Cement Evaluation Petrobras Noviembre 2009
Preparado por: Jean Carlo Ruesta
CBL-VDL
Introducción
© 2008 Jean Carlo Ruesta
Cement Job – Provee aislamiento sobre el intervalo de producción. – Soporte mecánico al casing y al pozo. – Proteger al casing.
El aislamiento hidráulico asegura que no exista comunicación entre zonas vecinas debido a fluidos que puedan migrar entre el casing y la formación. El cemento hace un sello hidráulico entre el casing y la formación.
Evaluación del Sello Hidráulico. – El objetivo de correr registros de CBL es evaluar sello hidráulico. – La herramienta de CBL no miden el sello hidráulico, sino mide la pérdida de la energía acústica como resultado de la propagación a través del casing. – Esta pérdida de energía puede ser relacionado con la fracción del perímetro del casing que esta cubierto por cemento.
Registros de CBL y qué miden. – Los registros de CBL están preparados para detectar el llenado anular del cemento y también puede detectar canales dentro del cemento de los tipos I y II. – Las canalizaciones del tipo III ,IV y V son prácticamente invisibles para el CBL.
CASING
CEMENTO
FORMACION
Teoría y Operación del CBL
© 2008 Jean Carlo Ruesta
Especificaciones. 2-3/4” CBL DIGITAL –PROBE 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Longitud : 8.75 pies. Peso: 92 Lbs. Diámetro: 2 ¾” Voltaje: 130 VDC Corriente: 45 Ma. DC Presión 20,000 PSI Temperatura: 350°F Stack con : 1. Temperatura. 2. CNT. 3. GR-CCL 4. Otros de pulsos.
CBL Configuración y Operación. 1.
2.
3. 4.
5.
Un CBL convencional tiene típicamente un transmisor omnidireccional y uno o dos receptores.
Tx
Cuando es un solo receptor este normalmente esta ubicado a 4 ft del transmisor.
3 ft
En el caso de 2 receptores están ubicados a 3ft y 5 ft del transmisor.
R3
Esta herramienta no tiene capacidad azimutal sino por el contrario el receptor recibe un promedio de la información alrededor de todo el casing.
R5
El transmisor del CBL opera normalmente en un rango de frecuencia de 15Khz30Khz .
5 ft
CBL Configuración y Operación.
Los transmisores y receptores son elementos direccionales de modo que la señal abarca la totalidad del pozo.
CBL Configuración y Operación. Señal Acústica: (en cualquier de los receptores) Tx
Amplitud
R3ft T0
R5ft - To:
Tiempo ms |--- Sonido Resultante--|
Pulso disparado
- Sonido Resultante: o señal acústica tal como se observa en los Receptores
CBL Configuración y Operación. Similar al resonar de una Campana No Cement
•
Cuando no hay cemento, el fluído está detrás del casing, este está libre para vibrar [
fuerte señal acústica] •
Good Bond
Cuando
el
fuertemente
casing adherido
está al
cemento , las vibraciones del casing
son
proporcionalmete superficie cubierta.
atenuadas a
la
CBL Configuración y Operación. 1.
Acoustic signal path (ruta de la señal acústica), la señal acústica que sale del transmisor puede alcanzar al receptor de varias formas utilizando diferentes caminos.
2.
Tenemos 4 caminos y uno obvio:
3.
1.
Fluido
2.
Casing.
3.
Cemento.
4.
Formación.
5.
¿?
La señal observada en el receptor es la composición de las señales mencionadas anteriormente. Esta señal es la base de la interpretación del registro.
CBL - Señal en el receptor / Wave train. 4.
Cada ruta o camino mencionado anteriormente corresponde un diferente material y tiene una única velocidad acústica. Una respuesta típica de todo el tren de ondas es mostrado en la siguiente figura:
5.
Después de cierto tiempo de que la señal sale del Tx los primeros arribos corresponden a los del casing, su velocidad a través del casing es de 57 us/ft.
CBL - Señal en el receptor / Wave train. 6.
Después de que la energía acústica rebota en el casing parte de es transferida a la capa de cemento y formación.
7.
La velocidad acústica de la formación con excepción de la calcita y dolomita (limestone y dolomite) es usualmente menor o cercanos a la velocidad en el casing.
8.
En el siguiente cuadro se aprecian las velocidades o “tiempo de transito” algunos materiales.
de
Propagación de la Energía Acústica distancia
Velocidad = tiempo
Slowness (Tiempo de Tránsito) Slowness = Dt =
1
tiempo =
velocidad
distancia
Tiempo requerido por el sonido para viajar 1 pie DT Casing DT Cement DT Formation DT Fluid
= 57 msec/ft = 75 msec/ft ≈ 100 msec/ft ≈ 189 msec/ft
Lecturas del CBL.
1. Amplitud del primer arribo de casing. E1. 2. Tiempo de tránsito del primer arribo al receptor de 3 pies. TT3
3. Lecturas del VDL
CBL – Curva de Amplitud (E1).
Tx 3 ft
•
Amplitud de la primera cresta o arribo recibido E1, expresado en (mV).
•
Es la energía recibida por el receptor de 3 ft
•
Es función del Casing-Cement Bond
R3 TT
R5
Significado Cualitativo del E1 No Good Cement Bond
Señal E1 o primer arribo del CBL ALTA => Tuberia o casing Libre (FREE PIPE) para Vibrar (No hay Cemento) Señal E1 BAJA => Atenuación de la Energia
(Presencia de Cemento)
CBL – Tiempo de Tránsito (TT). 1. TT es el tiempo que toma las señal acústica de viajar desde el transmisor hasta el receptor. El tiempo que se muestra en los registros de CBL es el tiempo del primer arribo del casing.
Cálculo del Tiempo de Tránsito en Casing 2”
DT Casing DT Cement DT Formation DT Fluid
CASING ARRIVALS TRAVEL TIME
= 57 msec/ft = 75 msec/ft ≈ 100 msec/ft ≈ 189 msec/ft
TTC = FLUID + CASING + FLUID 3 in x 189 ms/ft =
12 in/ft
=
265.5 ms
+ 3 ft x 57 ms/ft +
3 in x 189 ms/ft
12 in/ft
Cálculo del Tiempo de Tránsito en la formación
2” FORMATION ARRIVALS TRAVEL TIME
TTF
DT Casing DT Cement DT Formation DT Fluid
= 57 msec/ft = 75 msec/ft ≈ 100 msec/ft ≈ 189 msec/ft
= FLUID + CEMENT + FORMATION + CEMENT + FLUID 3 in x 189 ms/ft + 2 in x 75 ms/ft = 2x
=
419.5 ms
12 in/ft
+ 3 ft x 100 ms/ft
Cálculo del Tiempo de Tránsito en el fluido. 2”
FLUID ARRIVALS TRAVEL TIME TTf = FLUID = 3 ft x 189 ms/ft
=
567.0 ms
DT Casing DT Cement DT Formation DT Fluid
= 57 msec/ft = 75 msec/ft ≈ 100 msec/ft ≈ 189 msec/ft
VDL
CBL – Variable Density Log VDL • El VDL es derivado del tren de onda sónica completo Tx
R3
R5
• Medido en el receptor 5 ft • Su análisis permite fácil diferenciación entre las señales del casing y las señales de formación. 5 ft
CBL – Variable Density Log VDL •
Registro la forma de Onda en Profundidad
•
Se toma solo la parte positiva de la Onda
•
Las Crestas son comparadas con una Escala de Grises. –Codificación de intensidades-
•
Las Crestas son sombreadas y presentadas vistas desde arriba.
•
Se obtiene la Imagen Final vs Profundidad:
CBL-VDL Standard Outputs Presentation •Transit Time TT in micro-seconds
[ms]
•CBL Amplitude in millivolts
[mV ]
•VDL Variable Density Log
[wafeform visual representation]
400
TT
[ms]
CCL
GR
200
0
CBL [mV]
100
200
VDL [ms]
1200
Factores que afectan la interpretación del registro de CBL
© 2008 Jean Carlo Ruesta
Factores que afectan la interpretación del CBL. 1.
Micro anillos.
2.
Canalización.
3.
Presencia de Gas.
4.
Espesor del Cemento.
5.
Centralización del CBL.
6.
Streching.
7.
Cycle Skyping.
8.
Fast formations.
9.
Tiempo de Fraguado .
10. Calibración del CBL.
Microanillos Es un gap bien pequeño entre el casing y el cemento.
0.002”-0004” Revisar las lecturas E1 ?, VDL?
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Canalización Causas
Casing descentralizado. Significa espacio entre casing y la formación no uniforme, a veces el casing topa en un lado la formación en este caso el trabajo de la cementación no se cumple al 100% alrededor del casing y un canal es dejado .
Cuando los fluidos de formación fluyen antes que el cemento haya fraguado
Como serían las tendencias de las lecturas E1 ?, VDL? , Otras herramientas acústicas CBL Radial,PET, USI, SBT entre otros,
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Presencia de Gas.
Mas conocido como “Gas –cut cement”, el cemento normalmente tiene una permeabilidad de 0.001 md; osea es impermeable a los fluidos líquidos o gas.
Frente a zona de gas de alta presión el gas puede invadir el cemento y este cemento con gas invadido se llama gas-cut cement y tiene una permeabilidad de 5md aproximadamente.
Este efecto es difícil de identificar en la amplitud del CBL E1 en el VDL puede aparecer grises.
,
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Espesor del cemento.
Si el espesor del cemento es menor que ¾” , el cemento no va ser capaza de amortiguar adecuadamente las vibraciones del casing y no podrá trasmitir adecuadamente la energía acústica a la formación y la amplitud del CBL leerá demasiado alto.
La atenuación decrece exponencialmente espesor de cemento menores a ¾”.
,
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para valores de
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA MEDICION • Microanillos – Pequeñas espacios entre el casing y el cemento.
• Espesor del anillo de cemento. • Pozos desviados • Canalización del cemento • Formaciones Rápidas – Formaciones con velocidad de transmisión del sonido mayores a la del casing. • Cemento mal fraguado
46
Tool Eccentering Causes for Eccentralization 5
•
Improper Equipment selection [ Centralizers ] for Casing Size
3
2
•
Missing or Broken Centralizer(s)
•
Weak Centralizers in deviated wells
•
Tool Damaged and/or bent
•
Damaged Casing
Consequences •
Unbalanced sound paths
•
Resulting waveform is meaningless
T
Eccentering Analysis Resulting Waveform T0
Short Path Normal Waveform Waveform
Threshold TT
If the tool is eccentered
Delayed Waveform
There will be destructive interference from different sound paths Waveform from close tool side to casing
Waveform from far tool side to casing Resulting waveform has Dramatic lower amplitude
Result is a Bad Log
not recoverable in Playback
Resembling a zone of Good Cementbut with shorter Transit Time [≈ 4 ms less]
Stretching Free Pipe Signal E1 Good Bond Signal
T0
Threshold TT TT’ DT
In cases of Good Cement E1 decreases and TT is detected on a non linear portion of E1
DT STRETCHING is the TT increase from its value in free pipe
TT Cycle Skipping
E1 T0
E3
Threshold TT’
TT
In cases of very Good Cement
E2
E1 could not reach Detection Threshold Level T T skips to 3rd Peak [E3 ]........this is known as CYCLE SKIPPING
Fast Formation
5
Fast Formation Arrivals In cases of good cement and formation slowness < steel slowness
3
2
formation arrival arrives first DT Dolomite = 43.5 msec/ft DT Limestone = 47.5 msec/ft DT Anhydrite = 50.0 msec/ft
The transit time and CBL amplitude T
will be affected
FAST
FORMATION
Transit Time High Shorter than
<----------------------------------------CBL Amplitude Casing arrivals on areas of fast formation
<----------------------------------------
arrivals
Tiempo de fraguado.
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CBL-CASING DATA
81
E1 en tubería libre= 72mV
TT3= 263uS TT5= 372uS
CBL CASING DATA
Respuestas típicas del CBL
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FREE PIPE CHECK CBL 100
Interpretation
100
Perfect
Chevron Patterns
Depth Match
Chevron Patterns
TT and CBL Amplitude as expected according to Casing Size
CBL AMPLITUDE VS. CASING SIZE
CBL-VDL Fluid Effects
Cement to Casing Bond
5
• If casing is well bonded, soundwave will be attenuated • The received CBL amplitude will be low
3
CBL: Free Pipe 2
CBL: Good Bond
T
GOOD BOND TO CASING & FORMATION X
Formation Arrivals
Low
Transit Time
<----------------------------------------CBL Amplitude
with some X
Stretching
No Casing Arrivals
X
GOOD BOND TO FORMATION
Irregular Bond
5
• The more “free” pipe or “contaminated” cement in an interval, the poorer the bond • If cement job is not perfect, the amplitude decreases less
3
2
CBL: Poor Bond
T
POOR BOND
TO CASING X
Stable Medium Transit Time
<------------------------------CBL Amplitude X
Strong Casing Arrivals
X
GOOD BOND CASING NOT TO FORMATION
No Formation Arrivals Transit Time X
Low
with some
<----------------------------------------CBL Amplitude Cycle Skipping No Casing Arrivals X
Interpretación
© 2008 Jean Carlo Ruesta
Interpretacion Cualitativa del CBL CONDICION
TIEMPO DE TRANSITO
AMPLITUD del CBL
VDL
Cañería Libre
NORMAL
ALTA
Fuertes Arribos Revestidor No Arribos de Formación
Excelente cemento (adherencia al revestidor y a la formacion)
ALTO (Saltos de ciclo y estiramiento)
BAJA
No Arribos Revestidor Arribos de Formación
Buena adherencia al revestidor No a la Formacion
ALTO (Saltos de ciclo y estiramiento)
BAJA
No Arribos Revestidor No Arribos de Formación
Mala adherencia
NORMAL
MEDIA a ALTA
Arribos Revestidor No Arribos de Formación
Microanillo
NORMAL
MEDIA
Arribos de Formación Arribos Revestidor
Canalizacion
NORMAL
MEDIA
Arribos de Formación Arribos Revestidor
Formaciones Rapidas
BAJO
ALTA
Arribos de Formación No Arribos Revestidor
Herramienta Excentralizada
BAJO
BAJA
DEPENDE
BOND INDEX
El Bond index es una medida proporcional a la energía mecánica que esta siendo convertida en mVolt en el receptor de 3 pies. Para determinar el Bond Index primero necesitamos calcular la atenuación de la señal en cañería 100% cementada y en el punto a medir
A1 20 Atenuacion log10 z A2
Donde:
A1 = Amplitud en caneria libre(mV) A2 = Amplitud del punto a medir (mV) z
= Espaciado entre transmisor-receptor
(pies)
83
BOND INDEX Cálculo del Bond Index:
BondIndex
atenuacion log atenuacion100% Bonded
El Bond Index varia entre 0-1 y nos indica el porcentaje de atenuación de la señal sonora en el receptor. Bond Index= 0 cañería libre Bond Index= 1 cañería 100% cementada
84
Ejemplos de Perfiles.
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EJEMPLO: HERRAMIENTA …..
Lineas curvadas
86
EJEMPLO: NIVEL DEL FLUIDO
87
EJEMPLO:
88
EJEMPLO:
89
EJEMPLO: ARRIBOS DE LA FORMACION-BUEN CEMENTO
Arribos de la formacion
90
EJEMPLO: FALTA DE ARRIBOS DE LA FORMACION
Solo arribos del fluido
91
EJEMPLO:
92
EJEMPLO: 0 MPa
7 MPa
(Hydrostatic)
Pressure Pass
Otros tipos de Registros.
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GOOD CEMENT LOG EXAMPLE
© 2008 Jean Carlo Ruesta
FREE PIPE EXAMPLE
© 2008 Jean Carlo Ruesta
LIGHT CEMENT LOG VENEZUELA EXAMPLE Well: RM-47 – 7” Liner – 8.5” Bit Size – OBM 10.2ppg – Depth: 9418 ft. – Temp: 246F – Density Cement: 10.2
– 60% Nitrogen Spheres – 0.6 Specific Gravity – Compressive Strength • 1200 lbs / 24 © 2008 Jean Carlo Ruesta
