Propiedades Electricas, Radiactivas y Acusticas de Las Rocas

INGENIERIA PETROLERA

PETROFISICA Y REGISTROS DE POZOS

DOCENTE ING. ANIBAL LARA LEO

ALUMNO

INVESTIGACION PROPIEDADES ELECTRICAS DE LAS ROCAS PROPIEDADES ACUSTICAS DE LAS ROCAS PROPIEDADES RADIACTIVAS DE LAS ROCAS

FECHA 27/ SEPTIEMBRE / 2012

Propiedades Eléctricas de las Rocas 1. La conductividad en las rocas es la capacidad que tienen ellas de permitir el paso de la corriente eléctrica a través de sí. También es definida como la propiedad natural característica de cada cuerpo que representa la facilidad con la que los electrones (y huecos en el caso de los semiconductores) pueden pasar por él. 2. La actividad electroquímica causada por los electrolitos, que circulan en el subsuelo = la base para los métodos magnéticos, de potencial propio y de polarización inducida. 3. La constante dieléctrica indica la capacidad de material rocoso de guardar carga eléctrica y determina parcialmente la repuesta de formaciones rocosas a las corrientes alternas de alta frecuencia introducida en la tierra a través de los métodos inductivos o conductivos.

Métodos Eléctricos

Conductividad en las rocas La conductividad en las rocas es la capacidad que tienen ellas de permitir el paso de la corriente eléctrica a través de sí. También es definida como la propiedad natural característica de cada cuerpo que representa la facilidad con la que los electrones (y huecos en el caso de los semiconductores) pueden pasar por él. Varía con la temperatura. Es una de las características más importantes de los materiales. La unidad de la conductividad es el S/m (siemens por metro). La mayoría de los minerales constituyentes de las rocas al igual que los hidrocarburos, no son conductores de la electricidad o sea que son resistivos. En las rocas sedimentarias la parte sólida está formada por minerales no

conductores de la electricidad tales como cuarzo, silicatos, carbonatos, etc. Estas rocas conducen la electricidad, solamente debido a la presencia de fluidos conductivos dentro de los espacios porosos interconectados, como es el agua de formación, estos son conductoras de la electricidad debido a las sales ionizadas en solución que dichas aguas contienen. La temperatura es otro factor que afecta la capacidad conductora del agua de formación, debido a que influye en la movilidad de los iones, a mayor temperatura, mayor es la movilidad de los iones, por lo tanto mayor capacidad conductora. Relación existente entre la conductividad y la resistividad de las rocas y los factores que los determinan se define como la resistencia R de un cilindro conductivo con una longitud unitaria l y una dimensión unitaria de su sección transversal S. Supuesto que la resistividad específica del cilindro conductivo sea r, la longitud sea l, la dimensión de la sección transversal sea S, la resistencia R se expresa como sigue: R=(S)/I. La unidad de la resistividad especifica es m=Ohm metros. Los factores, que determinan la resistividad eléctrica de una roca, son los siguientes:  Porosidad  Composición química del agua, que llena los espacios porosos de la roca.  Conductividad de los granos minerales, aún en la mayoría de los casos es un factor mucho menos importante en comparación a los dos factores anteriores. En las rocas porosas situadas encima del nivel del agua subterránea en una profundidad somera del subsuelo y en las rocas situadas en profundidades tan altas, que todos los espacios porosos están cerrados por la presión ambiental, la corriente se mantiene en forma de la conducción electrónica y ocurre adentro de los granos minerales. En estas condiciones la resistividad eléctrica depende de las verdaderas propiedades microscópicas de la roca. Una característica eléctrica muy importante en las rocas es la resistividad, ésta se define en base a la resistividad de cualquier conductor que esté presente en la formación de área y longitud unitarias, la unidad de medida está dada por el Ohm m2/m, y se simboliza con la letra Ω. La resistividad es una de las propiedades de las rocas que han sido y son usadas comúnmente para la interpretación de registros geofísicos de pozos, pues por medio de esta propiedad se logran determinar ciertos parámetros de los yacimientos como, la porosidad y la saturación de fluidos, los cuales son considerados los más representativos durante la interpretación de un registro. En general se puede mencionar que la mayoría de las rocas no conductoras son rocas secas, pero cabe aclarar que existen algunas excepciones. A

diferencia de las que contienen fluidos como el agua salada se consideran rocas conductoras. En cada formación su resistividad in situ dependerá de la cantidad de agua que está contenida en la formación, así como también se encuentre distribuido el fluido dentro de la roca que se encuentre en estudio. Cabe mencionar que cuando la formación es arcillosa, los valores de resistividad se verán alterados por la cantidad y distribución de la arcilla. Roca Lutitas Arenas con agua salada Arenas con hidrocarburos Calizas

Resistividad de 1 a 10 Ohm-m de menos de 0.5 a 10 Ohm-m de 1 a 100 Ohm-m de 10 a 500 Ohm-m

A continuación se mencionan las resistividades que comúnmente presentan las rocas receptoras de los yacimientos y formaciones asociadas, para los campos mexicanos: Resistividad de las formaciones parcialmente saturadas Esta propiedad se presenta cuando el gas y el aceite están presentes en una roca de tipo porosa en conjunto con una cierta cantidad de agua salada, por lo que su resistividad será mayor que Ro, esto se debe a que existe una cantidad de agua salada que esta interactuando con los poros de la roca y la cual permite que fluya una corriente eléctrica, este cantidad de agua podemos determinarla como Sw. La resistividad que esté presente en una roca parcialmente saturada con agua, no solo depende de Sw, también depende de la distribución del espacio poroso. La distribución de la fase fluido dentro de las rocas depende de las propiedades de mojabilidad al cual este sometida dicha roca, de la dirección de flujo y a su vez del tipo de porosidad, ya sea intergranular, vugular o ambas. La expresión que relaciona la saturación de agua conata (Sw) y la resistividad verdadera Rt, es la de Archie, que nuevamente se puede expresar en diferentes formas: Saturación de agua en función de la resistividad Este índice se define como la relación o el cociente que resulta de dividir la resistividad de la roca saturada con agua salada e hidrocarburos, entre la resistividad que presente la roca saturada al 100% con agua salada. Archie reporta en su trabajo de la resistividad, en muestras de arenas con un contenido variable de agua y aceite, y graficó los valores obtenidos de saturación de agua (Sw) contra el cociente Ro/Rt. Ro: resistividad de la arena saturada al 100% con agua Rt: resistividad de la arena saturada con agua salada e hidrocarburos.

salada.

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Propiedades Acústicas de las Rocas La propagación del sonido en un pozo, es un fenómeno complejo que esta regido por las propiedades mecánicas de ambientes acústicos diferentes. Estos incluyen la formación, la columna de fluido del pozo y la misma herramienta del registro. El sonido emitido del transmisor choca contra las paredes del agujero. Esto establece ondas de compresión y de cizallamiento dentro de la formación, ondas de superficie a lo largo de la pared del agujero y ondas dirigidas dentro de la columna del fluido. En el caso de registros de pozos, la pared y rugosidad del agujero, las capas de la formación, y las fracturas pueden representar discontinuidades acústicas significativas. Por lo tanto, los fenómenos de refracción, reflexión y conversión de ondas dan lugar a la presencia de muchas ondas acústicas en el agujero cuando se está corriendo un registro sónico. Teniendo en cuenta estas consideraciones, no es sorprendente que muchas llegadas de energía acústica sean captadas por los receptores de una herramienta sónica. En su forma más sencilla, una herramienta sónica consiste de un transmisor que emite impulsos sónicos y un receptor que capta y registra los impulsos. El registro sónico es simplemente un registro en función del tiempo t, que requiere una onda sonora para atravesar un pie de formación. Esto es conocido como tiempo de transito Δt, t es el inverso de la velocidad de la onda sonora. El tiempo de transito para una formación determinada depende de su:  Porosidad

 Litología Los tiempos de transito sónico integrados también son útiles al interpretar registros sísmicos. Las ondas sísmicas producidas por la detonación de una carga explosiva o por cualquier otro sistema se transmite a través de la tierra en forma de vibraciones u ondas que transitan a diferentes velocidades, estas velocidades están influenciadas por: la litología, profundidad, porosidad del material, compactación, litificación, contenido de fluidos, entre otros. Estas velocidades dependen del modulo elástico y de la densidad. Tales parámetros son importantes para el análisis de la velocidad en la interpretación de datos sísmicos. A continuación se presenta una tabla de velocidades de propagación de ondas sísmicas, estas velocidades se refieren a las ondas longitudinales.

Material

V=[m/s]

Capa Meteorizadas Aluviones Modernos Arcillas Margas Areniscas Conglomerados Calizas Dolomias Sal Yeso Anhidrita Gneises Cuarzitas Granitos Gabros Dunitas Diabasas

300-900 350-1500 1000-2000 18000-3200 1400-4500 2500-5000 4000-6000 5000-6000 4500-6500 3000-4000 3000-6000 3100-5400 5100-6100 4000-6000 6700-7300 7900-8400 5800-7100

Métodos sísmicos

Un análisis de estos datos muestra que las rocas ígneas, en general, tienen velocidades mayores que las rocas sedimentarias. Estas velocidades varían entre los límites indicados dependiendo de la profundidad y de las constantes elásticas. En general, para un mismo tipo de roca, las velocidades aumentan con la edad geológica y para una misma roca y edad aumentan por la profundidad.

Propiedades Radioactivas de las Rocas En 1939 se empezó a trabajar en la propiedades radioactivas de las rocas, para esa época el conocimiento de esta propiedad de las rocas era muy reducido, pero ya se utilizaba el registro de rayos gamma para determinar cualitativamente la litología de la formación (arcillosidad de las rocas) y para fines de correlación geológica, una de las grandes ventajas que aportó este instrumento es que la medición podía tomarse en agujeros ademados, pues permitió que se tomaran registros en pozos donde nunca se habían podido tomar por la situación técnica en que se encontraban. Casi toda la radiación gamma en la tierra es emitida por el isotopo radiactivo de potasio de peso atómico 40 y por elementos radiactivos de la serie uranio y torio. Cada uno de estos elementos emite rayos gama cuyo número y energía son distintivos de cada elemento. El potasio (k40) emite rayos gamma de un solo nivel de energía de 1.46mev mientras que las series de uranio y torio emiten rayos gama de varios niveles de energía Familia radiactivas naturales  Serie del uranio (u 238)  Serie del torio (th 232)  Serie del potasio (k 40) Considerando que las rocas sedimentarias tiene una roca antecesora: Rocas cristalinas →Erosión → Sedimentarias

La radioactividad en ellas se observa con:

 Más concentración de Lutitas (especialmente arcillas orgánicas negras, carbón catalizador) → origen del petróleo.  Se observa más radioactividad en aguas de formación que en aguas de mar actuales de la misma salinidad.  Arenisca cuarzítica saturada de agua dulce → radiactividad CERO. Vida media de elementos radiactivos naturales:    

Muy larga (billones de años). Uranio T=4.5 Origen/ explosión atómica al origen de la tierra. No hay reemplazo.

Rayos Gamma (Gamma Ray = GR): Se basa en las mediciones de las emisiones de rayos gamma que poseen las rocas. Durante la meteorización de las rocas, los elementos radiactivos que estás contienen se desintegran en partículas de tamaño arcilla, por lo tanto las Lutitas tienen emisiones de rayos gamma mayores que las arenas. Mientras mayores el contenido de arcilla de las rocas mayor es la emisión de GR de las mismas. Los minerales radiactivos principales son: el potasio (K), el torio (Th) y el uranio (U). Se lee de izquierda a derecha ( Ç). Si el Gr es bajo contenido de arcilla y si es alto indica alto contenido de arcilla. La unidad de medida es en grados API, con un rango de valores generalmente va de 0 a 150 API. Sirve para calcular el contenido de arcilla de las capas (Vsh), para estimar tamaño de grano y diferenciar litologías porosas de no porosas. Puede utilizar en pozos entubados. Registro de Espectrometría (NGS) El registro de espectrometría o GR espectral sirve para determinar el tipo de arcilla que contiene una formación. Se basa en la relación de proporciones de los tres minerales radiactivos principalmente: potasio (K), torio (Th) y uranio. Las concentraciones K/Th ayudan a identificar el tipo de arcilla presentes en la formación, mientras que la concentración de U indican la presencia de materia orgánica dentro de las arcillas. Si se parte del principio que cada formación posee un tipo de arcilla por la relación (K/Th) se puede inducir que se produjo un cambio formacional. Por lo tanto el NGS puede utilizarse para estimar contactos formales. Radiación Alfa Las partículas alfa están constituidas por núcleos de helio son de naturaleza corpuscular, teniendo carga eléctrica positiva. La velocidad de expulsivo de esta es muy elevada y en consecuencia, debido a su masa y velocidad, estas partículas están dotadas de gran energía y son verdaderos proyectiles lanzados sobre la materia que las rocas y son frecuentemente ionizantes, pero al mismo tiempo, a causa de su tamaño resultan fácilmente frenadas por choques sucesivos con la misma materia que las rocas, alcanzando pronto un estado pasivo como neutro de hielo.

Radiación Beta Las radiaciones son simplemente electrones, con carga negativa y masa un poco reducida. Son emitidos por algunos elementos radiactivos con velocidad muy variable. Debido a su pequeño tamaño tienen grandes posibilidades de pasar de penetración resulta muy superior al de las radiaciones alfa, siendo por el contrario menor su capacidad de ionización debido a sus reducidas ocasiones para expulsar electrones.