Os métodos geofísicos de investigação de poços são utilizados para obtenção de informações geológicas sobre os perfis dos poços, identificação e avaliação de depósitos minerais, monitoramento da exploração de jazidas e estudo do estado técnico dos poços. Esses métodos permitem estudar as propriedades físicas das rochas nas condições do interior do poço.
Os métodos GIL (Geofísica de Investigações em Linhas de Poço) incluem métodos elétricos, radioativos, acústicos, magnéticos, térmicos e outros tipos de investigações. Eles permitem representar os perfis dos poços como um conjunto de características físicas, como resistividade elétrica específica, radioatividade, condutividade térmica, velocidade de propagação de ondas elásticas e outros parâmetros. Os métodos GIL também são aplicados para o controle do estado técnico dos poços e para o estudo de poços ativos durante o processo de exploração das jazidas, por isso a qualidade e a completude das informações devem ser de alto nível. Por essa razão, os especialistas da empresa LTS utilizam instrumentos de empresas líderes dos EUA, Austrália, Canadá e Suécia
Métodos Elétricos e Eletromagnéticos de Investigação de Poços
Os métodos elétricos e magnéticos de investigação de perfis de poços incluem modificações baseadas no estudo de campos eletromagnéticos de diferentes naturezas em rochas. Os campos eletromagnéticos dividem-se em naturais e artificiais. Os campos naturais na crosta terrestre são causados por processos eletroquímicos, correntes magnetotelúricas e outros fenômenos naturais. Os campos eletromagnéticos artificiais são gerados em rochas por geradores de corrente contínua ou alternada de diferentes potências e representam o resultado direto da atividade humana, destinada ao estudo da estrutura da crosta terrestre, prospecção, exploração e desenvolvimento de depósitos minerais.
A classificação dos métodos eletromagnéticos de investigação de poços baseia-se na origem do campo eletromagnético estudado e na sua variação no tempo – na frequência. De acordo com a origem, os métodos de eletrometria dividem-se em dois grandes grupos – campo eletromagnético natural e artificial, e de acordo com a frequência – métodos de campo contínuo, quase contínuo e alternado. Entre os métodos de campo alternado distinguem-se os de baixa e alta frequência.
Para o estudo de campos elétricos naturais estacionários, são utilizados os métodos de potenciais de polarização espontânea das rochas (SP). Os campos elétricos artificiais estacionários e quase estacionários são estudados pelos métodos de resistividade aparente (RA), microsondagem (MS), resistência de aterramento (RT e MRT), métodos de registro de corrente (RC) e potenciais de polarização induzida (PI). Os campos eletromagnéticos artificiais variáveis são estudados pelos métodos de indução (MI), dielétricos (MD) e de ondas de rádio.
Perfilagem Acústica
A perfilagem acústica (PA) é baseada no estudo das características das ondas elásticas na faixa ultrassônica e sonora nas rochas. Durante a PA, são geradas vibrações elásticas no poço, que se propagam tanto dentro dele quanto nas rochas ao redor e são captadas por receptores localizados no mesmo poço.
Em seu estado natural, as rochas são praticamente corpos elásticos. Quando uma força excitadora externa atua por um curto período de tempo em um volume elementar de um meio elástico, surgem tensões que causam o deslocamento relativo das partículas. Isso leva à formação de dois tipos de deformações: deformação de volume (alongamento, compressão) e deformação de forma (cisalhamento).
O processo de propagação sequencial da deformação é chamado de onda sísmica elástica, que se propaga em todas as direções, abrangendo áreas cada vez mais distantes. A superfície que separa, em um dado momento, a região do meio onde já houve vibração das partículas da região onde ainda não houve vibração é chamada de frente de onda. As linhas normais às superfícies de onda são chamadas de raios.
Em um meio homogêneo, os raios são retilíneos, enquanto em um meio heterogêneo, eles são curvos. A propagação da frente de onda é estudada com base no princípio de Huygens–Fresnel da sismologia geométrica, segundo o qual cada ponto da frente é considerado uma fonte de ondas elementares, e o conceito de raio está relacionado com a direção da transferência de energia da onda.
Distinguem-se dois tipos de ondas — ondas longitudinais (P) e ondas transversais (S).
A onda longitudinal envolve apenas deformações de volume. Sua propagação representa o movimento alternado de zonas de compressão e rarefação; as partículas oscilam em torno de sua posição inicial na mesma direção da propagação da onda.
A onda transversal está associada à deformação de forma; sua propagação ocorre através do deslizamento das camadas do meio umas sobre as outras; as partículas oscilam perpendicularmente à direção da propagação da onda. Ondas transversais só existem em corpos sólidos.
Se uma onda elástica atinge a fronteira entre dois meios com diferentes propriedades elásticas, parte da energia é refletida — formando uma onda refletida — e parte atravessa a fronteira — formando uma onda transmitida. A onda refletida ocorre quando a impedância de onda (produto da densidade e velocidade) de um meio é maior do que a do outro. A onda transmitida muda de direção — o raio é refratado.
A forma mais comum de PA consiste na determinação da velocidade de propagação de vibrações elásticas nas rochas perfuradas (PA de velocidade); também podem ser determinadas as propriedades de atenuação das rochas (PA de atenuação).
A velocidade de propagação das ondas elásticas nas rochas depende de sua composição mineralógica, porosidade e forma dos poros e, portanto, está intimamente relacionada com suas propriedades litológicas e petrográficas.
As propriedades de atenuação das rochas variam ainda mais do que a velocidade das ondas e dependem da natureza geológica das rochas. Entre elas, destacam-se as rochas gasosas, fraturadas e cavernosas pela sua alta capacidade de atenuar as vibrações. A presença de argilas influencia fortemente essa atenuação.
A PA de velocidade baseia-se no estudo da velocidade de propagação das ondas elásticas nas rochas perfuradas por meio da medição do tempo de intervalo ∆t = (t2 – t1)/S (μs/m).
A PA de atenuação é baseada no estudo das características de atenuação das ondas elásticas nas rochas. A energia da onda elástica e a amplitude das vibrações observadas em determinado ponto dependem de vários fatores — potência do emissor, distância até o ponto de observação e características das rochas.
Em um meio homogêneo com frente de onda esférica, a quantidade de energia por unidade de volume diminui proporcionalmente ao quadrado da distância do ponto de observação ao emissor; a amplitude das vibrações diminui de forma inversamente proporcional a essa distância.
Na PA, mede-se a velocidade de propagação das ondas elásticas nas rochas dentro da base do sensor. As rochas fora dessa base não influenciam as medições. Vamos considerar a forma das curvas de PA para camadas únicas de diferentes espessuras em um meio homogêneo. As curvas são obtidas por um sensor de três elementos, sendo o ponto de registro localizado no meio da base S.
Fluxometria
Fluxometria de poços é um dos principais métodos de investigação da dinâmica de captação e absorção de fluido em poços de produção e de injeção. Fluxometria consiste na medição da velocidade de deslocamento do fluido no poço com instrumentos chamados fluxômetros.
Com a ajuda da fluxometria resolvem-se as seguintes tarefas: em poços ativos, identifica-se o intervalo de entrada ou absorção de fluido; em poços parados, identifica-se a presença de fluxo cruzado de fluido ao longo do poço entre camadas perfuradas; estuda-se a vazão total, ou o fluxo de fluido de camadas individuais separadas por intervalos não perfurados; constroem-se perfis de entrada ou injetividade em seções individuais da formação ou para toda a formação.
Os fluxômetros podem ser mecânicos e termoindutivos, que, de acordo com as condições de medição, dividem-se em tipo packer e sem packer, e, de acordo com o método de registro – em autônomos (registro dos sinais realizado dentro dos instrumentos) e remotos (os sinais são transmitidos por cabo para a superfície, onde são registrados).
Um fluxômetro mecânico, durante a operação no poço, geralmente é baixado até o topo do intervalo perfurado superior. A curva obtida mostra a quantidade de fluido que passa pela seção do poço em várias profundidades e é chamada de fluxograma integral. Ela caracteriza a vazão total de todas as camadas situadas abaixo dessa profundidade. Em intervalos de entrada, observa-se um aumento nos valores da curva, e em intervalos de absorção – sua diminuição.
O fluxograma integral é usado para construir uma dependência diferencial, que caracteriza a intensidade da entrada (absorção) por unidade de espessura da formação.
Os fluxômetros termoelétricos funcionam com base na dependência entre o grau de resfriamento de uma resistência aquecida colocada no fluxo e a velocidade linear média do fluxo.
Cavernometria
O diâmetro real do poço dс em vários casos difere do seu diâmetro nominal dn, correspondente ao diâmetro da broca com que o poço foi perfurado. O aumento de dс (formação de cavernas no furo do poço) é observado frente a argilas e formações altamente argilosas (margas e outras), devido à hidratação de partículas argilosas finas e à sua erosão pelo jato hidráulico proveniente dos orifícios da broca.
Quando se utiliza fluido de perfuração salino, a hidratação das partículas argilosas é reduzida, o que desacelera a formação de cavernas. Frente a camadas de sal e gesso, devido à dissolução dessas rochas pela água do fluido de lavagem, observa-se o aumento do diâmetro do poço.
Às vezes, o aumento de dс também é observado frente a rochas fraturadas, que podem ser enfraquecidas em resistência mecânica durante a perfuração. O diâmetro nominal corresponde a rochas firmes — calcários, dolomitos, arenitos densos.
A deposição de partículas argilosas frente a camadas permeáveis, como resultado da filtragem do fluido de perfuração, leva à formação de uma crosta de lama na parede do poço e, consequentemente, à redução do diâmetro dс. A espessura da crosta de lama varia de alguns milímetros a mais de 5 cm.
Conhecer o diâmetro real do poço é necessário para o cálculo do espaço anular durante a cimentação de colunas de revestimento, seleção do local para instalação de sapatas, filtros, packers e testadores de formação, bem como para o controle do estado técnico do poço durante a perfuração.
Os resultados da cavernometria são utilizados no processamento de dados GIL, para identificar camadas de rochas e determinar sua composição litológica. O diâmetro do poço é medido com cavernômetros, que diferem em suas características construtivas. O movimento dos braços de medição sob a influência da variação do diâmetro do poço é convertido por sensores em sinais elétricos, que são transmitidos à estação de perfilagem e registrados como um cavernograma.
O cavernômetro fornece dados sobre o diâmetro médio do poço. Para estudo mais detalhado da forma da seção do poço, são utilizados cavernômetros perfiladores, que permitem medir os diâmetros do poço em dois planos mutuamente perpendiculares, fornecendo os valores de suas semi-somas.
Inclinometria
Os poços, dependendo das condições geológicas, geomorfológicas e outras, são projetados como verticais ou inclinados direcionais. Durante a perfuração, o eixo do poço geralmente se desvia da direção planejada devido à influência de uma série de fatores geológicos e técnicos, ou seja, sofre encurvamento.
Em determinado intervalo de profundidade, a posição do eixo do poço é caracterizada pelo ângulo de desvio do poço em relação à vertical δ deltaδ e pelo azimute φ. O plano que passa pela vertical e pelo eixo do poço naquele trecho é chamado de plano de curvatura.
As informações sobre a curvatura do poço são necessárias para determinar a posição de seu fundo no espaço, ao construir seções geológicas de perfil, mapas estruturais e outros mapas geológicos.
As medições da curvatura dos poços são realizadas com inclinômetros.
Amostragem
Destina-se à coleta de amostras profundas de fluido do poço em recipientes herméticos e transportáveis, para posterior análise em condições de laboratório, bem como à coleta de amostras de água de poços hidrogeológicos. Em uma única descida, é coletada uma amostra profunda.
Métodos de coleta: para recipiente hermético com o amostrador em posição estática no poço, por meio de método de pistão que evita a desgaseificação da amostra (tipo de amostrador por sucção); para recipiente hermético, cuja cavidade interna, ao descer o amostrador, se comunica com o conteúdo do poço, e ao parar o equipamento na profundidade desejada, ocorre o fechamento das válvulas superiores e inferiores de entrada do recipiente (tipo de amostrador de fluxo).
Descida do amostrador até a profundidade desejada e seu controle: por cabo de perfilagem com controle através da aplicação de tensão no amostrador a partir da superfície com uma fonte de alimentação padrão de perfilagem (tipo de amostrador controlado), por cabo de aço com raspador, tubulação contínua (coiled tubing) ou colunas de revestimento, com alimentação autônoma e tempo de coleta programável (tipo de amostrador autônomo).
Perfilagem de Vídeo
A perfilagem de vídeo é uma parte integrante dos estudos geofísicos, realizada juntamente com as obras de perfuração e reparo em poços de exploração e produção. O uso da perfilagem de vídeo é especialmente relevante para tarefas relacionadas ao controle e diagnóstico do estado técnico do poço, incluindo durante operações de emergência e recuperação.
Graças às câmeras axiais e radiais, é possível identificar e estudar detalhadamente danos mecânicos na estrutura do poço, como: rompimentos, vazamentos, deslocamentos e amassamentos das colunas de produção e de revestimento, objetos estranhos no poço, desmoronamentos e obstruções na seção aberta do poço.
A gravação em vídeo permite determinar a profundidade, a forma e o tamanho do objeto analisado. Também permite identificar o movimento da água no poço, bem como sua direção, natureza e velocidade.
Os resultados obtidos possibilitam verificar a hermeticidade da sapata da coluna de revestimento, identificar zonas de entrada e absorção ativa de água, assim como pontos de comunicação entre os aquíferos perfurados.
O instrumento gera uma imagem digital extremamente nítida da parede do poço com varredura contínua de 360°, tanto em ar quanto em água limpa. A resolução pode atingir até 1800 pixels ao longo da circunferência, o que torna a câmera ideal para análise litológica, mineralógica e estrutural.
Um módulo de orientação de alta precisão integrado, composto por um magnetômetro de três componentes e três acelerômetros, permite o posicionamento global das imagens, bem como a determinação do azimute e da inclinação do eixo do poço.
Tarefas resolvidas: obtenção de informação estrutural detalhada e orientada do perfil exposto pelo poço, identificação e avaliação de fraturas, detecção de camadas finas, determinação da inclinação das camadas, caracterização litológica e mineralógica, inspeção da coluna de revestimento.
Resistivimetria
A resistivimetria consiste na medição da resistividade elétrica específica do fluido pc que preenche o poço, utilizando um resistivímetro de poço.Os valores da resistividade do fluido de lavagem são necessários para calcular as resistividades específicas reais das rochas com base nos valores aparentes.
A resistividade do fluido também é medida ao determinar o ponto de entrada da água no poço. Como a resistividade específica pc depende fortemente da temperatura, a medição da resistividade é acompanhada pela medição da temperatura.
O resistivímetro de poço é uma sonda de perfilagem padrão de pequenas dimensões (distância entre os eletrodos de 2–3 cm). O conjunto de eletrodos do resistivímetro, no caso mais simples, é inserido em um tubo de material isolante com extremidades abertas, no qual estão dispostos três eletrodos anulares — A, M e N — formando uma sonda de gradiente monopolar.
Durante o deslocamento do resistivímetro no poço, o fluido circula livremente através do tubo, que atua como barreira isolante, excluindo a influência do ambiente fora do volume delimitado do fluido (paredes do poço, coluna de revestimento).
As medições com o resistivímetro são realizadas de acordo com o mesmo esquema das medições de perfilagem elétrica convencional pelo método de resistividade.