INFLUÊNCIA DA ARGILOSIDADE, POROSIDADE EFETIVA E DENSIDADE NAS VELOCIDADES COMPRESSIONAIS DE DISTINTAS LITOLOGIAS DO CAMPO DE NAMORADO

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1 Copyright 004, Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás IBP. Este Traalho Técnico Científico foi preparado para apresentação no 3 Congresso Brasileiro de P&D em Petróleo e Gás, a ser realizado no período de a 5 de outuro de 005, em Salvador. Este Traalho Técnico Científico foi selecionado e/ou revisado pela Comissão Científica, para apresentação no Evento. O conteúdo do Traalho, como apresentado, não foi revisado pelo IBP. Os organizadores não irão traduzir ou corrigir os textos receidos. O terial conforme, apresentado, não necessariamente reflete as opiniões do Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás, Sócios e Representantes. É de conhecimento e aprovação do(s) autor(es) que este Traalho será pulicado nos Anais do 3 Congresso Brasileiro de P&D em Petróleo e Gás. INFLUÊNCIA DA ARGILOSIDADE, POROSIDADE EFETIA E DENSIDADE NAS ELOCIDADES COMPRESSIONAIS DE DISTINTAS LITOLOGIAS DO CAMPO DE NAMORADO Julio Kosaka de Oliveira 1, José Agnelo Soares, Jorge Leonardo Martins 3 1, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Av. Brigadeiro Trompowski, s/n Cidade Universitária, Rio de Janeiro, RJ, Brasil, CEP jkolivei@uninet.com.r, agnelo@geologia.ufrj.r 3 Oservatório Nacional MCT, Rua Gal. José Cristino, 77, São Cristóvão, Rio de Janeiro, RJ, Brasil, CEP jlrtins@on.r Resumo Investigamos tendências de variação das velocidades compressionais ( P ) em função da porosidade efetiva ( e ), ilosidade ( ) e densidade (ρ ) em litologias distintas (arenito Namorado, folhelho e mista) presentes no Campo de Namorado. Os valores de P, e, e ρ foram otidos a partir de dados de perfilagem de poços e de análise seqüencial de testemunhos (ANASETE). Utilizamos distintos modelos temáticos para ajustar P às deis propriedades, e em cada ajuste tamém calculamos o coeficiente de correlação (R). A influência simultânea de e e nos valores de P foi investigada a partir de um modelo de regressão linear. Os resultados indicam que, nas três litologias estudadas, P tende a diminuir com o aumento tanto de e quanto de, sendo que e exerce u influência de ior peso que na dependência das velocidades. A gnitude dos coeficientes de correlação confere a estes ajustes um alto grau de confiailidade. Por sua vez, o uso dos modelos de potência e polinomial no estudo das relações entre P e ρ indicam que P tende a crescer com o aumento de ρ nas três litologias selecionadas, com a gnitude dos coeficientes de correlação indicando um grau de confiailidade mediano para esses ajustes. Palavras-Chave: Campo de Namorado; velocidade compressional; perfilagem de poços; tendências. Astract We investigated trends in the variation of compressional velocities ( P ) as a function of effective porosity ( e ), shaliness ( ) and ulk density (ρ ) in distinct lithologies (Namorado sandstone, shale and mixed lithology) present in the Namorado oil field. P, e, and ρ values were otained through data from well logs and sequential analysis of cores (ANASETE). We utilized different thetical models for fitting P to the other properties, and for each fit we also calculated the correlation coefficient (R). The simultaneous influence of and e in P values was investigated from a linear regression model. The outcomes indicate that P tends to decrease as e and increase in the three lithologies studied, and e exerts a greater influence in the variation of P in comparison to. The gnitude of the correlation coefficients shows a high degree of certainty for these fits. In turn, use of oth the polynomial and power law thetical models in the study of the relation etween P and ρ indicates an increase of P with a corresponding increase in ρ in the three selected lithologies, and the gnitude of the correlation coefficients indicates a median degree of certainty for these fits. Keywords: Namorado oil field; compressional velocity; well logging; trends.

2 1. Introdução As velocidades sísmicas, isto é, as velocidades das ondas elásticas que se propagam nas rochas, são influenciadas por vários fatores, tais como: composição mineralógica, densidade, profundidade, porosidade, ilosidade, estado de tensões atuantes, saturação de fluidos, etc. Especificamente, porosidade e ilosidade ocupam papel de destaque na dependência das velocidades sísmicas de rochas-reservatório. A porosidade é u propriedade física que representa o espaço de vazios preenchido pelo fluido (gás, óleo e/ou água). A ilosidade (ou volume de ila) é definida como a fração de ila presente na rocha. Das três fors de ocorrência de ila em reservatórios areníticos, a saer, ila laminar (forndo microcadas entre os grãos da triz quartzoza), ila estrutural (forndo agrupamentos granulares de ila entre os grãos da triz quartzoza) e ila dispersa ou autigênica (minerais de ila envolvem os grãos da triz quatzoza), esta últi possui a ior relevância porque tende a ocupar os espaços porosos, ostruindo o fluxo dos fluidos através do reservatório. Quanto à porosidade, é um fato que ela tamém é afetada pela ilosidade, com reflexo direto em outras propriedades da rocha, como na permeailidade e nas velocidades sísmicas (Miller & Stewart, 1990). Por conta da presença da ila nos poros da rocha, a porosidade total deve ser corrigida, resultando na porosidade efetiva que possiilita o arzenamento de fluidos no reservatório. Essa correção é feita a partir da interpretação de perfis geofísicos de poços e/ou medidas de laoratório. Usando modelos temáticos, o presente traalho tem como ojetivo investigar tendências de variação da velocidade compressional ( P ) em função da porosidade efetiva ( e ), volume de ila ( ) e densidade efetiva (ρ ) em distintas litologias que form o pacote sedimentar associado ao reservatório Namorado na Bacia de Campos: o arenito Namorado, os folhelhos e litologias mistas. Através de um modelo linear, investigamos a influência simultânea de e e sore P empregando a metodologia de Tosaya & Nur (198), Kowallis et al. (1984), Castagna et al. (1985), Han et al. (1986) e Miller & Stewart (1990). Por sua vez, estudamos os efeitos de ρ sore P segundo modelos temáticos de potência e polinomial conforme Gardner et al. (1974). Para avaliar o grau de confiailidade dos ajustes temáticos empregados, determinamos o coeficiente de correlação (R). As calirações otidas permitem pear porosidade efetiva, ilosidade e densidade sore o pacote sedimentar do Campo de Namorado sem a necessidade de execução de perfilagens geofísicas adicionais.. Descrição dos dados Para executar as investigações mencionadas na seção anterior, utilizamos dados de perfilagem geofísica de poços e os ANASETE s pertencentes ao conjunto de dados Campo Escola de Namorado, cedido pela ANP (Agência Nacional do Petróleo) para fins didáticos às instituições rasileiras de ensino e pesquisa. Os dados de ANASETE correspondem a descrições de testemunhos. Os dados de perfilagem geofísica possuem medidas de propriedades físicas ao longo do pacote sedimentar do reservatório Namorado, a saer: sônico (DT, em µs/ft), raios-γ (GR, em unidades API), resistividade (ILD, em Ω.m), porosidade neutrão (PHIN, fração percentual) e densidade (RHOB, em g/cm 3 ). A partir das inforções contidas no ANASETE, selecionamos as amostras para realização dos ajustes temáticos em três litologias diferentes presentes no Campo de Namorado: arenito Namorado, folhelho e u litologia mista. Cada litologia contém fácies distintas (vide a Taela 1). Ao todo, otivemos 966 amostras distriuídas ao longo de oito poços, sendo 516 amostras para o arenito Namorado, 60 para o folhelho e 390 para a litologia mista. 3. Metodologia A metodologia que adotamos para determinação de ajustes temáticos das dependências (linear) P P ( e, ) e (polinomial e de potência) P P (ρ ) seguiu a estitiva da porosidade efetiva e do volume de ila. Para tal, utilizamos as mess expressões fundamentais para interpretação dessas propriedades a partir de perfis geofísicos de poços Determinação da velocidade compressional ( P ) Determinamos a velocidade compressional a partir das medidas dos tempos de trânsito intervalar referentes ao perfil sônico (DT), através de u simples conversão de unidades (µs/ft - km/s). 3.. Determinação da ilosidade ( ) Calculamos a ilosidade a partir de expressões temáticas empíricas de uso comum em perfilagem de poços. Adotamos, a seguir, o valor médio das estitivas fornecidas por cada expressão correspondente. Inicialmente, determinamos o índice de raios-γ (I GR ) através da relação I GR GR perfil GR sand. (1) GR GR shale sand

3 O termo GR perfil se refere ao valor medido no perfil de raios-γ para cada amostra. As constantes GR sand e GR shale correspondem, respectivamente, aos valores mínimo e máximo registrados no perfil GR no intervalo sedimentar perfilado em cada poço. A ilosidade pode, então, ser calculada através das seguintes expressões: 1 ( GR ) 0.083[ 1] 3.7xI, () ( GR ) 0.33[ 1] xi, (3) ( I 0. ) +. (4) GR 7 Segundo Larionov (1969), as equações () e (3) se aplicam a sedimentos terciários ou recentes e em rochas mesozóicas ou anteriores, respectivamente. Isso se deve à variação do I GR com a idade geológica da rocha. Clavier et al. (1977) consideram a equação (4) is apropriada a rochas recentes. Finalmente, adotamos para o valor corresponde à média aritmética dos resultados das equações (), (3) e (4), ou seja, x 100%. (5) 3 O principal motivo para adotarmos a média aritmética é a composição arcoseana da litologia arenito Namorado. O perfil GR é sensível à radiação do potássio (K) presente nos grãos de K-feldspato da fração areia. A adoção do valor médio de certamente conduziu à suavização dos efeitos dessa radiação na resposta do perfil GR nessa litologia. Taela 1. Descrição de cada fácies presente nas litologias arenito Namorado, folhelho e litologia mista. Litologia Fácies Descrição arenito Namorado arenito grosso algado cadas métricas, ase areia muito grossa a conglomerática e topo areia grossa. Delgados níveis de gradação inversa/norl na ase. arenito Namorado arenito médio laminado cadas com até 1 m de espessura com um trend de gradação norl com ase areia grossa e topo areia fina. Laminações plano-paralelas-carpetes. arenito Namorado arenito médio gradado composição arcoseana, em selecionado, aspecto ciço, gradação às vezes incipiente ou do tipo cauda grossa. arenito Namorado arenito médio cimentado equivalente à fácies arenito médio gradado, porém cimentado. arenito médio, com deforções internas arenito Namorado arenito cimentado com deforção escorregamentos e cimentado. Clastos em arranjo desordenado, l selecionados e angulosos aspecto rechóide. folhelho síltico laminado de cor cinza escuro, folhelho folhelho radioativo moderadamente ioturado. Apresenta altos valores de raios-ga devido ao conteúdo de terial fosfático. folhelho interlaminado siltito/folhelho form níveis irregulares de espessura variável de silte defordo cinza claro e folhelho cinza escuro ioturados. litologia mista interlaminado lamoso defordo cadas de até 1 m com intercalações de calcilutito, e folhelho. Feições de deforção (escorregamento). litologia mista ritmito intercalações rítmicas de calcilutito, e folhelho em cadas de até 1 m de espessura Determinação da porosidade efetiva ( e ) Para o cálculo da porosidade efetiva usamos as relações a seguir: Se t t perfil f 100 x t sh t t sh f, (6) ρ ρperfil ρ ρsh De, (7) ρ ρf ρ ρf

4 ( x ) 3 o Congresso Brasileiro de P&D em Petróleo e Gás N Nsh + De NDe. (8) Os termos t perfil, ρ perfil e N são, respectivamente, as medidas dos perfis DT, RHOB e PHIN para cada amostra. As constantes t e t f representam os tempos de trânsito intervalar da triz rochosa (51 µs/ft) e do fluido de perfuração (189 µs/ft), respectivamente. As densidades ρ e ρ f são as densidades da triz (.65 g/cm 3 ) e da la de perfuração (1.0 g/cm 3 ). A equação (5) conduz ao cálculo de. Por fim, t sh, ρ sh e Nsh são constantes apenas para cada poço, e correspondem, respectivamente, ao tempo de trânsito intervalar, à densidade e à medida do perfil PHIN num ponto típico de folhelho no intervalo sedimentar em consideração. Para o valor de e de cada amostra adotamos a média aritmética dos resultados das equações (6), (7) e (8), logo, Se + De + NDe e x 100%. (9) Determinação da densidade (ρ ) As medidas no perfil RHOB fornecem as densidades (ρ ) das 966 amostras selecionadas. 4. Resultados Mostramos a seguir os resultados das dependências P P ( e, ) e P P (ρ ). Os valores máximos, mínimos e médios de P,, e e ρ encontrados para cada litologia estão representados na Taela. Taela. alores máximos, mínimos e médios de P,, e e ρ para cada litologia. Litologia arenito Namorado folhelho litologia mista P máxi (km/s) P míni (km/s) P média (km/s) máxi (%) míni (%) média (%) e máxi (%) e míni (%) 3 8 e média (%) 15 8 ρ máxi (g/cm 3 ) ρ míni (g/cm 3 ) ρ média (g/cm 3 ) Influência de e e nos valores de P A influência simultânea da porosidade efetiva e da ilosidade nas velocidades compressionais, isto é, P P ( e, ), verificadas nas litologias arenito Namorado, folhelho e mista são expressas nas equações lineares (10), (11) e (1) a seguir, respectivamente, , (10) P e , (11) P e (1) P e + Nas equações aci, P é expressa em km/s, e e e em %. Os resultados desses ajustes lineares estão representados na Figura 1. Nesta figura, o eixo vertical representa a razão P (calc)/ P (os), onde o termo P (calc) corresponde à velocidade compressional calculada a partir das equações (10), (11) e (1), e o termo P (os) se refere ao valor da velocidade compressional otido diretamente a partir do perfil sônico. Oservamos nas litologias investigadas que a velocidade compressional tende a diminuir com o aumento tanto da porosidade efetiva quanto da ilosidade, sendo que, teticamente falando, e exerce u influência de ior peso nos valores de P. Isto está de acordo com os resultados otidos por Tosaya & Nur (198), Kowallis et al. (1984), Castagna et al. (1985), Han et al. (1986) e Miller & Stewart (1990). Note que a gnitude dos coeficientes de correlação, R , R e R para os ajustes lineares representados pelas equações (10), (11) e (1), respectivamente, garantem a cada um dos ajustes grau de confiailidade muito om.

5 Figura 1. Influência da porosidade efetiva e da ilosidade na velocidade compressional, P P ( e, ). 4.. Relações entre P e ρ A relação entre a velocidade compressional e a densidade, isto é, P P (ρ ), segundo o modelo de potência usado em Gardner et al. (1974), para as litologias arenito Namorado, folhelho e mista, são representadas nas equações (13), (14) e (15), respectivamente, P 0.83 ( ) ρ , (13) P ( ) ρ , (14) P ( ) ρ.64. (15) Para esses ajustes, otivemos os seguintes coeficientes de correlação: R , R e R , respectivamente. Por sua vez, as dependências P P (ρ ) segundo o modelo polinomial (Gardner et al., 1974), para cada litologia so investigação, estão expressas nas equações (16), (17) e (18), respectivamente, ρ P P ρ 0.0P 1.606P ρ 0.050P P ; (16) ; (17). (18) com os respectivos coeficientes de correlação: R , R e R Nas equações (13) a (18), P é expressa em km/s, e ρ em g/cm 3. Diferentemente da porosidade efetiva e ilosidade, a velocidade compressional agora tende a crescer com o aumento da densidade. Os gráficos dos ajustes relacionados às equações (13), (14) e (15) estão representadas na Figura. Para os ajustes com as equações (16), (17) e (18), os resultados se encontram na Figura 3. Essas figuras mostram tendência semelhante àquelas otidas em Gardner et al. (1974), com exceção da equação (17) que exie u concavidade oposta às curvas dos deis ajustes polinomiais. Atriuímos essa tendência ao aixo número de amostras para a litologia folhelho (60 amostras) em comparação ao arenito Namorado (516 amostras) e à litologia mista (390 amostras). Oservamos um grau de confiailidade mediano, a partir dos respectivos coeficientes de correlação para os ajustes nas equações (13) a (18). 5. Conclusões As velocidades compressionais oservadas nas litologias arenito Namorado, folhelho e mista, presentes no Campo de Namorado, tendem a diminuir com o aumento tanto da porosidade efetiva quanto da ilosidade. A porosidade efetiva e exerce u influência de ior peso nos valores de P, em comparação ao volume de ila nas litologias investigadas. Considerando os coeficientes de correlação associados aos ajustes temáticos utilizados em cada litologia, otivemos um grau de confiailidade muito om. Ressaltamos, is u vez, que a composição arcoseana da litologia arenito Namorado provavelmente está influenciando os valores de aqui calculados. Para minimizar esses efeitos, adotamos a média aritmética de a partir de relações empíricas utilizadas em perfilagem geofísica de poços. Por outro lado, as velocidades compressionais dessas litologias tendem a crescer com o aumento da

6 densidade. Os médios coeficientes de correlação otidos conferem um grau de confiailidade mediano para esses ajustes. Por fim, a curva referente ao modelo polinomial para a litologia folhelho apresentou um comportamento distinto das deis devido ao aixo número de amostras selecionadas para essa litologia. Portanto, para essa litologia, o ajuste polinomial não representa u dependência fisicamente correta para certos intervalos da densidade. Figura. Relação entre a velocidade compressional e a densidade segundo modelo de potência. Figura 3. Relação entre a velocidade compressional e a densidade segundo modelo polinomial. 6. Agradecimentos Os autores agradecem à Agência Nacional do Petróleo (ANP) pelo apoio técnico e financeiro do Progra de Capacitação de Recursos Hunos em Geologia do Petróleo da UFRJ (PRH-ANP/MCT No. 18) na realização deste traalho. A cooperação do Prof. Jadir da Conceição da Silva, do Depto. de Geologia da UFRJ, é aqui reconhecida. 7. Referências CASTAGNA, J.P., BATZLE, M.L. & EASTWOOD, R.L., Relationships etween compressional-wave and shear-wave velocities in clastic silicate rocks: Geophysics, 50, CLAIER, C., COATES, G. & DUMANOIR, J., The theoretical and experimental ases for the dual water model for the interpretation of shaly sands. Soc. of Professional Engineers of AIME, Denver, SPE GARDNER, G.H.F., GARDNER, L.W. & GREGORY, A.R., Fortion velocity and density The diagnostic asis for stratigraphic traps: Geophysics, 39, HAN, D-H., NUR, A. & MORGAN, D., Effects of porosity and clay content on wave velocities in sandstones: Geophysics, 51, KOWALLIS, B.J., JONES, L.E.A. & WANG, H.F., elocity-porosity-clay content systetics of poorlyconsolidated sandstones: Journal of Geophysical Research, 89, LARIONO,.., Radioactivity y Well Log. Nedra, Moscow (in Russian). MILLER, S.L.M. & STEWART, R.R., Effects of lithology, porosity and shaliness on P- and S-wave velocities from sonic logs: Canadian Journ. of Expl. Geophysics, 6, TOSAYA, C. & NUR, A., 198. Effects of diagenesis and clays on compressional velocities in rocks. Geophys. Res. Lett, 9, 5-8.