Cementing Evaluation Training Petrobras 06.11.09

5/11/2018 Cementing Evaluation Training Petrobras 06.11.09 - slidepdf.com

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P r e p ar a d o

p or : J e an

C ar l o

R u e s t aCBL-VDL

Cement Evaluation

Petrobras Noviembre

2009



© 2008 Jean Carlo Ruesta

Introducción



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


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Teoría y Operación del CBL



1. Longitud : 8.75 pies.2. Peso: 92 Lbs.3. Diámetro: 2 ¾”

4. Voltaje: 130 VDC

5. Corriente: 45 Ma. DC6. Presión 20,000 PSI7. Temperatura: 350°F8. Stack con :

1. Temperatura.2. CNT.3. GR-CCL4. Otros de pulsos.

2-3/4” CBL DIGITAL –PROBE

Especificaciones.



CBL Configuración y Operación.

1. Un CBL convencional tiene típicamente untransmisor omnidireccional y uno o dosreceptores.

2. Cuando es un solo receptor estenormalmente esta ubicado a 4 ft deltransmisor.

3. En el caso de 2 receptores están ubicadosa 3ft y 5 ft del transmisor.

4. Esta herramienta no tiene capacidadazimutal sino por el contrario el receptorrecibe un promedio de la información

alrededor de todo el casing.

5. El transmisor del CBL opera normalmenteen un rango de frecuencia de 15Khz-

30Khz .

3 ft

5 ft

Tx

R3

R5




Los transmisores y receptores son elementos direccionales de modoque la señal abarca la totalidad del pozo.



Señal Acústica: (en cualquier de los receptores)

Tiempoms

Amplitud

T0

- To: Pulso disparado

|--- Sonido Resultante--|

- Sonido Resultante: o señal acústica tal como se

observa en los Receptores

R5ft

R3ft

Tx




Similar al resonar de

una Campana

• Cuando no hay cemento, el

fluído está detrás del casing,

este está libre para vibrar [

fuerte señal acústica]

• Cuando el casing está

fuertemente adherido al

cemento , las vibraciones del

casing son atenuadas

proporcionalmete a la

superficie cubierta.

Good

Bond

NoCement





1. Acoustic signal path (ruta de la señal

acústica), la señal acústica que sale deltransmisor puede alcanzar al receptor devarias formas utilizando diferentescaminos.

2. Tenemos 4 caminos y uno obvio:

1. Fluido

2. Casing.

3. Cemento.

4. Formación.

5. ¿?

3. La señal observada en el receptor es lacomposición de las señales mencionadasanteriormente. Esta señal es la base dela 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 respuestatípica 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 primerosarribos corresponden a los del casing, su velocidad a través del casinges 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” de

algunos materiales.



DT Casing = 57 msec/ftDT Cement = 75 msec/ftDT Formation ≈ 100 msec/ftDT Fluid ≈ 189 msec/ft

Slowness (Tiempo de Tránsito)

Propagación de la Energía Acústica

distanciaVelocidad =tiempo

1 tiempoSlowness = Dt = =

velocidad distancia

Tiempo requerido por el sonido paraviajar 1 pie



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



• 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 Bond3 ft

Tx

R3

R5

TT

CBL – Curva de Amplitud (E1).



Significado Cualitativo del E1

Señal E1 o primer arribo del CBL ALTA => Tuberia o casing Libre (FREE PIPE)para Vibrar (No hay Cemento)

GoodBondNo

Cement

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 eltiempo del primer arribo del casing.



Cál l d l Ti d T á i C i



Cálculo del Tiempo de Tránsito en Casing

CASING ARRIVALSTRAVEL TIME

2”

DT Casing = 57 msec/ftDT Cement = 75 msec/ftDT Formation ≈ 100 msec/ftDT Fluid ≈ 189 msec/ft

TTC = FLUID + CASING + FLUID

3 in x 189 ms/ft 3 in x 189 ms/ft

= + 3 ft x 57 ms/ft +12 in/ft 12 in/ft

= 265.5 ms

Cál l d l Ti d T á i l f ió



Cálculo del Tiempo de Tránsito en la formación

FORMATION ARRIVALSTRAVEL TIME

2” DT Casing = 57 msec/ftDT Cement = 75 msec/ftDT Formation ≈ 100 msec/ftDT Fluid ≈ 189 msec/ft

TTF = FLUID + CEMENT + FORMATION + CEMENT + FLUID

3 in x 189 ms/ft + 2 in x 75 ms/ft= 2 x + 3 ft x 100 ms/ft

12 in/ft

= 419.5 ms



Cálculo del Tiempo de Tránsito en el fluido.

FLUID ARRIVALSTRAVEL TIME

2”DT Casing = 57 msec/ftDT Cement = 75 msec/ftDT Formation ≈ 100 msec/ftDT Fluid ≈ 189 msec/ft

TTf = FLUID

= 3 ft x 189 ms/ft

= 567.0 ms



VDL



• El VDL es derivado del tren de onda

sónica completo• Medido en el receptor 5 ft

• Su análisis permite fácil diferenciaciónentre las señales del casing y las

señales de formación.5 ft

Tx

R3

R5

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 – Variable Density Log VDL



CBL VDL S d d O P i



CBL-VDL Standard Outputs Presentation

•Transit Time TT in micro-seconds [ms]

•CBL Amplitude in millivolts [mV ]

•VDL Variable Density Log [wafeform visual representation]

0 CBL 100

[mV]

400 TT 200

[ms]

200 VDL 1200

[ms]

GR

CCL




Factores que afectan la interpretación delregistro de CBL



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 entreel casing y el cemento.

0.002”-0004”

Revisar las lecturas E1 ?, VDL?




Canalización

Causas

Casing descentralizado. Significa espacio entre casing y laformación no uniforme, a veces el casing topa en un lado laformación en este caso el trabajo de la cementación no secumple al 100% alrededor del casing y un canal es dejado .

Cuando los fluidos de formación fluyen antes que el cementohaya fraguado

Como serían las tendencias de las lecturas E1 ?, VDL?

, Otras herramientas acústicas

CBL Radial,PET, USI, SBT entre otros,

G




Presencia de Gas.

Mas conocido como “Gas –cut cement”, el cementonormalmente tiene una permeabilidad de 0.001 md; osea esimpermeable a los fluidos líquidos o gas.

Frente a zona de gas de alta presión el gas puede invadir elcemento 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 enel VDL puede aparecer grises.

,

E d l




Espesor del cemento.

Si el espesor del cemento es menor que ¾” , el cemento no vaser capaza de amortiguar adecuadamente las vibraciones delcasing y no podrá trasmitir adecuadamente la energía acústicaa la formación y la amplitud del CBL leerá demasiado alto.

La atenuación decrece exponencialmente para valores deespesor de cemento menores a ¾”.

,



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 sonidomayores a la del casing.

• Cemento mal fraguado

46



Tool Eccentering

Causes for Eccentralization

5

3

2

T

• Improper Equipment selection

[ Centralizers ] for Casing Size

• 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



Eccentering Analysis



Eccentering Analysis

There will be destructive interference from different sound paths

Waveform from close tool side to casing

If the tool is eccentered

ThresholdT0

TT

Short Path

WaveformResulting Waveform

Waveform from far tool side to casing

Delayed Waveform

Result is a Bad Log

not recoverable

in Playback

Normal Waveform

Resulting waveform has Dramatic lower amplitude

Resembling a zone of Good Cementbut with shorter Transit Time [≈ 4 ms less]



Stretching



Stretching

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

In cases of Good Cement

Threshold

E1

T0

TT

Free Pipe Signal

TT’

DT

Good Bond Signal

TT Cycle Skipping



TT Cycle Skipping

E1 could not reach Detection Threshold Level

T T skips to 3rd Peak [E3 ]........this is known as CYCLE SKIPPING

In cases of very Good Cement

Threshold

E1 E3

E2

T0

TT TT’

F F i



Fast Formation Arrivals

In cases of good cement and

formation slowness < steel slowness

formation arrival arrives first

The transit time and CBL amplitude

will be affected

Fast Formation

T

5

3

2

DT Dolomite = 43.5 msec/ftDT Limestone = 47.5 msec/ftDT Anhydrite = 50.0 msec/ft



FAST

FORMATION

High

<----------------------------------------CBL Amplitude

on areas of

fast formation

<---------------------------------------- arrivals

Transit Time

Shorter than

Casing arrivals

Tiempo de fraguado




Tiempo de fraguado.



CBL CASING DATA



CBL-CASING DATA

E1 en tuberíalibre= 72mV TT3= 263uS

TT5= 372uS

81

CBL CASING DATA



CBL CASING DATA




Respuestas típicas del CBL



FREE PIPE CHECK



FREE PIPE CHECK

CBL

Interpretation

Chevron Patterns

Chevron Patterns

Perfect

Depth Match

TT and CBL Amplitude

as expected according to Casing Size

100

100

CBL AMPLITUDE VS CASING SIZE



CBL AMPLITUDE VS. CASING SIZE

CBL-VDL Fluid Effects



CBL-VDL Fluid Effects

Cement to Casing Bond



• If casing is well bonded,

soundwave will be attenuated

• The received CBL amplitude will below

CBL: Free Pipe

CBL: Good Bond

T

5

3

2



GOOD BOND TO

CASING

& FORMATIONX

X

Transit Time

with some

Stretching

Formation Arrivals

X

No

Casing Arrivals

Low

<----------------------------------------CBL Amplitude



GOOD BOND

TO FORMATION

Irregular Bond



g

• The more “free” pipe or

“contaminated” cement in an interval,the poorer the bond

• If cement job is not perfect, theamplitude decreases less

CBL: Poor Bond

T

5

3

2



POOR BONDTO CASING

X

X

X

Stable

Transit Time

Strong

Casing Arrivals

Medium

<------------------------------CBL Amplitude

GOOD BONDCASING NOT



TO FORMATION

X

X

Transit Time

with some

Cycle Skipping

No

Formation Arrivals

Low

<----------------------------------------CBL Amplitude

No

Casing Arrivals




Interpretación

Interpretacion Cualitativa del CBL



te p etac o Cua tat a de C

CONDICION TIEMPO DETRANSITO

AMPLITUD delCBL

VDL

Cañería Libre NORMAL ALTA Fuertes Arribos Revestidor

No Arribos de Formación

Excelente cemento (adherencia alrevestidor y a la formacion)

ALTO (Saltosde ciclo yestiramiento)

BAJA No Arribos Revestidor

Arribos de Formación

Buena adherencia al revestidor

No a la Formacion

ALTO (Saltosde ciclo yestiramiento)

BAJA No Arribos Revestidor


Mala adherencia NORMAL MEDIA a ALTA Arribos Revestidor


Microanillo NORMAL MEDIA Arribos de Formación

Arribos Revestidor

Canalizacion NORMAL MEDIA Arribos de Formación

Arribos Revestidor

Formaciones Rapidas BAJO ALTA Arribos de FormaciónNo 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 laatenuación de la señal en cañería 100% cementada y en el punto a medir

2

110log20

A

A

z Atenuacion

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:

Bonded atenuacion

atenuacion BondIndex

%100

log

El Bond Index varia entre 0-1 y nos indica el porcentaje de atenuación de laseñal sonora en el receptor.

Bond Index= 0 cañería libreBond Index= 1 cañería 100% cementada

84




Ejemplos de Perfiles.

EJEMPLO: HERRAMIENTA …..



Lineas curvadas

86

EJEMPLO: NIVEL DEL FLUIDO



87

EJEMPLO:



88

EJEMPLO:



89

EJEMPLO: ARRIBOS DE LA FORMACION-BUEN CEMENTO



Arribos de laformacion

90

EJEMPLO: FALTA DE ARRIBOS DE LA FORMACION



Solo arribos del

fluido

91

EJEMPLO:



92

EJEMPLO:



7 MPa

PressurePass

0 MPa

(Hydrostatic)




Otros tipos de Registros.

GOOD CEMENT LOG EXAMPLE




FREE PIPE EXAMPLE




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

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