Cap05 Registro Sónico

PETROFÍSICA E INTERPRETACIÓN DE REGISTROS DE POZO Herramientas – Control de Calidad - Principios de Interpretación

Registro Sónico Ing. Andrés E. Mantilla Z., Ph.D. Geol. Ricardo Bueno Silva, M.Sc.

Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

1

Aplicaciones de los Registros Sónicos Determinar porosidad y litología, en conjunto con otras

herramientas (nucleares) Determinar las propiedades mecánicas de la formación, como la relación de Poisson Identificar zonas sobrepresionadas, y determinar la magnitud de la sobrepresión Evaluar fracturas, y en condiciones favorables, permeabilidad, a partir de la atenuación de la energía acústica para En zonas de porosidad alta, en sistemas agua-aceite de gravedad API media a alta, puede servir para monitoreo de fluidos. Combinados con los registros de densidad sirven para generar trazas sísmicas (sismogramas sintéticos) Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

2

Principios del Registro Sónico Generar el sonido, e.g., el pulso Detectar el sonido, e.g., registrar el tren de onda en

los receptores Analizar el tren de onda Tipos de onda detectados (P, S, Stoneley) Tiempo entre la generación del pulso, y el arrivo de la onda al receptor, conocido como tiempo de tránsito (∆ ∆t) Amplitud / atenuación de la onda Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

3

Principios del Registro Sónico

Principio de Refracción


4

Ondas Compresivas (Pressure Waves, o P-Waves)

Viajan a través de roca & fluido Se propagan mas rápido que las ondas de corte (ondas S)

1 .6 ≤

V V

P

≤ 2 .4

S

VP depende de Litología Porosidad Fluido(s) en el Medio Poroso Presión Efectiva Sensibles a fracturas en rocas de baja porosidad

Son las ondas mas rápidas: Lodo: 5200 ft/sec (190 µs/ft) Roca: 18-25 kfps (55-40 µs/ft) Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

Tomado de Halliburton 1991

5

Ondas de Corte (Shear Waves o S-Waves) Viajan a través de la roca solamente VS depende de:

Litología Porosidad Presión Efectiva Dirección de Propagación

Son ondas más lentas que las ondas P 11-14 kfps (90 –70 µs/ft) Pueden polarizarse Ondas S rápidas y ondas S lentas Sensible a Fracturas Sensible a Shale

Mode conversion Mud-filled fracture Shear wave

Halliburton, 1991 Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

6

Ondas de Corte (Shear Waves o S-Waves) Viajan a través de la roca solamente VS depende de:

Litología Porosidad Presión Efectiva

Son ondas más lentas que las ondas P 11-14 kfps (90 –70 µs/ft) Pueden polarizarse Ondas S rápidas y ondas S lentas En Fracturas En Shales Schlumberger, 2002 Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

7

Ondas Stoneley Viajan a través de la interfase Lodo + Roca Son las ondas más lentas (VSt) 3.3-5 kfps (300 - 200 µs/ft) Sensibles a la Permeabilidad Sensibles a las Fracturas

Schlumberger, 2004 Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

8

Principios del Sónico – Herramienta Convencional de Cable Mandril sin patines

Transmisor

Transmisores de pulso Disparan alternadamente Amplio Ancho de Banda Omnidireccionales Múltiples receptores Para compensación por hueco Ventana de tiempo Omnidireccionales Múltiples modos

Receptores

Transmisor Halliburton, 1991 Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

9

Principios del Sónico - LWD Transmisores de pulso (pulsed transmitters) Banda ancha Todas las direcciones (azimuts) Múltiples receptores Compensación por hueco


10

Evolución del Sónico Sónico de Un Solo Receptor (1950s) Velocidad = distancia/tiempo Slowness ∆t = tiempo/distancia ∆t = (ta + tb + tc)/L Problemas con efectos del lodo y de geometria del hueco.


11

After Schlumberger, 1989

Evolución del Sónico Sónico de Dos Receptores (1950s) Mide velocidad del sonido en 2 ft de roca Un transmisor y dos receptores, a 3 y 5 ft de distancia Cada receptor registra la primera llegada La diferencia t |5 ft – t |3 ft (µseg) corresponde al tiempo de viaje en 2 pies de roca Se obtiene ∆t (µseg/ft) dividiendo t |5 ft – t |3 ft entre 2 ft. Problemas con geometría del hueco Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

After Schlumberger, 1989 12

Evolución del Sónico Sónico Compensado por Hueco (BHC) Herramienta estándar entre los 50’s y mitad de los 70’s Dos transmisores, con dos juegos de receptores Espaciamiento R-T: 3 ft & 5 ft Resolución Vertical 2 ft. Mide solamente ∆tc (compresional, ondas P) Prof. de investigación: ~3 a 4 in Lecturas superficiales, afectadas por zonas con daño de formación por invasión de sólidos

El ∆t reportado es el promedio de los dos tiempos de transito, para compensar por la inclinación de la herramienta dentro del hueco Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

Schlumberger, 1989

13

Evolución del Sónico Sónico de Espaciamiento Largo (1970s) Espaciamiento R-T: 8 a 12 ft Resolución Vertical 1 a 2 ft Mayor profundidad de investigación (~6 in o más) Lee mas allá de la zona de daño por invasión ∆tc (compresional) ∆ts(shear) en formaciones consolidadas (∆ ∆ts formación < ∆tc lodo ) Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

Schlumberger, 1989

14

Evolución del Sónico Sónico Digital (1980s) Alta resolución: Usa arreglo de 8 receptores @ ½ ft Los múltiples receptores, y la grabación digital del tren de onda permitieron la introducción del procesamiento digital, y de algoritmos más confiables como el slowness-time coherence


15

Evolución del Sónico Sónico Digital (1980s)


16

Gráfico de Contornos de Slowness Time Coherence Slowness STC Dot Log Comp Shear ST Plane (Semblance Contour Plot)

Slowness

Depth

Depth Z

Z

Arrival time

Slowness Schlumberger, 2005 Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

17

Evolución del Sónico Sónico Dipolar (1990s) Dipole Shear Sonic Imager, DSI Gran espaciamiento R-T Lectura mas profunda (cerca 6 a 18 in) Alta resolución vertical (6 in) Procesamiento en tiempo real ∆t y amplitudes para todos los tipos de onda, en todo tipo de rocas, gracias al uso de ondas flexurales

13 ft

DSI

Cartridge

18 ft

Receiver section

42 in. 6 in.

11 ft to upper dipole transmitter transmitter 11.5 ft to lower dipole transmitter

Isolation 9 ft to joint monopole

16.5 ft


Transmitter section

Schlumberger, 2005

18

Evolución del Sónico Sonic Scanner (2000s) DSI Mejorado 13 grupos de receptores, R-T: entre 8 y 17 ft. 8 receptores por grupo Fuente: Sweep (chirp) con ancho de banda más amplio (300Hz a 9KHz) Perfilaje Radial / Azimutal Schlumberger, 2006 Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

19

Gráficos de Dispersión de Velocidad


20

Velocidad e Impedancia vs. Porosidad, @ Peff = cte 5.4

35 MPa

Vp (km/s)

5.0 4.8 4.6 4.4 4.2

35 MPa

13.5

Ip (km/s * gm/cc)

5.2

4.0

14.0

13.0 12.5 12.0 11.5 11.0 10.5 10.0 9.5 9.0

0

0.05

0.1

0.15

Porosity (fraction)

0.2

0

0.05

0.1

0.15

0.2

Porosity (fraction) Mantilla, 2002

Este efecto hace posible la predicción de porosidad a partir del sónico Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

21

Interpretación ∆tc - 1

Tiempo de Tránsito ∆t, o slowness, es el inverso de la velocidad Los dos modelos de porosidad mas conocidos

Tiempo Promedio de Wyllie

Raymer-Hunt-Gardner

∆t − ∆ t ma log φs = ∆ t − ∆ t ma fl

φ s = 0 .7


∆t

− ∆ t ma log ∆t log

22

Interpretación ∆tc - 2 Valores típicos para la ecuación de Wyllie (µ µs/ft) - ∆t de la Matriz : 51-55 SS; ~47.5 LS; ~43.5 DOL - ∆t del Fluido : ~189

∆t

φs =

−∆t

ma log ∆t −∆t ma fl

Valores típicos para la ecuación de Raymer-Hunt-

Gardner (µ µs/ft)

- ∆t de la Matriz : ~56 SS; ~49 LS; ~44 DOL φ s = 0 .7

∆t

− ∆ t ma log ∆t log


23

Interpretación ∆tc - 3 Corrección por Compactación: ∆t −∆t ma × 1 log φs = ∆t −∆t Cp ma fl Corrección por Arcillosidad: -Laminada

-Dispersa

∆t

−∆t

∆t

−∆t

∆t −∆t ma ma log sh φs = − Vsh ∆t −∆t ∆t −∆t ma ma fl fl

φs =

ma − log Vsh ∆t −∆t ma fl


24

Cartas del Sónico

Por-3 (S) Por-11 (H)


25

Concepto de Porosidad Crítica Porosidad Crítica

La tendencia de velocidad vs. porosidad de las rocas no consolidadas (relación de Woods) sigue un patrón muy diferente al de las rocas cementadas.

Apiay K2

Water Saturated Samples

Marion, 1990


26

Tendencias de VP vs. φ: Problemas de Wyllie y RHG

Las tendencias de velocidad vs. porosidad dependen de los PROCESOS GEOLOGICOS que controlan la porosidad, e.g., Cementación, Compactación, Selección.

Apiay K2


Marion, 1990


27

Tendencias de VP vs. φ: Problemas de Wyllie y RHG

Las ecuaciones de Wyllie y Raymer Hunt Gardner solo logran reproducir las tendencias de VP vs φ de rocas compactadas y cementadas; y requieren correcciones por arcillosidad.


Han, 1986 Mavko, 2005 Mantilla, 2002 Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

28

Velocidad vs. Contenido de Arcilla en Areniscas

Modelos de Han para Areniscas: 6

Areniscas Limpias Saturadas con Agua

C=0 C = 3-7% C = 8-11%

40 MPa: Vp = 6.08 - 8.06φ φ

C = 18-51%

Vs = 4.06 - 6.28φ φ

40 MPa: Vp = 5.59 - 6.93φ φ - 2.18C

Vs = 3.52 - 4.91φ φ - 1.89C

30 MPa: Vp = 5.55 - 6.96φ φ - 2.18C

Vs = 3.47 - 4.84φ φ - 1.87C

20 MPa: Vp = 5.49 - 6.94φ φ - 2.17C

Vs = 3.39 - 4.73φ φ - 1.81C

Vp (km/s)

Areniscas Arcillosas Saturadas con Agua

Vp, km/s

5

4

3 0

10 MPa: Vp = 5.39 - 7.08φ φ - 2.13C

Vs = 3.29 - 4.73φ φ - 1.74C

5 MPa: Vp = 5.26 - 7.08φ φ - 2.02C

Vs = 3.16 - 4.77φ φ - 1.64C

0.1

0.2

0.3

Porosity

Porosity, fraction

Han, 1986 Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

29

Velocidad vs. Presión Efectiva Las velocidades de las ondas P y S dependen del ESFUERZO EFECTIVO, que también se denomina PRESIÓN EFECTIVA:

σ eff = σ conf − αPp Este efecto hace posible la prediccion de presiones anormales de poro (sobrepresiones) a partir de datos de velocidad Mantilla, 2002 Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

30

Velocidad vs. Porosidad y Presión Efectiva

Mantilla, 2002 Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

31

Detección de Sobrepresiones Depth, meters OFFSHORE CHINA P & S VELOCITIES

800 1600

20013040.∆tp Trend1 .Vel 20013040.∆ts

Compressional Velocities

2400 3200

Shear (PS) Velocity

4000

P Velocity Trend

Phi = f( σeff ), P Vel = f( Phi, Vcl, σeff).

S Vel. Trend Phi = f( σeff) S Vel = f( Phi, Vcl, σeff)

4800 5600

1000

Velocity, m/s Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

6000 32

Cambios en VP con Saturación La sustitución del fluido que originalmente ocupaba el espacio poroso, por otro de compresibilidad diferente puede inducir cambios en VP particularmente en rocas blandas (e.g., de alta porosidad) VS sufre un cambio muy pequeño cuando se reemplazan los fluidos

Gutiérrez y Mantilla, 1997 Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

33

Relación VP - VS vs. Saturación

Mavko, 2005 Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

34

Relación VP - VS vs. Saturación

DRY Vs = -0.1182 + 0.6343Vp

1.8

Vs (km/s)

With Oil Vs = -0.5842 + 0.7345Vp 1.4

1.0

With Brine Vs = -1.0630 + 0.8275Vp 2.0

Vp (km/s)

3.0 Gutiérrez y Mantilla, 1997


35

VP vs. Peff y Saturación en Yacimientos No Consolidados La sustitución de gas y/o aceite liviano por agua incrementa la velocidad de la onda P. La depleción del yacimiento incrementa la velocidad de la onda P, y visceversa.

Este efecto hace posible el monitoreo sísmico 4D

0

10 20 Effective Pressure, MPa Gutiérrez y Mantilla, 1997


36

VP vs. Peff y Saturación en Yacimientos No Consolidados La sustitución de gas y/o aceite liviano por agua incrementa la velocidad de la onda P. La depleción del yacimiento incrementa la velocidad de la onda P, y visceversa. Arenisca gasífera, gasífera, con inyecci ón de agua para inyección disposici disposición ón

Mavko, 2005


37

Interpretación ∆tc - 4

Estimación de Rw: El Método de Rwa Requiere registros de porosidad y resistividad Asume:

S wn

Ecuación de Archie

Sw < 1 S Define Rwa = Rt /F Calcula Rwa Toma Rw = (Rwa)min

n w

=

aRw = m φ Rt R

w ≤1,o R /F t

R

t ≥ R , luego w F ≥ R R wa w


38

Ejemplo de Rwa 140

∆t

40

SS @ 156 ft: RILD = 0.32 Ω-m ∆t = 83 µs/ft

0.2

RILD


20 39

Ejemplo de Rwa SS @ 156 ft: RILD = 0.32 Ω-m ∆t = 83 µs/ft

Carta: φ = 23% Asumiendo a = 0.8 m=2 F = 15 Rwa = RILD / F = 0.32/15 = 0.021 Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

40

Ejemplo de Rwa - 2 0.2

Prof.

∆t

φ

RILD

Rwa

125

87

25

45

3.5

156

83

23

0.32

0.021

204

90

26

0.30

0.025

RILD

20 140

∆t

40

Dos puntos adicionales • Trabaja mejor en formaciones limpias • También aplica a la zona lavada Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

41

Detección de Fracturas

Fracturas

En presencia de fracturas, las ondas Stoneley y de las ondas de corte (shear) se atenúan. Rojo – menos atenuado Azul – altamente atenuado


42

Interpretación de DSI: Ondas Stoneley Viajan a través de la interfase Lodo + Roca Son las ondas más lentas (VSt) 3.3-5 kfps (300 - 200 µs/ft) Sensible a la Permeabilidad Sensible a las Fracturas

Energy Attenuation

Open fracture ??

Chevron pattern


43

Interpretación de DSI: Mapas de Coherencia

Zonas de Coherencia Unimodal ⇒ Baja Incertidumbre en ∆t (en general) Zonas de Coherencia Bimodal ⇒ Incertidumbre en ∆t


44

Interpretación de DSI: Mapas de Coherencia Edición del Procesador en Zonas donde la Coherencia es, en su criterio, poco confiable. En este caso, la respuesta puede estar asociada a Fracturas Naturales Abiertas ⇒ Solicitar la curva de interpretación automática, y la editada por el procesador, e integrar con UBI/FMI, PEF, microresistivo, etc. Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

45

Interpretación de DSI: Anisotropía de la Onda S

Mínimos Locales en el Algoritmo de Rotación de Alford (Rotación de Trenes de Onda) ????

Anisotropía Real


46

Interpretación del Sonic Scanner: Perfil Radial Cuatro posibilidades: Invasión de Sólidos Desplazamiento de Gas por Filtrado Deformación Plástica (derrumbe) alrededor del pozo Presencia de Fracturas Naturales Abiertas Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

47

Interpretación del Sonic Scanner: Perfil Radial Solución:

x x

Invasión de Sólidos Desplazamiento de Gas por Filtrado

Mantilla, 2006 Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

Deformación Plástica (derrumbe) alrededor del pozo Presencia de Fracturas Naturales Abiertas 48

Resumen Principios Físicos del Sónico Varios modos (ondas P, Sfast, Sslow, Stoneley) Compensación por hueco Herramientas y espaciamientos Procesamiento digital: Slowness Time Coherence Interpretación Varios modelos de ∆t vs. φ Debe ser calibrada con φ de las herramientas nucleares Método de Rwa Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

49

Cap05 Registro Sónico

Recommend Documents