Regitros Sonicos1.docx

INTRODUCCIÓN En el siguiente trabajo, se analizara el registro sónico para cuantificar la porosidad de distintos tipos de formaciones. Nos interesa conocer los distintos tipos de herramientas y las características de los datos que estas nos pueden proporcionar y si obtenemos ventajas o desventajas al usar cada una de estas, los principios básicos de medición, luego también necesitaremos saber las características, velocidades y comportamiento de las ondas que proporciona este en cada una de las formaciones. Luego de haber tomado datos siempre es necesaria la interpretación de estos, por lo que en el trabajo también hemos considerado agregar métodos de cálculo e interpretación de la información que nos proporciona el registro, para así poder calcular la porosidad a partir de los datos. OBJETIVOS   

Conocer los principios básicos de medición de porosidad con registros sónicos. Aprender principios y formulas básicas que nos proporcionaran el conocimiento de la interpretación del registro sónico. Conocer los tipos de herramientas, sus ventajas y desventajas. REGISTRO DE POROSIDAD SONICO)

En su forma más sencilla, una herramienta sónica consiste de un transmisor que emite impulsos sónicos y un receptor que capta y registra los impulsos. El registro sónico es simplemente un registro en función del tiempo, t, que requiere una onda sonora para atravesar un pie de formación. Este es conocido como tiempo de tránsito, para una formación determinada depende de su litología y su porosidad. Cuando se conoce la litología, esta dependencia de la porosidad hace que el registro sónico sea muy útil como registro de porosidad. Los tiempos de transito sónicos integrados también son útiles al interpretar registros sísmicos. El registro sónico puede correrse simultáneamente con otros servicios. PRINCIPIO BÁSICO: La propagación del sonido en un pozo es un fenómeno complejo que está regido por las propiedades mecánicas de ambientes acústicos diferentes. Estos incluyen la formación, la columna de fluido del pozo y la misma herramienta de registro. El sonido emitido del transmisor choca contra las paredes del agujero.

Esto establece ondas de compresión y de cizallamiento dentro de la formación, ondas de superficie a lo largo de la pared del agujero y ondas dirigidas dentro de la columna de fluido.

En el caso de registros de pozos, la pared y rugosidad del agujero, las capas deformación, las fracturas pueden presentar discontinuidades acústicas significativas. Por lo tanto, los fenómenos de refracción, reflexión y conversión de ondas dan lugar a la presencia de muchas ondas acústicas en el agujero cuando se está corriendo un registro sónico. Teniendo en cuenta estas consideraciones, no es sorprendente que muchas llegadas de energía acústica sean captadas por los receptores de una herramienta de registro sónico. Las llegadas de energía más comunes se muestran en las representaciones de la onda acústica.

Estas formas de onda se registraron con un arreglo de ocho receptores localizados de 8 a 11 ½ pies del transmisor. Se marcaron los diferentes paquetes de ondas. Aunque los paquetes de ondas no están totalmente separados en el tiempo en este espaciamiento, puede observarse los distintos cambios que corresponden al inicio y llegada de la onda Stoneley. El primer arribo u onda compresional es la que ha viajado desde el transmisor ala formación como una onda de presión de fluido, se refracta en la pared del pozo, viaja dentro de la formación a la velocidad de la onda compresional de la formación y regresa al receptor como una onda de presión de fluido. La onda de cizallamiento es la que viaja del transmisor a la formación como una onda de presión de fluido, viaja dentro de la formación a la velocidad de la onda de cizallamiento de la formación y regresa al receptor como una onda depresión de fluido. La onda de lodo (no muy evidente en estos trenes de ondas) es la que viaja directamente del transmisor al receptor en la columna de lodo a la velocidad de onda de compresión del fluido del agujero. La onda Stoneley es de gran amplitud y viaja del transmisor al receptor con una velocidad menor a la de las ondas de compresión en el fluido del agujero. La velocidad de la onda Stoneley depende de la frecuencia del pulso de sonido,del diámetro del agujero, de la velocidad de cizallamiento de la formación y dela velocidad de la onda de compresión en el fluido.

PRINCIPIO BÁSICO DE MEDICION Y HERRAMIENTA BÁSICA La herramienta acústica genera impulsos acústicos en el pozo en base a dispositivos piezoeléctricos, y son estos los cuales expanden y contraen a medida que a través de ellos se aplica un voltaje variable. Convirtiendo una diferencia de potencial en impulsos acústicos La manera más simple de usar la señal acústica, s medir el tiempo que se tarda la señal para que arríbela energía desde la ubicación donde esta su emisor hasta un receptor dado, si se conoce el tiempo que tarda la onda, y la distancia, se puede determinar el tiempo de viaje por cada pie, esto es llamado Intervalo de tiempo de tránsito o ∆t, y se mide en microsegundos por pie (µs/pie).Un dispositivo de registro muy simple podría consistir de solo un transmisor yun receptor, como lo fue el primer registro acústico, el transmisor repentinamente cambia de dimensión cuando es aplicada una corriente eléctrica, este cambio genera una onda compresional en el fluido del pozo. Para esta herramienta simple se asume que el transmisor se expande en todas direcciones simultáneamente, esta es una geometría mono polar y crea una onda compresional omnidireccional como se observa en la figura

La onda compresional en las inmediaciones pozo-formación genera varios tipos de ondas acústicas que viajan a través de la formación y subsecuentemente causan una

señal que puede ser detectada en el receptor, el receptor convierte la energía acústicaneamente en señal eléctrica.

Como se observa en la siguiente figura se mide el tiempo que toma para el arribo de la primera parte de la onda. Como se puede observar existe un grupo de ondas tras el primer arribo, y este grupo contiene una combinación de varios tipos de ondas.

El grupo total de ondas puede ser analizado separando los tres tipos de ondas amencionadas, esto se muestra en la siguiente figura.

Donde al tener ondas diferentes, vamos a tener velocidades de transito diferentes, las ondas compresionales viajan más rápido por lo que son las primeras en arribar, las ondas de corte arriban posteriormente y por ultimo las ondas Stoneley. TIPOS DE TRANSMISIONES: Ya que las mediciones acústicas se basan en la transmisión de energía a través de pulsos de presión. El perfil de velocidad es un registro en función de la profundidad del tiempo requerido por una onda de sonido para atravesar una distancia determinada a través de las formaciones alrededor. Y es así en que se ha ido diseñando la herramienta de registro sónico. Siendo la primera del tipo: MONOPOLAR: Donde los transmisores son elementos piezoeléctricos cilíndricos que emiten energía acústica omnidireccional a una frecuencia de 8k HZ y son los elementos que se han utilizado tradicionalmente en las herramientas acústicas

El transmisor y el receptor se encuentran a una distancia conocida, pero el principal problema de este modo de herramienta mono polar, es el no poder medir directamente

el tiempo de transmisión de corte en formaciones rápidas y su imposibilidad de medir ondas de corte en formaciones lentas. DIPOLAR: Siguiente generación de herramientas, las dipolares se desarrollaron con el objetico de superar el problema de la imposibilidad de medición de ondas de corte en formaciones lentas. Una fuente dipolar genera movimiento de curvatura o de flexión en la formación la cual baja las frecuencias tiene el mismo comportamiento que una onda de corte pero esta si puede ser transmitida a través de fluidos, Esta generación cuenta con dos receptores que corrigieron los efectos del lodo( fig izquierda) mientras que la siguiente configuracion ( fig, derecha) permite mejora de centralización lo cual da mejores lecturas más precisas y claras.

FACTORES PERTURBADORES DE LAS MEDICIONES ACUSTICAS EN ELREGISTRO: Las herramientas acústicas poseen algunas limitantes entre las que podemos mencionar: El Tamaño del Pozo y/o Inclinación de la Herramienta: Mayoría de problemas surgen por la discontinua longitud de la trayectoria a través del lodo y del hueco, estos alteran las reflexiones en la herramienta. Esto generalmente es compensado con la llamada compensación de pozo derivada de profundidad DDBHC; usa un circuito de retarde de tiempo un solo transmisor y dos o más receptores.

Ruido: Picos de ruido intermitentes siempre se presentan una cierta cantidad de ruido en la forma de onda acústica, rasgueo del cable u otras interferencias.

Saltos de Ciclo: Repentina e inusual, se presentan en cambios hacia valores más altos del intervalo de tiempo de tránsito, producidos por saltos más allá del primer arribo donde se intenta su detección, señales débiles atenuadas ocurren con respecto al nivel inicial es definido demasiado amplio, la detección no es activada hasta un arribo muy tardío

PROCESAMIENTO DE LOS DATOS OBTENIDOSVELOCIDAD DEL SONIDO EN ALGUNAS FORMACIONES En las formaciones sedimentarias la velocidad del sonido depende de varios factores, estos factores son principalmente el tipo de litología (caliza, dolomita, arenisca, lutitaetc.), la porosidad de las formaciones y el tipo de fluido que ocupa el espacio poroso de las mismas, el amplio rango de las velocidades del sonido e intervalos de tiempo de transito por las rocas más comunes fluidos y revestimientos son mostradas en la siguiente tabla:

En el caso de los fluidos se puede observar que el agua se ve afectada por su salinidad. La adición de porosidad a las matrices de las rocas de las formaciones disminuye la velocidad de la onda a través de ellas y por consiguiente aumenta el valor del intervalo de tiempo de tránsito.

EQUIPO Existen tres herramientas sónicas en uso: El BHC o registro sónico compensado, El LSS o registro sónico de espaciamiento largo La herramienta Array-Sonic (proporciona un registro completo de la forma de onda como una característica estándar). 1. HERRAMIENTA BHC O REGISTRO SÓNICO COMPENSADO Generalmente todos los registros BHC anteriores proporcionan sólo una medición de ltiempo del tránsito compresional de la formación, t, lograda durante la primera detección de movimiento en el receptor, es decir el detector se activa a la primera llamada de energía compresional.

Como se muestra en la figura, el sistema BHC utiliza un transmisor superior, otro inferior y dos pares de receptores sónicos. Esta onda reduce substancialmente los efectos ruidosos de cambios en el tamaño del agujero y errores por inclinación de la onda. Cuando un transmisor envía un pulso se mide el tiempo transcurrido entre la detección de la primera en los dos receptores correspondientes. La velocidad del sonido en la onda sónica La velocidad del sonido en el lodo y en la sonda sónica es menor que en las formaciones. Los transmisores de la herramienta BHC envían impulsos alternativamente y los valores de t se leen en pares alternados

de receptores. Los transmisores de las herramientas BHC envían pulsos alternativamente y los valores t, se leen en pares alternados de receptores. Una computadora en la superficie promedia los valores de t de los dos conjuntos de receptores para compensar los efectos del agujero. La computadora también integra las lecturas de tiempo de tránsito para obtener tiempo de viajes reales. En ocasiones la primera llamada es muy débil para llegar al transmisor más lejano del receptor y a veces ocurre que en lugar de esto una llega posterior diferente en el tren de ondas, puede activar al receptor más lejano cuando lo alcanza y entonces el tiempo de viaje medido en este ciclo de pulsos será muy prolongado. Cuando se da lugar a esto la curva sónica muestra una excursión muy grande y abrupta hacia un valor t más alto, esto se conoce como salto de ciclo. Este salto ocurre más en formaciones no consolidadas, fracturas en la formación, saturación de gas, lodos con aire o secciones alargadas o rugosas en el agujero. Las ondas sonoras viajan a menor velocidad cerca del agujero y a una mayor distancia del mismo, se propaga a la velocidad real del sonido en arcillas.

Pueden existir variaciones similares en el perfil de velocidad en algunas rocas sin consolidar y en subsuelo permanentemente congelado. En agujeros de gran diámetro, es posible tener una llegada de una onda de lodo en el receptor cercano antes que la señal de la formación. Este problema prevalece

particularmente a menores profundidades donde los registros sónicos con frecuencia se corren con depósitos sísmicos. 2. HERRAMIENTAS LSS O REGISTRO SÓNICO DE ESPACIAMIENTOLARGO En todos estos casos se requiere una herramienta sónica de espaciamiento largo para proporcionar una medición correcta de la velocidad en la zona inalterada. Cuando los receptores está a una distancia suficiente del transmisor, la primera llegada no es el rayo refractado que viaja dentro de la pared del agujero sino una onda que penetra más allá del agujero en la zona inalterada más rápida. Se dispone de herramientas sónicas LSS que tienen espaciamiento entre el transmisor y el receptor de 8 y 10 pies o de 10 a 12 pies. Miden el tiempo de tránsito de la formación a mucha mayor profundidad que la herramienta sónica BHC común. Esta herramienta tiende más a proporcionar una medición libre de efectos por la alteración de la formación, daño por invasión de fluidos (en el proceso de perforación) y por agrandamiento del hueco. Siempre son deseables estas mediciones más precisas cuando los daos sónicos se van a utilizar para propósito sísmicos.

Así pues podemos notar en la grafica anterior podemos notar una comparación deltiem po de transito registrado por una herramienta LSS con el de una herramienta de espaciamiento estándar en una formación alterada. El uso del sistema estándar BHC con la sonda LSS para compensar los efectos de agujero haría la herramienta excesivamente larga. Se utiliza una solución alternativa que se llama profundidad derivada para compensación de los efectos de agujero.

La sonda LSS tiene dos transmisores y dos receptores dispuestos como se muestraen la siguiente figura.

Las lecturas se toman en dos diferentes posiciones de profundidad de la sonda: una vez que los dos receptores alcanzan la profundidad de medición y otra cuando los transmisores también lo hacen.

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA EN PETRÓLEOS 18

Las lecturas se toman en dos diferentes posiciones de profundidad de la sonda: una vez que los dos receptores alcanzan la profundidad de medición y otra cuando los transmisores también lo hacen. La primera lectura t, se memoriza hasta que la sonda alcanza la posición para efectuar la segunda lectura t,; entonces se promedian ambas para así obtener una medición compensada.

Suponiendo que las dos posiciones de profundidad de la sonda se conocen conprecisión y que la inclinación de la sonda es similar para las dos posiciones, el sistema de profundidad derivada y compensado por efectos de agujero es equivalente al sistema BHC estándar .El uso del transmisor y el receptor superiores proporciona una medición sónica t de 8 10 pies y el de los inferiores de 10–12 pies. 3. HERRAMIENTA ARRAY SONIC Proporciona todas las mediciones de los registros BHC y LSSy además tiene varias otras características. La herramienta contiene dos transmisores piezoeléctricos de banda ancha (5a 18 kHz) separados por un espaciamiento de 2 pies. Estos dos receptores piezoeléctricos se colocan a 3 y 5 pies del transmisor superior y tienen una doble función. En agujero abierto, se utilizan en conjunto con los dos transmisores para hacer registros en función de t compensados por los efectos de agujero, ya sean estándares de espaciamiento corto de 3 y5 pies o de profundidad derivada de 5 y 7 pies. En pozos revestidos se utilizan para hacer registros de cementación estándar de 3 pies (CBL) y registros de densidad variable(VDL) de 5 pies. La herramienta Array- Sonic también contiene un arreglo de 8receptores piezoeléctricos de banda ancha. Los receptores están separados por 6 pulgadas y el más cercano al transmisor superior está a 8 pies. Dos de estos receptores, el1 y el 5 con una separación de 2 pies, pueden emplearse para hacer registros estándar de espaciamiento largo de 8 - 10 yde 10 - 12 pies y registros en función de t de profundidad derivada y compensados por efectos de agujero. También existe un equipo de medición que consiste en un par de transmisores receptores con muy poca separación, para hacer registros en t de lodo continuos.

El fluido del agujero se extrae a través de esta sección de medición al moverse la herramienta durante el registro. Las ocho salidas de los receptores y las dos de la sonda sónica se multiplexan con la salida del receptor de lodo t y se transmiten a la superficie en forma analógica o digital. La energía sónica emitida desde el transmisor impacta la pared del pozo. Esto origina una serie de ondas en la formación y en su superficie. El análisis de tren de ondas complejo, proporciona la información concerniente a la disipación de la energía de sonido en el medio. Como se ha mencionado el registro acústico Digital es uno de los primeros instrumentos con capacidad de obtener datos de onda completa, la herramienta se desarrolló a principios del año noventa y es una de las herramientas de registro de última tecnología. Características El Registro Acústico Digital, es una herramienta mono polar de coro espaciamiento y está diseñado para proveer mejoras en su respuesta, estas mejoras se dan en las mediciones de intervalo de tiempo de transito compresional con respecto a sus predecesoras, la onda viaja a través de los diferentes medios desde los transmisores hacia la formación a través del lodo o fluido que se encuentra en el pozo, luego viaja por la formación y por ultimo desde mala formación hacia los receptores. La indeseable influencia de la velocidad de la señal acústica al viajar a través del fluido del pozo distorsiona la señal acústica proveniente de la formación, haciendo que la herramienta le un valor de tiempo de transito erróneo derivando en las malas condiciones del hoyo, por lo que la herramienta usa el método de compensación de pozo derivada de la profundidad o DDBHC por sus siglas en ingles, que como ya se mencionó anteriormente. Esta técnica de compensación realiza correcciones por inclinación de la herramienta y por la presencia de derrumbes y cavernas La herramienta graba con precisión y eficiencia el tiempo de transito compresional y bajo condiciones de formación favorable , es posible también obtener una respuesta de medición del tiempo de transito de ondas de corte, esto es posible debido al hecho de que, las formas de las ondas captadas en su totalidad son grabadas para el análisis, de la manera que si existen datos de las ondas de corte en los datos adquiridos, un tiempo de transito de ondas de corte puede ser calculado a partir de los datos mono polares, sin embargo se debe tener presente la posibilidad de que podría ser una ligera distorsión debida a la contaminación por ruido de los datos ompresibles, por lo que se debe verificar que este no sea el caso c pm el control de calidad de los datos. La porosidad calculada a partir del tiempo de transito compresional podría ser mayor en intervalos que contienen que la porosidad obtenida a partir del registro compensado de

densidad o de diagramas densidad-neutrón en formaciones poco compactas o saturadas de hidrocarburos, donde existe la porosidad vugular.

Ventajas y desventajas Ventajas: Determinación del tiempo de transito compresional. Su corto espaciamiento la hace una herramienta de menor dificultad para su transporte y posterior manipulación. La grabación de onda completa. Desventajas: Ya que es una herramienta corta, se presentan varios problemas debido a las condiciones que pudieran presentarse en el pozo, estos problemas se deben a las mediciones de 3 pies hasta 6.5 pies tienen una profundidad de investigación poco profunda, de 1 a 2 pulgadas, por lo que la zona de investigación es principalmente la zona lavada con predominio del filtrado de lodo en el espacio poroso de las rocas, lo que presenta la posibilidad de incurrir en errores de medición, principalmente cuando se registra en zonas con una invasión. En formas lentas, el tiempo de transito de las ondas de corte no puede determinarse debido al hecho de ser una herramienta mono polar, este tipo de herramientas tiene limitación.