Flow Profiling of a Geothermal Well Using an Isotherm-Slope Method Applied to Fiber-Optic Distributed Temperature Sensing Data: An Example from Utah FORGE EGS Well 16B(78)-32

Resumo Técnico: Perfil de Fluxo de um Poço Geotérmico Usando um Método de Inclinação de Isoterma Aplicado a Dados de DTS de Fibra Óptica

Definição do Problema
A avaliação da eficácia da estimulação e da conectividade do reservatório em Sistemas Geotérmicos Estimulados (EGS) requer o detalhamento do perfil de fluxo para identificar quais intervalos participam da injeção e produção. A perfilagem de fluxo convencional depende de ferramentas de registro de produção (ex: medidores de fluxo tipo spinner), que exigem intervenção no poço, mobilização de equipamentos e reconfiguração do cabeçote do poço. Em poços de EGS de alta temperatura, altamente desviados ou hidraulicamente complexos, essas intervenções são operacionalmente arriscadas, caras e frequentemente limitam a frequência de testes repetidos. Embora a detecção de temperatura distribuída (DTS) por fibra óptica seja cada vez mais implantada para monitoramento contínuo, extrair perfis de fluxo quantitativos a partir de dados de DTS sem corridas repetidas de ferramentas de registro continua sendo um desafio. Métodos térmicos existentes muitas vezes exigem modelos térmicos calibrados ou são limitados a indicadores qualitativos.

Metodologia
Os autores apresentam o método de perfil de fluxo por inclinação de isoterma, um fluxo de trabalho quantitativo que estima ganhos e perdas no poço usando dados de migração de frente térmica de DTS durante testes de huff-puff de poço único (injeção seguida de produção/retorno).

• Princípio Central: O método rastreia um contorno de temperatura selecionado (isoterma) no espaço profundidade-tempo. Quando um fluido mais frio é injetado, uma frente térmica propaga-se para baixo. A velocidade desta frente é retardada em relação à velocidade do pistão do fluido devido à troca de calor com o poço, o hardware de completação e a formação.
• Cálculo da Razão de Inclinação: Em intervalos sem entrada ou saída de fluxo, a velocidade da frente térmica permanece relativamente consistente. Quando o fluido entra ou sai do poço, a velocidade local do fluido muda, alterando proporcionalmente a velocidade da frente térmica. O método calcula a razão das inclinações das isotermas ajustadas em janelas de profundidade imediatamente acima e abaixo de um estágio específico. Esta razão de inclinação fornece uma estimativa da razão de velocidades de fluido através desse estágio.
• Construção do Perfil de Fluxo: Começando de um intervalo de referência com uma taxa de fluxo de cabeçote conhecida (onde não há entrada/saída de fluido), o método calcula progressivamente as taxas de fluxo através de estágios subsequentes, aplicando as razões de velocidade derivadas das mudanças de inclinação. A troca líquida para cada intervalo é determinada pela diferença entre o fluxo através que entra e o que sai desse intervalo.
• Manipulação de Dados: O fluxo de trabalho distingue entre mudanças de fluxo líquido através e perturbações térmicas locais (ex: circulação inter-estágio ou recirculação). Pontos que representam circulação local, que não resultam em uma mudança líquida no fluxo através, são mascarados para evitar ajustes de inclinação errôneos.
• Validação: O método foi validado usando respostas de DTS sintéticas geradas por um modelo de transmissão de calor de poço transiente. Os testes sintéticos prescreveram perfis específicos de injeção (apenas perda) e produção (ganhos e perdas não monotônicos) para verificar a capacidade do método de recuperar distribuições de fluxo sem exigir propriedades térmicas calibradas do poço ou da formação.

Principais Resultados

• Validação Sintética: O método recuperou com sucesso as distribuições de fluxo prescritas em testes sintéticos. Os erros de injeção ficaram dentro de 5,2 pontos percentuais da referência, e os erros de produção resolvidos ficaram dentro de 2,4 pontos percentuais. Os testes confirmaram que o método pode recuperar tanto perdas de injeção monotônicas quanto perfis de produção complexos e não monotônicos contendo ganhos e perdas simultâneos.
• Aplicação em Campo (Poço Utah FORGE 16B(78)-32): O método foi aplicado a um teste de huff-puff em um poço de EGS altamente desviado.
  • Fase de Injeção: Todos os estágios resolvidos (1–5) e a seção de furo aberto apresentaram perdas líquidas do poço para a formação. O Estágio 4 aceitou a maior fração (25%), seguido pelo furo aberto e o Estágio 3 (19% cada).
  • Fase de Produção: O perfil de fluxo foi não monotônico, indicando fluxo inter-estágio próximo ao poço. Os Estágios 5, 2 e o furo aberto contribuíram com fluido para o poço (ganhos), enquanto os Estágios 4 e 1 continuaram a aceitar fluido do poço (perdas). O Estágio 5 forneceu o maior ganho (66% do fluxo de produção).
  • Retardamento Térmico: A análise dos fatores de retardamento térmico indicou que, embora o revestimento e a coluna de perfuração (coiled tubing) representem aproximadamente um terço do retardamento de injeção observado, a formação e a troca de calor próxima ao poço representam os dois terços restantes. Crucialmente, o cálculo de partição de fluxo baseia-se em razões de inclinação locais dentro de uma fase de fluxo, tornando-o robusto contra incertezas de retardamento absoluto.

Significância e Alegações
O artigo alega que o método de inclinação de isoterma fornece uma abordagem prática para a avaliação repetida da eficácia da estimulação e da evolução da conectividade do reservatório usando dados de DTS existentes. Sua principal significância reside na sua capacidade de:

1. Eliminar Intervenções Repetidas: Permite a perfilagem de fluxo resolvida por estágio sem a necessidade de intervenções repetidas de registro de fluxo ou reconfiguração do cabeçote.
2. Independência de Modelo: Não requer propriedades térmicas calibradas do poço ou da formação, pois depende de razões de inclinação locais em vez de modelagem térmica absoluta.
3. Detectar Fluxo Complexo: Pode identificar ganhos e perdas simultâneos durante a produção, revelando fluxos inter-estágio e caminhos de reversão de fluxo que não simplesmente retratam os caminhos de injeção.

Os autores posicionam este método como um complemento, e não um substituto, para medições diretas de fluxo (como registros de spinner) e análise de slug térmico. É particularmente valioso para aplicações de EGS onde o desempenho do reservatório está intimamente ligado à conectividade em nível de estágio e onde restrições operacionais limitam a frequência de registros convencionais. O estudo demonstra que a migração da frente térmica de DTS pode efetivamente estimar a partição de fluxo em escala de estágio, oferecendo uma ferramenta de diagnóstico para otimizar estratégias de estimulação e operação em reservatórios geotérmicos.