PT748457E - Processo e dispositivo para a vigilancia a longo prazo de uma area subterranea que contem fluidos - Google Patents

Description

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Descrição “Processo e dispositivo para a vigilância sísmica a longo prazo de uma área subterrânea que contém fluidos” A presente invenção refere-se a um processo e a um dispositivo para a vigilância sísmica, a longo prazo, de uma zona subterrânea que contém fluidos e, mais particularmente, de um reservatório subterrâneo para armazenamento de gás. E conhecido verificar o enchimento de um reservatório subterrâneo destinado a armazenar gás natural, em instantes sucessivos da sua carga, por meio de um sistema sísmico, que compreende um vibrador ou fonte de impulsos, para aplicar à superfície do solo e um dispositivo de recepção que compreende alinhamentos de sensores, dispostos em superfície ou num poço e ligados ao solo. Modificando a injecção de gás, de maneira significativa a velocidade do som, a densidade, e portanto a impedância acústica, da formação-reservatório, pode determinar-se a variação do desvio temporal nos registos sísmicos entre dois reflectores, situados um em cima e outro em baixo, no reservatório. Pode também seguir-se a evolução do enchimento, medindo a variação da amplitude das ondas que se reflectem em instantes sucessivos, ao nível das camadas do reservatório, em instantes sucessivos do enchimento.

Pelos pedidos de patente publicados FR 2 593 292, 2 642 849, 2 656 034, 2 688 896 e 2 689 647, em especial, são conhecidos sistemas que compreendem um ou vários conjuntos de intervenção instalados num posto fixo dos poços, ligados à superfície por uma ou várias vias de transmissão. Estes conjuntos de intervenção podem ser receptores sísmicos e também, eventualmente, uma ou várias fontes de ondas sísmicas dispostas nos poços. Os conjuntos de receptores ou de emissores •r 'τ· •r 'τ·

podem estar colocados no exterior de tubos de revestimento (“casings”)· Eles são acoplados com as formações envolventes pelo cimento injectado no espaço anular em tomo desses tubos, quando eles estão colocados no lugar.

Os conjuntos de receptores podem também estar associados a um tubo de produção (“tubing”) descido no interior de um poço e acoplados com as formações envolventes do poço, por intermédio do tubo de revestimento, por exemplo. O reconhecimento sísmico do subsolo faz-se, de uma maneira geral, acoplando com o solo fontes sísmicas e receptores, em diferentes combinações, onde as fontes e/ou os receptores são dispostos à superfície ou na sua vizinhança, ou num ou em vários poços através da formação explorada.

Pelos pedidos de patente FR 2 703 457, 2 703 470 ou 2 674 029 são conhecidos processos de vigilância sísmica de jazigos subterrâneos por meio de conjuntos de receptores, colocados em poços e fontes sísmicas dispostas à superfície do solo ou eventualmente nesses mesmos poços. Está igualmente descrito, por exemplo por E. Blondin et al em Geophysical Prospecting 34, 73-93, 1986, um processo de vigilância sísmica de um reservatório de armazenamento de gás.

Efectuam-se séries de ciclos de emissão-recepção sísmica, modificando, de cada vez, a situação da fonte sísmica em relação ao eixo do poço onde estão instalados os conjuntos de receptores, de acordo com uma técnica conhecida por “walk-away”, e registando-se as chegadas aos receptores (RI-Rn), em função do tempo de propagação t. A fonte pode ser deslocada segundo um eixo radial (OX), obtendo-se uma representação sísmica a duas dimensões (X, t) ou (X, Z). Podemos também deslocar a fonte à volta do poço, de modo a obter uma representação sísmica em 3D (X, Y, t) ou (X, Y, Z), designando Z a profundidade, sendo o eixo

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OY perpendicular a ΟΧ e a OZ. Na prática, podemos deslocar a fonte (S), de um lado e do outro do poço, numa distância (ou num raio) da mesma ordem de grandeza que a zona subterrânea a vigiar. A vigilância de jazigos e o enchimento de reservatórios de armazenamento de gás são geralmente operações de longa duração. As variações do volume da bolha de gás armazenada, por exemplo, resultantes de retiradas ulteriores, são lentas. As operações sísmicas de vigilância são muitas vezes espaçadas no tempo. Na prática, é necessário reinstalar, o equipamento sísmico de superfície, em cada nova sessão de registo sísmico e, de preferência, reproduzir as condições de emissão das operações sísmicas anteriores.

Nem sempre são possíveis as reinstalações. Para a exploração de um jazigo ou de um reservatório de armazenamento, montam-se instalações diversas e material, e veda-se o local. Sucede também que as disposições iniciais são alteradas, que se piodifica o.local (terraplanagens, aterros), que se moldam lajes de betão, etc., o que pode perturbar a transmissão das ondas sísmicas emitidas ou modificar o acoplamento da fonte com o solo, provocando assim .uma variação da qualidade de emissão. A ocupação do local e as suas vedações podem impedir os deslocamentos da fonte sísmica usada. As modificações e disposições intervencionadas entre dois períodos sucessivos de vigilância do jazigo ou reservatório podem impedir também que o sistema de emissão-recepção sísmica possaser colocado nos mesmos sítios. O processo de acordo com a invenção permite obter uma reprodutividade perfeita .das condições de operação nas operações repetitivas de vigilância sísmica de uma zona subterrânea atravessada por pelo menos um poço ou furo, e, em especial, de um reservatório subterrâneo de. armazenamento de gás. O processo compreende a 4 colocação, num ponto fixo, de pelo menos um conjunto de receptores sísmicos. Assim, o processo compreende: - a instalação, para a duração de vigilância da zona, de várias fontes sísmicas repetitivas do mesmo tipo, em locais fixos em relação à posição do poço, bem como de uma rede de ligação permanente para a alimentação selectiva destas fontes de energia, e - o posicionamento de uma estação central adaptada para telecomandar selectivamente cada uma das fontes sísmicas, por intermédio desta rede permanente de ligação e registar os sinais sísmicos provenientes da zona subterrânea, em resposta às ondas sísmicas transmitidas selectivamente no solo pelas fontes sísmicas.

Pelo menos uma parte das fontes sísmicas e da rede de ligação pode ser enterrada, ou então instalada de maneira permanente à superfície, e associada a pelo menos um conjunto de receptores acoplado permanentemente com o solo, à superfície, ou então com a parede de pelo menos um poço que atravessa a zona subterrânea. O processo pode compreender, por exemplo, a utilização dos registos sísmicos efectuados pela vigilância de um jazigo subterrâneo de armazenamento de fluidos.

Graças a este conjunto de fontes, num posto fixo, cujo acoplamento com os terrenos envolventes se mantém estável, e a rede de alimentação pelo menos parcialmente enterrada, cuja área de influência na superfície é reduzida, podemos realizar toda uma série de operações sísmicas de vigilância em condições de operação estáveis, sem o risco de incompatibilidade com as actividades do estaleiro de exploração. 5 O dispositivo de vigilância sísmica de uma zona subterrânea atravessada por pelo menos um poço ou furação, de acordo com a invenção, compreende pelo menos um conjunto de receptores sísmicos acoplados com a zona subterrânea na sua superfície ou na sua vizinhança, ou ainda em pelo menos um poço. O dispositivo compreende assim várias fontes sísmicas repetitivas, do mesmo tipo, instaladas numa posição fixa em relação à posição dos poços (enterrados ou à superfície) e é caracterizado por compreender um conjunto de alimentação das fontes com energia, uma rede (enterrada ou à superfície) de ligação permanente entre o conjunto de alimentação e as diferentes fontes sísmicas, para as alimentar selectivamente com energia, e uma estação central que inclui meios de telecomando selectivo de cada uma destas fontes sísmicas repetitivas, bem como um sistema de registo dos sinais sísmicos provenientes da zona subterrânea, recebidos por este conjunto de receptores, em resposta às ondas sísmicas transmitidas selectivamente, no solo, pelas fontes sísmicas. O sistema pode compreender elementos de comutação, controlados pela estação central, para a alimentação selectiva com energia das diferentes fontes. 0 dispositivo compreende, por exemplo, fontes sísmicas adaptadas para criar abalos, por explosão de uma mistura de constituintes fluidos, numa câmara em contacto com o terreno, e um conjunto de alimentação numa mistura explosiva, podendo essa mistura ser constituída a partir de um fluido extraído da zona subterrânea e em especial de um gás armazenado no reservatório subterrâneo vigiado.

As fontes podem também compreender, cada uma, um espaço fechado, enterrado, deformável elasticamente e cheio de líquido, sendo neste caso a rede de 6 alimentação cheia de líquido e compreendendo o conjunto de alimentação meios para criar sobrepressões impulsivas no líquido.

Podemos ainda utilizar, por exemplo fontes, cada uma das quais compreende um recinto fechado cheio de fluido e um conjunto para aplicar vibrações ao fluido do recinto fechado, compreendendo este conjunto um cilindro, que se abre para o interior da esfera e que comunica, por um meio de ligação, com um vibrador, a distância e um êmbolo montado deslizante no cilindro, para aplicar vibrações ao fluido da esfera. A estas fontes podemos associar, por exemplo, um conjunto de receptores instalado num posto fixo, num ou em vários poços que atravessam a zona subterrânea.

No caso de o dispositivo ser utilizado para a vigilância de uma jazida subterrânea de armazenamento de fluidos, ele comporta meios de tratamento dos registos que permitem a detecção das variações eventuais sofridas pela jazida.

Outras características e vantagens do processo e do dispositivo de acordo com a invenção surgirão na leitura da descrição seguinte de formas de realização descritas a título de exemplos não limitativos, com referência aos desenhos anexos, cujas figuras representam: A fig. 1, esquematicamente, um exemplo de realização do dispositivo; A fig. 2, um pnmeiro exemplo de uma fonte explosiva, que pode ser acoplada com a superfície do solo, ou enterrada; A fig. 3, um segundo exemplo de uma fonte impulsiva que pode também ser utilizada; e A fig. 4, um terceiro exemplo de uma fonte de tipo vibratório, que pode 7 também ser usada. O dispositivo de acordo com a invenção pode ser instalado permanentemente num estaleiro de exploração de uma zona subterrânea que contém fluidos, quer se trate de um jazigo petrolífero em produção, quer de um reservatório de armazenamento de gás, em condições que permitem a reprodutibilidade de operações sísmicas de vigilância da zona. O dispositivo comporta, por exemplo, um conjunto de várias fontes de ondas sísmicas (Sl, S2, ..., Sk, ... Sn) de um tipo conhecido, que emitem vibrações ou impulsos, que são instaladas num posto fixo na superfície do solo ou na sua vizinhança, de modo que o acoplamento acústico de cada uma delas com o solo se mantenha sensivelmente constante durante todo o tempo previsto de vigilância do reservatório. Estas fontes são por exemplo alinhadas de um lado e do outro de um poço (1) perfurado através da zona a vigiar, segundo uma ou várias direcções radiais.

De preferência, estas fontes são enterradas no solo a uma profundidade determinada. São também enterrados um ou vários meios de ligação (2) que permitem a alimentação destas fontes com energia, tratando-se, de acordo com os casos, ou de várias canalizações para fluidos ou de cabos eléctricos. Estes meios de ligação ligam as fontes (Sl-Sn) a um conjunto de alimentação adaptado (3), por intermédio de meios de controlo que permitem a transferência selectiva de energia às diferentes fontes sísmicas.

As fontes podem também ser instaladas num posto fixo, na superfície do solo ou numa base cimentada, por exemplo, de modo que o seu acoplamento com o solo se mantenha sensivelmente constante. O dispositivo compreende também pelo menos um conjunto de receptores sísmicos (R) instalados permanentemente em contacto com a zona vigiada. Este conjunto de receptores (R) pode ser instalado, por exemplo, no poço (1) ou num outro poço, como se descreve nas patentes atrás mencionadas, de modo a deixar livre o mesmo para outras actividades, ou então eventualmente enterrado no solo, na vizinhança da superfície. O conjunto de receptores (R) pode ser ligado a uma estação central de comando e de registo (4), por meio de cabos de ligação (5). Esta estação está provida de meios de telecomando que permitem o disparo selectivo de cada uma das fontes.

Com uma tal disposição de fontes e de receptores sísmicos em contacto permanente e estreito com os terrenos, toma-se possível a realização de sessões reprodutível de vigilância sísmica. Mantendo-se as condições operativas, a comparação dos dados obtidos no fim de sessões sucessivas, fornece resultados precisos sobre a evolução a longo prazo da zona vigiada.

Colocam-se as fontes a intervalos regulares umas das outras, numa certa distância de um lado e do outro do poço que é, por exemplo, da mesma ordem de grandeza que a profundidade da zona subterrânea a vigiar. Podemos assim realizar operações denominadas “walk away”, accionando sucessivamente as diferentes fontes e recolhendo de cada vez os sinais recebidos pelo conjunto de sensores.

Para uma instalação à superfície, podemos utilizar qualquer fonte sísmica conhecida que emita vibrações ou impulsos, que se acoplam estreitamente com o solo.

No caso de se desejar vigiar o jazigo subterrâneo com fontes enterradas, podem utilizar-se, por exemplo, as formas de realização a seguir descritas. 9 A fonte esquematizada na fig. 2, por exemplo, é uma fonte de explosão, semelhante à descrita na adição N° 93 151 à patente FR 1 475 622. Funciona por um disparo de uma mistura explosiva constituída a partir de dois componentes, levados à mesma separadamente por meio de canalizações enterradas (6, 7). Esta fonte compreende uma esfera perfurada (8) em cujo interior penetra uma manga de alimentação (9). Esta é atravessa por canais interiores (10, 11), de lado a lado, que ligam o interior da esfera (8) com as canalizações enterradas (6, 7). A injecção dos constituintes na esfera é controlada a distância, a partir da estação de comando (4) (fig. 1) por electroválvulas (12, 13). O disparo da mistura é assegurado por um inflamador (14), comandado da mesma maneira. Um cabo eléctrico (15), também enterrado, permite comandar o inflamador (14) e as electroválvulas (12, 13). Um respiradouro (16), provido de uma válvula de controlo, permite o escape dos gases da combustão, depois de cada disparo. A esfera (8) é colocada num invólucro elástico (18) e enterrada no solo.

No caso de se utilizarem fontes de tipo explosivo para a vigilância de um local subterrâneo que contém substâncias que podem ser utilizadas para constituir, total ou parcialmente, a mistura explosiva (jazigo de armazenamento de gás, jazigo petrolífero, etc.), pode pôr-se a rede de alimentação (6, 7) em comunicação com uma reserva de armazenamento (não representada), alimentada a partir do jazigo.

Podemos também utilizar, por exemplo, uma fonte (fig. 3) constituída por duas placas rígidas (19, 20) ligadas uma à outra, na sua periferia, por um elemento deformável elasticamente (21). Enche-se este espaço fechado com líquido, podendo o espaço comunicar, por intermédio de uma electroválvula de controlo (22), com uma canalização enterrada (23.) ligada a um acumulador hidráulico sob pressão (24). 10

Por uma abertura intermitente da válvula de controlo (22), a partir da estação de comando (4) (fíg. 1), pode provocar-se um golpe de aríete e a transmissão no solo, como consequência do mesmo, de fortes impulsões sísmicas. E ainda possível utilizar uma fonte vibrante, constituída, por exemplo (fig. 4), por um espaço fechado deformável (25), cheio de líquido, no qual está encastrado um cilindro (26). Um êmbolo (27) provido de juntas de estanqueidade (28) está montado deslizante no cilindro (26), o qual comunica, por uma canalização (29), com um vibrador (3), instalado a distância e colocado sob o controlo da mesma estação de comando (4) (fig. 1).

No caso de a zona subterrânea ser um jazigo subterrâneo de armazenamento de fluidos, por exemplo, a estação central pode incluir, além disso, meios de tratamento dos registos que permitem a detecção das variações eventuais sofridas pelo referido jazigo entre duas sessões sucessivas de vigilância sísmica do jazigo,

Os exemplos anteriores não são evidentemente limitativos.

Lisboa, 22 de Maio de 2000

Claims (16)

1. Reivindicações 1. Processo para a vigilância sísmica de uma zona subterrânea, atravessada por pelo menos um poço ou furo de exploração, tal como um jazigo subterrâneo de armazenamento de fluidos, a partir de ondas sísmicas recebidas e registadas, que provêem da zona subterrânea, em resposta a ondas sísmicas que aí são transmitidas, que compreende a colocação num posto fixo de pelo menos um conjunto de receptores sísmicos (R), que compreende: - a instalação, durante o tempo de vigilância da zona, de várias fontes sísmicas repetitivas, do mesmo tipo (S), em sítios fixos em relação à posição do poço, sendo o processo caracterizado por compreender a instalação de uma rede (2) de ligação permanente, para a alimentação selectiva destas fontes, com energia, e - a colocação de uma estação central (4), adaptada para telecomandar selectivamente cada uma das fontes sísmicas (S), por intermédio desta rede permanente de ligação (2) e registar os sinais sísmicos provenientes da zona subterrânea, em resposta às ondas sísmicas transmitidas selectivamente no solo, pelas fontes sísmicas (S).
2. 2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por pelo menos uma parte das fontes sísmicas (S) e da rede de ligação (2) ser enterrada.
3. 3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por pelo menos uma parte das fontes sísmicas (S) e da rede de ligação (2) ser instalada de maneira permanente, à superfície.
4. 4. Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender a utilização dos registos sísmicos efectuados para a vigilância de um jazigo subterrâneo de armazenamento de fluidos. 2 2
5. 5. Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por pelo menos um conjunto (R) de receptores sísmicos estar acoplado permanentemente com o solo, à superfície.
6. 6. Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 4, caracterizado por pelo menos um conjunto (R) de receptores estar acoplado permanentemente com a parede de pelo menos um poço que atravessa a zona subterrânea.
7. 7. Dispositivo de vigilância sísmica de uma zona subterrânea atravessada por pelo menos um poço, ou furo, tal como um jazigo subterrâneo de armazenamento de fluidos, que compreende pelo menos um conjunto de receptores sísmicos dispostos num posto fixo e várias fontes sísmicas repetitivas (S), instaladas num posto fixo, caracterizado por compreender um conjunto (3) de alimentação das fontes com energia, uma rede (2) de ligação permanente entre o conjunto de alimentação (3) e as diferentes fontes (S) para as alimentar selectivamente com energia, e uma estação central (4), que inclui meios de telecomando selectivo de cada uma das fontes repetitivas, bem como um sistema de registo dos sinais que provêm da zona subterrânea, recebidos pelo dito conjunto (R) de receptores, em resposta às ondas sísmicas transmitidas selectivamente no solo pelas fontes sísmicas.
8. 8. Dispositivo de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por pelo menos uma parte das fontes sísmicas (S) e da rede (2) de ligação permanente estar enterrada.
9. 9. Dispositivo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por pelo menos uma parte das fontes sísmicas (S) e da rede (2) de ligação permanente estar colocada num posto fixo, à superfície.
10. 10. Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 7 a 9, caracterizado por compreender elementos de comutação (12, 13) controlados pela estação central (4), para a alimentação selectiva, com energia, das diferentes fontes sísmicas (S).
11. 11. Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 7 a 10, caracterizado por compreender uma ou mais fontes sísmicas adaptadas para provocar abalos, por explosão de uma mistura de constituintes fluidos, numa câmara (18) em contacto com o terreno, e um conjunto (3, 12, 13) de alimentação selectiva de cada câmara (18) com mistura explosiva e de disparo desta mistura, compreendendo a rede canalizações enterradas (6, 7) associadas a válvulas de controlo (12, 13), ligadas a este conjunto de alimentação.
12. 12. Dispositivo de acordo com a reivindicação anterior 11, caracterizado por o conjunto de alimentação (3) compreender meios para alimentar a rede (6, 7) com um constituinte fluido retirado ou extraído da zona subterrânea.
13. 13. Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 7 a 10, caracterizado por compreender uma ou várias fontes sísmicas cada uma das quais compreende um espaço fechado enterrado (19, 21), deformável elasticamente e cheio de líquido, estando a rede de alimentação (23) cheia de líquido, compreendendo o conjunto de alimentação meios (A, 23) para criar sobrepressões impulsivas no líquido.
14. 14. Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 7 a 10, caracterizado por compreender uma ou várias fontes, cada uma das quais compreende um espaço fechado enterrado (25), cheio de fluido e um conjunto para aplicar vibrações ao fluido do espaço fechado, compreendendo este conjunto um 4 cilindro (26), que se abre para o interior da esfera e comunicando por um meio de ligação (27) com um vibrador (28) a distância, e um êmbolo (29) montado deslizante no cilindro para aplicar vibrações ao fluido na esfera.
15. 15. Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 7 a 14, caracterizado por compreender pelo menos um conjunto (R) de receptores instalados num posto fixo, em pelo menos um poço (1) que atravessa a zona subterrânea.
16. 16. Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 7 a 15, caracterizado por, sendo a zona subterrânea um jazigo subterrâneo de armazenamento de fluidos, o dispositivo compreender meios de tratamento dos registos que permitem a detecção das variações sofridas pelo dito jazigo. Lisboa, 22 de Maio de 2000

    USO LISBOA 1 Resumo “Processo e dispositivo para a vigilância sísmica a longo prazo de uma área subterrânea «jue contém fluidos” Para proporcionar uma vigilância regular a longo prazo de uma área subterrânea, posiciona-se um dispositivo sísmico fixo, emissor-receptor, no sítio da produção, de modo que se mantenham condições de operação estáveis em qualquer instante, isto é, localizações de emissão/recepção constantes, qualidade constante de ligação à terra, etc.. O dispositivo compreende uma pluralidade de fontes sísmicas (Sl, ..., Sn), colocadas em locais fixos na superfície ou enterradas a pequena profundidade, de todos os lados de um poço de produção (1) e montam-se um ou mais conjuntos receptores (R ), permanentemente, na superfície ou num ou mais poços. Podem ligar-se fontes explosivas, fontes hidráulicas com pressão positiva, fontes electromecânicas, etc. a uma instalação de fornecimento de energia (3). Essas fontes utilizam uma mistura gasosa explosiva, que contém optativamente um componente retirado da área que está a ser monitorada, e um fluido sob pressão que transmite choques ou vibrações hidráulicas, etc. através de condutas ou cabos enterrados (2), sendo o fornecimento de energia às fontes e a sua operação controlados por uma estação central (4) de controlo e registo. O dispositivo pode utilizar-se para monitorar o enchimento de uma cavidade subterrânea, por exemplo