumas das dificuldades

encontrados nestes tipos de trabalhos, em que são utilizadas ferramentas de

altíssima tecnologia em ambientes hostis.

A construção da área de calibração para o AIT na base de Macaé era algo

que estava sendo requisitada desde 2002 mas nunca tinha sido feita. Este era um

projeto de grande responsabilidade pois a qualidade das ferramentas de indução

utilizadas nos trabalhos prestados dependem da qualidade da sua calibração. Os

gerentes de wireline confiaram a mim esse projeto e seu desenvolvimento foi

realizado com grande sucesso.

96

Hoje a base de Macaé pode contar com uma área de calibração para as

ferramentas de indução que está totalmente dentro das especificações

estabelecidas pelos centros de pesquisa e desenvolvimento da Schlumberger. E

desde então as ferramentas pertencentes à base de São Mateus são enviadas a

Macaé para serem calibradas.

97

Bibliografia:

[ 1 ] THOMAS, J.E., “Fundamentos de Engenharia de Petróleo”, Rio de Janeiro,

2001

[ 2 ] Collier, H.A., “Borehole Geophysical Techniques For Determining the Water

Quality and Reservoir Parameters of Fresh and Saline Water Aquifers in Texas”,

Dallas, 1993

[ 3 ] Documentos presentes na Intranet da Schlumberger

[ 4 ] Schlumberger Wireline & Testing, “Log Interpretation Charts” Houston, 1997

[ 5 ] Jahn, F., Cook, M., Graham, M., “Hydrocarbon Exploration and Production”,

Aberdeen, 2000

[ 6 ] Economides, M.J., Note K.G., “Reservoir Stimulation”, Houston, 1989, Second

Edition