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MÉXICO

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Registros Geofísicos ÍNDICE I. LOS REGISTROS GEOFÍSICOS

Introducción Historia de los registros en México II. TIPOS DE REGISTROS GEOFÍSICOS Registro en agujero abierto Registro en agujero entubado Tipos de herramientas Registros resistivos Doble inducción fasorial Doble laterolog telemétrico Microesférico enfocado Registros nucleares Neutrón compensado Litodensidad compensada Espectroscopía de rayos Gamma Rayos Gamma naturales Registros acústicos Sónico digital Otros registros Medición continua de echados Geometría de pozo Herramientas de imágenes Herramienta Halliburton III. PROGRAMA DE REGISTROS

Figura 59 Cartas de interpretación.

76

Selección de los registros apropiados Pozos exploratorios Pozos de desarrollo Control de calidad de los registros Control de profundidad Calidad técnica general Repetibilidad Valores absolutos de registros ("Marcadores") Zonas potenciales de contenido de agua y cálculos Zonas potenciales de contenido de hidrocarburos y cálculos Decisiones sobre la capacidad productiva

Página 4

4 5 6 7 8 9 10 12 13 14 15 22 22 23 25 25 26 27

1

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IV. CONCEPTOS BÁSICOS DE INTERPRETACIÓN Introducción El proceso de la interpretación Evaluación de las formaciones Parámetros petrofísicos Porosidad Saturación Permeabilidad Resistividad y fluidos de la formación Resistividad Factor de formación y saturación de agua Ecuación de Archie fraccionada

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28

Registro afectado por formación rápida

30

32 34

V. INTERPRETACIÓN CUALITATIVA Introducción Lectura de los registros geofísicos Respuesta típica del registro GR Identificación de litologías Identificación de zonas permeables Potencial natural SP Separación de curvas de resistividad Calibrador Efecto de rugosidad y diámetro del pozo en el registro de densidad Arcillas, agua ligada y gas en la herramienta de neutron Efecto de litología en el neutrón Efecto de las condiciones del pozo VI. INTERPRETACIÓN EN FORMACIONES LIMPIAS Introducción Pasos para la interpretación Información obtenida de los registros Determinación de Rw por el método de inversión de Archie Determinación de Rw a partir del SP Ejemplo de aplicación de la ecuación de Archie Cálculo de Rw por el método de inversión de Archie Cálculo de Rw usando el SP Cálculos de Sw Indicadores de permeabilidad Notas adicionales acerca de la resistividad del agua de formación Definición de la zona de interés Determinación de Rw con el método de inversión de Archie Métodos "rápidos" en el análisis de registros Cálculo de la saturación de agua Gráfica cruzada de porosidad y litología (CP) Porosidad dos tercios (Two-Thirds Porosity) Porosidad gráfica cruzada Yacimientos de mineralogía compleja VII. INTERPRETACIÓN EN FORMACIONES ARCILLOSAS Introducción Método de doble agua Evaluación de la cementación Técnica de la cementación

2

35 38 40 42

43 44 46

48 49 50 52 53 54 55 56 58

59 60 61 65 Figura 58

75

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Efecto de microanillo. Registro con y sin presión

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Registro CBL - VDL Principio de operación El registro VDL Interpretación del registro CBL - VDL Interpretación cualitativa Tubería mal cementada Buena adherencia de la tubería y buen acoplamiento acústico a la formación Canalización y microánulo Interpretación cuantitativa Ejemplos

66 67 68 70 71

Figura 57

74

3

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Registros Geofísicos I. LOS REGISTROS GEOFÍSICOS

mara registradora de 9 galvanómetros que proporcionaban mediciones en películas transparentes

Introducción Conocer las características de las formaciones atravesadas por los pozos, tanto en su naturaleza litológica, como en lo relativo a su contenido de fluidos (agua o hidrocarburos), es motivo de profundo interés. Del conocimiento de los diferentes parámetros que tal información proporciona, dependerá la extracción eficiente de los hidrocarburos. Para ello se cuenta con el muestreo de los pozos; es decir, del registro de lo que la barrena atraviesa. Este muestreo se hace en forma directa: estudiando muestras de la formación, o mediante el análisis continuo del fluido de perforación, y por la introducción mediante cables con conductores eléctricos de dispositivos medidores de los distintos parámetros característicos de las formaciones atravesadas y de su contenido. De estos métodos de muestreo, el que mayores avances tecnológicos ha reportado es el originalmente conocido como registro eléctrico. Actualmente, a éste se le han sumado una serie numerosa de registros de otros parámetros y se les denomina genéricamente registros geofísicos. Un registro geofísico es un gráfico X-Y en donde el eje Y representa la profundidad del pozo y el eje X representa el o los valores de algunos parámetros del pozo como son: porosidad, densidad, tiempo de tránsito, resistividad, diámetro del agujero, etcétera. Historia de los registros en México Hasta los años 70, los registros geofísicos se obtenían con unidades de tipo convencional. Éstas operaban con cable electromecánico de siete conductores. Dentro de la cabina de la unidad se encontraban los paneles o tableros electrónicos y una cá-

4

Figura 1 Operación con paneles electrónicos y unidades convencionales.

En México se introdujeron las primeras cabinas marinas para la toma de registros geofísicos en 1963. El registro de inducción empezó a realizarse en 1964, los registros de producción en 1967; el registro de densidad en 1969; el de echados en 1971. El registro de microproximidad fue introducido en 1971, el Doble Laterolog en 1974, y el registro de doble inducción en 1979. En el año de 1979, Petróleos Mexicanos se ve afectado por el cambio de sistemas de registros. Esto ocurrió porque se descontinuó la producción del equipo convencional integrado por tableros de control que fueron sustituidos por sistemas computarizados. Toca la responsabilidad de analizar todas las alternativas de solución y sus repercusiones a Petróleos Mexicanos, que adquiere la nueva tecnología. Además, para mantenerse a la vanguardia de la especialidad y garantizar la obtención de información con un alto porcentaje de exactitud para la toma de re-

Figura 56 Respuesta del CBL-VDL en diferentes condiciones.

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gistros geofísicos, la institución adquiere unidades cibernéticas a compañías extranjeras.

Bond Index = 0.8

Intervalo Mínimo Requerido

15

10

5

Figura 2 Unidad móvil computarizada. 0 5

51/2

6

7

8

En junio de 1991, se introduce en México un nuevo sistema computarizado. Éste utiliza una telemetría de punta de 500 kilobits por segundo.

93/8 10

9

Casing Size

Figura 54 Intervalo requerido para un buen. sello.

100

SFT 119 in FLUID (SFT 155)

90

E1 Amplitude (mv)

80

TCSG

60

50

Figura 3 Cabina computarizada costafuera. 30

Actualmente, la Unidad de Perforación y Mantenimiento de Pozos se ha colocado a la vanguardia en tecnología de registros. Esto se debe a la la adquisición de tres sistemas que han sido instalados en unidades cibernéticas.

20 2

4

6

8

Casing ID (inches) Figura 55 Amplitud del CBL en tubería libre.

72

10

El diseño modular del sistema permite que sea fácilmente mejorado (actualizado) para incrementar la velocidad o memoria. Las aplicaciones de este sistema son servicios de registros en agujero abierto y entubado; registros de producción; despliegue en tiempo real de imágenes de pozo; de servicios como los de imágenes microresistivas y ultrasónicas; servicios de terminación como corridas de empaques, disparos, recuperación de tuberías y cortadores químicos, verificar y evaluar las operaciones de estimulación, cementación y empaque de arena. Existe otro sistema de adquisición de datos que mejora cuatro aspectos críticos de los registros: integridad de la medida y calidad de los datos, tecnología avanzada de servicios, seguridad y eficiencia operativa. El sistema integra avances en adquisición digital de datos, computación multitarea y tecnología gráfica.

9 5/8 CSG

70

la capacidad de proceso de una estación de trabajo. El uso de componentes de mayor potencia de procesamiento permite más combinaciones de herramientas y velocidades mayores de registro. Además, que varias aplicaciones puedan correrse simultáneamente. Las unidades vienen equipadas con sistemas redundantes e independientes para realizar simultáneamente dos funciones mayores.

10

14

16

18

20

Otras compañías líderes en tecnología de registros cuentan con sistemas de cómputo integrados. Existe un sistema de registros que entrega consistentemente datos exactos de alta calidad y proporciona

II. TIPOS DE REGISTROS GEOFÍSICOS Para determinar algunas características de las formaciones del subsuelo es necesario llevar a cabo la toma de registros. Para esto se utiliza una unidad móvil (o estacionaria en pozos costafuera) que contiene un sistema computarizado para la obtención y procesamiento de datos. También cuenta con el envío de potencia y señales de comando (instrucciones) a un equipo que se baja al fondo del pozo por medio de un cable electromecánico. El registro se

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obtiene al hacer pasar los sensores de la sonda enfrente de la formación, moviendo la herramienta lentamente con el cable.

Un índice de adherencia de 1 indica una completa adherencia.

Neutrón compensado Densidad compensada Sónico digital Imágenes de pozo

Una adherencia incompleta se indica por un BI menor de 1. El valor mínimo necesario de indice de adherencia, BI, necesario para obtener un buen sello hidráulico varía dependiendo de las condiciones locales. En la práctica, un BI = 0.8 ha dado buenos resultados. Sin embargo, el BI por si solo, no es suficiente para garantizar un buen aislamiento de la zona. Se deberá considerar también la longitud del intervalo cementado. La experiencia de campo indica que el mínimo intervalo adherido necesario para un buen aislamiento depende del tamaño de la tubería de revestimiento.

Registros en agujero entubado

Servicios aPozos

0 GR 100 4 CALI 14

Arcilla

0 LLS 1000 45% O 15% p R 0 LLD 1000 120 T 20 O 0 MSFL1000 1.9 b 2.9 F.

5100

5150

Arena

5200

5250

Arcilla

Evaluación de la cementación Pruebas de formación Desgaste de tubería Tipos de herramientas El equipo de fondo consta básicamente de la sonda. Este es el elemento que contiene los sensores y el cartucho electrónico, el cual acondiciona la información de los sensores para enviar a la superficie, por medio del cable. Además, recibe e interpreta las órdenes de la computadora en superficie. Las sondas se clasifican en función de su fuente de medida en:

5300

5350

Caliza 5400

5450

Dolomía 5500

Figura. 4 Diagrama esquemático de la toma de registros.

Resistivas (Fuente: corriente eléctrica) Porosidad (Fuente: cápsulas radiactivas). Sónicas (Fuente: emisor de sonido).

La figura 54 se obtuvo de observaciones y pruebas de aislamiento en pozos y muestra, el intervalo con un BI de 0.8 requerido para asegurar un buen sello, en función del diámetro de la tubería.

En la figura 5 se muestran los tres tipos de herramientas.

H er r amientas de fondo

Como referencia, siempre se deberá tomar un tramo de registro en tubería 100% libre. Esto nos permite verificar la respuesta o sensitividad de los transductores, así como posibles efectos del fluido.

E léctricas R adiactivas S ónicas Dentro de los objetivos del registro geofísico podemos mencionar: Determinación de las características de la formación: porosidad, saturación de agua/hidrocarburos, densidad. Delimitación (cambios) de litología Desviación y rumbo del agujero Medición del diámetro de agujero Dirección del echado de formación Evaluación de la cementación Condiciones mecánicas de la TR

Figura 53 Nomograma para interpretación del CBL.

La atenuación se puede determinar con el nomograma de la figura 16. Este índice de adherencia es, en la práctica, igual a la proporción de circunferencia de tubería, que está adherida.

Registros en agujero abierto Inducción Doble Laterolog

6

La respuesta (amplitud CBL) en tubería libre, considerando agua dulce, depende del diámetro de la TR (ver figura 55). Resumen de interpretación del CBL-VDL Ejemplos:

Figura 5

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VDL : Sólo hay señales de la tubería, mostrándose como franjas regulares y bien contrastadas

Canalización : Hay cemento, pero no rodea completamente a la tubería

Nótese que los coples de la tubería introducen alteraciones en la trayectoria de la onda de sonido. Estas aparecen en el CBL (incremento en DT, disminución de la amplitud) y en el VDL ("patrones Chevrón").

En el caso del microánulo, probablemente existe un sello hidráulico, pero para la canalización posiblemente no. Sin embargo, se tiene formas de onda y resultados del registro en ambos casos:

La sección A de la figura 52a y 52c, muestran la respuesta del CBL-VDL a la tubería libre.

CBL : Amplitud (E1) moderada, DT constante VDL : Arribos moderados de la tubería y de formación

(a) Después de la cementación(b) Después de la c. forzada © Con la tubería presurizada Buena adherencia de la tubería y buen acoplamiento acústico a la formación La energía acústica es transmitida a la formación. Esto resulta en señales débiles de la tubería de revestimiento aunado a señales fuertes de formación, dependiendo de las características de la formación. CBL : Amplitud (E1) baja; cuando la amplitud es muy baja, el tiempo de tránsito puede sufrir alargamiento o un salto de ciclo VDL : Señales de la tubería débiles; arribos de señal fuerte de la formación si la atenuación en la formación no es demasiado alta. La sección (b) de las figuras. 52b y 52c de 7,800 a 7860 pies es un ejemplo de buena adherencia, con alargamiento y saltos de ciclos. Comentario: Una formación muy rápida puede ocasionar que la señal de formación llegue primero que la señal de la tubería al receptor. Entonces el DT disminuye y la amplitud aumenta. Buena adherencia de la tubería pero mal acoplamiento acústico a la formación. El cemento atenúa la energía acústica, pero la energía transmitida hacia y recibida desde la formación es muy baja.

La sección C de la figura 52b (de 8,000 a 8100 pies) indican canalización o microánulo. Si se tiene microánulo, presurizando la tubería mejora la adherencia; la comparación entre la sección B y C, figuras 52b y 52c comprueba que se tiene un microánulo entre 7,815, 8,050 y 8,100 pies. Interpretación cuantitativa La amplitud E1 depende del porcentaje de la circunferencia de la tubería que está cementado (figura 14). Además, cuando la circunferencia de la tubería está completamente cubierta por lo menos con ¾" de cemento, hay una relación entre la amplitud E1 y la resistencia compresiva del cemento. Estas relaciones se usaron para construir el nomograma de la figura 53, el cual se obtiene de la amplitud del CBL en mV y del porcentaje de la circunferencia de tubería adherido por el cemento. A esto se le conoce como "índice de adherencia".

Herramientas de registros con principio resistivo (eléctrico): Inducción Doble inducción Doble Laterolog Microesférico Medición de echados Microimágenes resistivas de formación Herramientas de registros radiactivos Neutrón compensado Litodensidad compensada Espectroscopía de rayos gamma Rayos Gamma naturales Herramientas de registros con principio acústico Sónico de porosidad Sónico dipolar de imágenes Imágenes ultrasónicas Mediante una cuidadosa interpretación de la respuesta de los registros, es posible evaluar el potencial productivo de la formación. Además, se tienen sistemas de cómputo avanzados para la interpretación.

Registros resistivos

La determinación de la amplitud E1 en tubería libre y tubería cementada es válida para una herramienta calibrada en agua dulce.

La cantidad de aceite o gas contenido en una unidad de volumen del yacimiento, es el producto de su porosidad por la saturación de hidrocarburos.

El índice de adherencia nos da una indicación de la calidad de la cementación. Este índice se define:

Los parámetros físicos principales para evaluar un yacimiento son porosidad, saturación de hidrocarburos, espesor de la capa permeable y permeabilidad.

CBL : Baja amplitud (E1) VDL : Sin arribos de formación

%, =

$]L (GE / SLH) $]F (GE / SLH)

Canalización y microánulo

En donde:

Microánulo : Se forma un pequeño espacio vacío entre la tubería y el cemento en una tubería bien cementada.

BI = Índice de adherencia Azi = Atenuación en la zona de interés Azc = Atenuación en la zona bien cementada

70

De acuerdo con lo anterior tenemos:

Para deducir la resistividad de formación en la zona no invadida, las medidas de resistividad se usan, solas o en combinación. Es decir, atrás de la zona contaminada por los fluidos de control del pozo. También se usan para determinar la resistividad cercana al agujero. Ahí, en gran parte, el filtrado del lodo ha reemplazado los fluidos originales.

Las medidas de resistividad junto con la porosidad y resistividad del agua de formación, se usan para obtener la saturación de agua. La saturación obtenida de las resistividades somera y profunda se comparan para evaluar la productividad de la formación. La resistividad de una formación pura saturada con agua, es proporcional a la resistividad del agua con la que se encuentra saturada.

5 R ∝ 5Z 5R = ) * 5Z

)=

5R 5Z

En donde: F= Factor de formación, Rw= Resistividad del agua de formación, y Ro= Resistividad de la roca saturada con agua. La resistividad de una formación depende del fluido contenido en la misma y del tipo de formación. Para medir la resistividad de la formación se cuenta con dos herramientas: Inducción Doble Laterolog Generalmente, se prefiere usar la herramienta de inducción cuando la resistividad de la formación es baja, del orden de 500 ohms. Cuando se tienen formaciones altamente resistivas la herramienta de doble Laterolog proporciona información más confiable. En las formaciones de carbonatos de baja porosidad se tienen resistividades muy altas. Por esto, si se requiere hacer una interpretación cuantitativa, se debe tomar un registro doble Laterolog. Sin embargo, se necesita de un medio conductivo entre la herramienta y la pared del pozo. Por ello, no es posible tomar un registro doble Laterolog en lodos no conductivos, como los que son a base de aceite. Doble inducción fasorial La herramienta doble inducción fasorial realiza medidas de resistividad a tres diferentes profundidades de investigación. De esta manera, proporciona información para determinar las resistividades de la zona virgen, la zona barrida y la zona de transición (en su caso). Con esta información se pueden obtener datos de saturación y movilidad de fluidos (complementada con información de otras herramientas).

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El sistema fasorial permite obtener datos más exactos para diferentes valores de resisitividad. La herramienta cuenta con un sistema de autocalibración que mejora la precisión de la respuesta y reduce el efecto de las condiciones ambientales. Además, el sistema de transmisión de datos en forma digital del fondo a la superficie permite una mayor capacidad de señales libres de ruidos. La figura 6 muestra un ejemplo del registro. Las principales aplicaciones de esta herramienta son: 1. Interpretación de formaciones con diámetros grandes de invasión 2. Formaciones con contraste medio-alto de resistividades 3. Gráficos de invasión 4. Pozos con lodos no conductivos Doble Laterolog telemétrico La herramienta Doble Laterolog proporciona dos mediciones con la mayor profundidad de investigación, de tres mediciones necesarias que se requieren para tratar de determinar la resistividad de la zona invadida ( Rxo =) y de la zona virgen ( Rt ), a éstas se les conocen como Lateral Somera (Lls ) y Lateral Profunda (Lld). La tercera medición requerida se puede obtener de correr la herramienta de Enfoque Esférico o Microesférico (MSFL) en forma independiente o combinada . En la herramienta DLL se permite que varíe tanto el voltaje emitido como la corriente (pero manteniendo el producto potencial constante), con lo cual brinda un rango de mediciones. La figura 7 muestra un ejemplo del registro.

Figura 6 Registro doble inducción fasorial.

Aplicaciones principales

Microesférico enfocado

1. Resistividad en la zona virgen y zona lavada

Esta herramienta surge de la necesidad de conocer Rxo para realizar correcciones a las lecturas de otras herramientas y tener un valor adecuado de Rt.

2. Perfiles de invasión 3. Correlación 4. Detección de vista rápida de hidrocarburos 5. Control de profundidad 6. Indicador de hidrocarburos móviles

8

Durante el desarrollo de las herramientas de registros se han pasado por varias etapas hasta llegar al SRT ( Spherically Focused Resistivity Tool). Previos

(a) Después de la cementación

(b) Después de la c. forzada

© Con el casing presurizado

Figura 52 a,b, y c Respuesta del CBL.

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dos se ubican en un patín de hule que se apoya directamente sobre la pared del pozo. El arreglo microesférico reduce el efecto adverso del enjarre del fluido del pozo. De esta manera se mantiene una adecuada profundidad de investigación. La figura 8 muestra un ejemplo del registro. Principales aplicaciones 1. Resistividad de la zona lavada 2. Localización de poros y zonas permeables 3. Indicador de hidrocarburo móvil 4. Calibrador Registros nucleares La determinación de la porosidad de la formación se puede hacer de manera indirecta a través de las medidas obtenidas de herramientas nucleares o acústicas. Las herramientas nucleares utilizan fuentes radiactivas. Mediante la medición de la forma de interactuar, con la formación de las partículas irradiadas por la fuente, se pueden determinar algunas características. Se tienen tres tipos de herramientas nucleares:

Figura 50

pende de la resistencia compresiva del cemento, el diámetro de la TR, el espesor del tubo y el porcentaje de adherencia de la circunferencia. (Ver Figura 51 Respuesta del CBL en canales.) Interpretación cualitativa La figura 52 muestran tres registros de CBL tomados en el mismo pozo en diferentes tiempos. La figura 52a muestra el registro obtenido cuatro días después de la cementación inicial de la tubería de 7" en un agujero de 8-1/2", con cemento clase G.

68

El CBL-VDL de la figura 52b se corrió después de un trabajo de cementación forzada y la figura 52c, muestra el registro obtenido presurizando la tubería.

Tubería mal cementada La mayoría de la energía acústica viaja a través de la tubería al receptor, con muy poco acoplamiento a la formación. CBL : DT de la tubería, la amplitud (E1) alta

Rayos Gamma, espectroscopía

Neutrones

Neutrón compensado

Rayos gamma

Litodensidad compensada

Las herramientas para medir la radiación natural no requieren de fuentes radiactivas y la información que proporcionan es útil para determinar la arcillosidad y contenido de minerales radiactivos de la roca.

Figura 51

Este ejemplo ilustra claramente las diferentes condiciones que mide el CBL.

Radiación natural

a esta generación podemos citar microlog, microlaterolog y proximidad.

Las herramientas de neutrón compensado y litodensidad requieren de fuentes radiactivas emisoras de neutrones rápidos y rayos Gamma de alta energía, respectivamente.

La herramienta actual se conoce genéricamente como registro microesférico (Micro Spherical Focused Log). Se basa en el principio de enfoque esférico usado en los equipos de inducción pero con un espaciamiento de electrodos mucho menor. En este caso los electro-

Dada la forma diferente en que las partículas interaccionan con la materia, resulta útil la comparación directa de las respuestas obtenidas para la detección de zonas con gas, arcillosas, etc. De manera general tenemos:

Figura 7 Registro doble laterolog telemétrico.

9

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Registros Geofísicos

Casing

4

14

0.2

1.0

Diá. Barrena

10

100

1000 2000

El registro VDL

Inch

18 16

ILD SFL

El principio del registro de densidad variable se explica en la figura 49: el tren de onda completo es mostrado en la película como franjas claras y oscuras, el contraste depende de la amplitud de los picos positivos.

14 12

Zona permeable

ILM Calibrador

10

Invasión muy profunda

Las diferentes partes de un tren de ondas pueden identificarse en el registro VDL : Los arribos de la tubería se muestran como franjas regulares y los arribos de formación son más sinuosos, etcétera.

8

SP 6

Zona no permeable

4

Zona permeable

Amplitude

Figura 8 Registro Microesférico Enfocado.

20

Φ1 ≈ Φ'

Caliza

Φ 1 >> Φ '

Arcillas

Φ 1 FN), por lo que se debe aplicar una corrección por hidrocarburos. Para simplificar, supondremos que la porosidad corregida por efecto de hidrocarburos es:

=

El equipo sónico utiliza una señal con una frecuencia audible para el oído humano. El sonido es una forma de energía radiante de naturaleza puramente mecánica. Es una fuerza que se transmite desde la fuente de sonido como un movimiento molecular del medio. Este movimiento es vibratorio debido a que las moléculas conservan una posición promedio. Cada molécula transfiere su energía (empuja) a la siguiente molécula antes de regresar a su posición original. Cuando una molécula transfiere su energía a otra, la distancia entre ellas es mínima, mientras que entre la primera y la anterior a ella, la distancia es mayor que la normal. Las áreas de distancia mínima entre moléculas se llaman "áreas de compresión" y las de mayor distancia se llaman "áreas de rarefacción". Un impulso de sonido aparecerá como un área de compresión seguida por un área de rarefacción.

2

Rmfe = 1.1 ohm-m a 24 °C (del gráfico SP-2, figura 37). SSP = -67 mV ( de la figura 44 a 408.5 m.) K = 65 + 0.24 T = 65 + 0.24 * 24 = 70.76 663 − 10 .

1. Indicador de arcillosidad 2. Correlación 3. Detección de marcas o trazadores radiactivos

φ1 + φ' φ7 = = 0.3099 2

FE = 31 %

5PIH

Registros acústicos

(promedio 407 - 409

a) Determinación de Rw:

5:( =

Las aplicaciones principales de la herramienta son:

Onda compresional totalmente reflejada Onda reflejada

Onda compresional refractada

Onda transversal refractada

FT = 29 % e) Determinación de SWB:

Rw = 0.12 ohm-m a 24 °C (del gráfico SP-2)

SWB = VSH = 0.012 (intervalo 407 - 409 mts.)

b) Determinación de RWB:

f) Obtención de R0:

5:% = φ 76+ ∗ 56+ 2

FNSH = 50 % , FDSH = 20 % (valores promedios tomados en lutita 380 - 400 m.)

φ 76+ = 64

0 .5 + 0 .2 = 0.35 2 >> FTSH = 35 %

50 =

1

φ7 2

∗

1 1 − 96+ 96+ + 5:) 5:%

Onda compresional refractada a 90°

Onda transversal refractada a 90°

Onda directa

= Figura 13 Transmisión de la energía acústica.

Sónico digital

1 1 ∗ = 1.43 2 0.29 1 − 0.012 + 0.012 0.12 0.245 = ohm-m

Figura 12 Rayos Gamma naturales.

La energía sónica emitida desde el transmisor impacta la pared del pozo. Esto origina una serie de ondas en la formación y en su superficie. El análisis del tren de ondas complejo, proporciona la informa-

13

Registros Geofísicos

Registros Geofísicos

ción concerniente a la disipación de la energía de sonido en el medio.

Dado lo anterior, entonces FT = FF + FB y por lo tanto:

6:% =

La herramienta Sónico Digital permite la digitación del tren de ondas completo en el fondo, de tal manera que se elimina la distorsión del cable. La mayor capacidad de obtención y procesamiento de datos permite el análisis de todos los componentes de la onda de sonido (ondas compresionales, transversales y Stoneley). La figura 14 muestra un ejemplo del registro. Las aplicaciones principales de la herramienta son:

F = 1 / FT2 y F = Ro / Rw,

Procedimiento para usar el modelo de doble agua

1. RWF : Del SP (potencial natural), técnica Rwa, catálogos de resistividad de agua, o valor conocido. Rw = FT2 Ro

2. RWB : Calculado generalmente de la lutita circundante a la zona usando la técnica de RWA.

5:% = φ 76+ ∗ 56+ 2

Cw es la conductividad de la mezcla de agua ligada y libre. Considerando volúmenes, tenemos:

Geometría de pozo

La herramienta requiere de un medio conductivo para la medición, sin embargo mediante el uso de un equipo especial para lodos no conductivos, es posible realizar el registro. La figura 15 muestra un ejemplo del registro.

La herramienta geometría de pozo cuenta con cuatro brazos. Éstos miden simultáneamente dos calibres de pozo independientes. También se miden el azimuth de la herramienta, la desviación del pozo y el rumbo relativo. La figura 16 muestra un ejemplo del registro.

φ % &:% φ ) &:) + = 6:% &:% + (1 − 6:% )&:) φ7 φ7

Por lo tanto:

& 0 = φ7 [6:% &:% + (1 − 6:% )&:) ] 2

o en resistividad:

50 =

5:) 5:%

φ7 [6:% 5:) + (1 − 6:% ) 5:% ]

De manera gráfica, los resultados se verían como sigue:

M a tr iz M a tr iz

S e d im e n to

4. SWB : Relacionada a VSH, y para nuestro propósito puede ser igualada a VSH, entonces SWB = VSH.. Hasta este punto, hemos calculado RW y VSH para nuestro ejemplo, y hemos determinado una porosidad corregida por gas FT . Todo lo que se requiere ahora es calcular RWB. Esto se puede hacer utilizando los mismos valores de FNSH y FDSH determinados previamente, junto con el valor de RSH en el mismo punto(s) sobre el registro.

2

S Ó L ID O S

En la computadora en superficie, es posible obtener la integración del volumen del pozo y el volumen necesario de cemento para cementar la próxima TR.

y

φ + φ '6+ φ 7 = 16+ 2 1 )= 2 φ7

3. FT : Porosidad total del promedio de FN y FD después de corregir por efecto de gas, si es necesario.

φ 7 &: = φ:% &:% + φ ) &:)

Otra información obtenida es el calibre del pozo.

14

YEZH = φ H 6:

En donde:

Figura 14 Sonido digital.

57

φ H = ϕ 7 (1 − 6:% )

Co = FT2 Cw

&: =

50

Con el fin de evaluar una formación arcillosa usando el modelo de doble agua, se deben determinar cuatro parámetros:

Lo cual nos da:

Medición continua de echados

Determinación de echados estructurales Identificación de fracturas Geometría del pozo

φ + φ:% = :) φ7

De la relación de Archie:

Otros registros

Las aplicaciones principales de la herramienta son:

6:7 =

FT = FWF + FWB + FH

1. Correlación de datos sísmicos 2. Sismogramas sintéticos 3. Determinación de porosidad primaria y secundaria 4. Detección de gas 5. Detección de fracturas 6. Características mecánicas de la roca 7. Estabilidad del agujero 8. Registro sónico de cemento

La herramienta de medición continua de echados mide la conductividad de la formación por medio de electrodos montados en cuatro patines. Mediante la respuesta obtenida en estos electrodos, es posible determinar la inclinación del echado. Además la herramienta cuenta con un cartucho mecánico que permite obtener la desviación, el azimuth y el rumbo relativo del pozo.

φ:% φ7

ya que FB representa el volumen de agua ligada la cual representa entonces la proporción de arcilla fuera del volumen total. Por lo tanto, SWB es en efecto el volumen de lutita en la formación bajo investigación. Por definición:

6:7

Saturación de agua y porosidad efectiva:

Utilizando todos estos datos se puede determinar un valor de resistividad mojada R0 de :

F L U ID O S A r c illa s e c a L u ti ta

A g u a lig a d a

A g u a lib re

H id ro c a rb u ro s

P o r o s id a d e f e c tiv a P o r o s id a d to ta l

50 =

1 1 ∗ 2 φ7 1 − 96+ + 96+ 5:) 5:% 63

Registros Geofísicos

Registros Geofísicos

de formación tiene poca salinidad, la resistividad del agua ligada es relativamente constante. Para arcillas con sodio, las distancia Xh es cerca de 6 angstroms y los iones Na+ se apilan en el plano de Helmholtz, siempre que la resistividad de la salmuera en los poros sea menor de 0.0425 ohm a 24 °C.

Agua absorbida

cilla contenida en yacimientos cercanos podría ser incorrecta. En la práctica, se encuentra que esto no es problema y generalmente la RWB derivada de las lutitas puede ser usada en capas adyacentes. Agua libre: Es toda el agua que no está ligada. Se debe notar que el agua libre, aunque normalmente está asociada con el espacio poral, no es necesariamente producible. Contiene la porción de agua que es irreducible. Porosidad total FT: Es la fracción de un volumen unitario de formación ocupado por los fluidos, esto es, por agua ligada, agua libre e hidrocarburos.

Ión de sodio Agua

Porosidad efectiva Fe: Es la fracción de un volumen unitario de formación ocupado por agua libre e hidrocarburos. Se puede derivar de la porosidad total restando el agua ligada por unidad de volumen de formación.

Agua de hidratación

Cristal de arcilla

H

O

H

Molécula de agua

XH Plano externo de Helmholtz Figura 43

Esta lámina delgada de agua libre de sal (el agua de arcilla) es importante porque las arcillas tienen un área superficial muy grande, tanto como 91071 ha/ m3 comparada con de 1.5 a 3.0 ha/m3 para una arena típica, y el volumen de agua de arcilla está lejos de ser despreciable en comparación con el volumen total de poros. Algunas definiciones o conceptos utilizados en este método son: Agua ligada: Es el agua adherida a las lutitas como se describió. Además del agua ligada, las lutitas pueden contener agua atrapada dentro de su estructura y no expulsada por la compactación de la roca. Esta agua no tiene la misma distribución de iones que el agua ligada y tendrá una diferente conductividad. En el caso de que la resistividad del agua ligada definida aquí como RWB se derive de una zona cien por ciento arcillosa, el valor de RWB se afectará por esta agua atrapada. Por consiguiente, cuando RWB se usa como la resistividad del agua ligada de la ar-

62

Saturación de agua total SWT: Se define como la fracción de la porosidad total ocupada por agua libre y ligada. Saturación de agua ligada SWB: Se define como la fracción de la porosidad total ocupada por agua ligada.

Saturación de agua libre SWF: Se define como la fracción de la porosidad total ocupada por agua libre. Saturación de agua efectiva SWE: Se define como la fracción de la porosidad efectiva ocupada por agua libre. Fórmulas aplicables al modelo de doble agua El objetivo principal del método de doble agua es reconstruir la resistividad de formación mojada, RO. Consideremos una formación mojada arcillosa en donde: CO = Conductividad mojada verdadera CWB = Conductividad del agua ligada (lutita) CWF = Conductividad del agua libre (agua connata) FF = Volumen de agua libre FB = Volumen de agua ligada FT = Porosidad total

Figura 15 Medición Continua de Echados Estratigráficos.

Las aplicaciones principales de la herramienta son 1. Geometría del agujero 2. Información direccional 3. Volumen de agujero y de cemento Herramientas de imágenes Inducción de imágenes La herramienta de imágenes provee de una imagen de la resistividad de la formación que refleja las capas, contenido de hidrocarburo y proceso de invasión. La resolución vertical hasta de 1 pie muestra las laminaciones y otras estructuras de formación con un mínimo de efectos ambientales. La herra-

Figura 16 Herramienta de geometría del pozo.

mienta puede operar en cualquier fluido del pozo, incluyendo lodo basado en aceite. La herramienta mide las señales R y X de ocho arreglos, seis de ellos son operados a dos frecuencias simultáneamente. Estas medidas en bruto son con-

15

Registros Geofísicos

La figura 18 muestra un ejemplo del registro.

Sónico dipolar de imágenes La figura 19 muestra un ejemplo del registro. Imágenes microrresistivas de formación La figura 20 muestra un ejemplo del registro Herramientas de registros de las diferentes compañías Las tablas 1 y 1a resumen las diferentes herramientas de registros disponibles entre las compañías de servicio y sus siglas que la identifican: Otros tipos de servicios: Características, limitaciones y condiciones de uso de los equipos de registros. Las herramientas de registros se diseñan para obtener algunas características de la formación bajo ciertas condiciones de uso. Algunos datos a considerar en una herramienta de registros son: × Diámetro externo máximo y longitud de la herramienta. Estos datos se refieren a las dimensiones del equipo de registros y se obtienen del fabricante o de la compañía de servicio. Para los registros en pozo abierto, los diámetros más comunes son, 3-3/8", 3-5/8" y la longitud varía entre las diferentes herramientas. × Rango de presión y temperatura máxima.

Figura 17 Inducción de Arreglo de Imágenes.

Aplicaciones principales: 1. Registros de Resistividad e Imágenes con resolución vertical de 1 pie en pozos uniformes o con un contraste moderado de Rt/Rm

16

La presión máxima en la herramienta estándar es de 15,000 a 20,000 (psi) libras / pulgada cuadrada y la temperatura máxima estándar es de 350 °F (175 °C). Hay equipos especiales para ambientes hostiles de 25,000 psi y 500 °F. × Diámetro mínimo y máximo de pozo.

nos de arena. Otros modelos de arenas arcillosas se basan en ciertas características específicas de la lutita, como su capacidad de intercambio de cationes o área superficial. Sin importar su concepto básico, la mayoría de los modelos de interpretación de arenas arcillosas emplean una técnica promediada por peso con el propósito de evaluar las contribuciones relativas de las fases arenosa y arcillosa al proceso total de la arena, véase la figura 41.

cationes adicionales ligados levemente en una capa difusa que rodea las partículas de arcilla para compensar la deficiencia de cargas eléctricas en el cristal de arcilla. Este modelo no toma en cuenta la exclusión de sal de parte del volumen de poros cercanos a la superficie arcillosa. La distribución de iones cerca de la superficie es como se muestra en la figura 42.

En otras palabras, la capa de agua ligada a la superficie de arcilla contiene más iones positivos (Na+) que Debido a la mayor complejidad de la interpretación iones negativos (Cl-). Este hecho es necesario para en rocas arcillosas, no se incluye en esta obra. balancear la distribución de carga interna negativa de las partículas de arcilla. El espesor de la capa difusa de iones positivos (Na+), Xd, se relaLutita Arena Lutita Lutita ciona con la salinidad de la formación, sienlaminar limpia estructural dispersa do más pequeña para aguas más salinas. De aquí que la conducción del flujo de corriente a través de esta agua ligada es principalmente por transporte de iones positivos.

Φ

Φ

Cuarzo

Cuarzo

Φ

Φ Cuarzo

Estr

2. La resistividad verdadera y una descripción detallada de la resistividad de invasión 3. Determinación de la saturación de hidrocarburos e imágenes.

Lam

vertidas en cinco curvas, cada una con una resolución vertical compatible y con profundidades medianas de investigación que van desde 10 hasta 90 pulgadas. Estas profundidades de investigación cambian muy poco en el rango entero de conductividades de formación. Cada juego de cinco curvas está disponible en resoluciones de 4, 2 y 1 pie. Las cuatro curvas son procesadas para obtener un perfil de invasión y proveer de una determinación exacta de Rt, junto con una descripción de la zona de transición de invasión y el volumen de filtrado del lodo en cada profundidad. La figura 17 muestra un ejemplo del registro.

Registros Geofísicos

Figura 41

Uno de estos modelos es el denominado "Método de doble agua". Este modelo propone que una formación arcillosa se comporta como una formación limpia con la misma porosidad, tortuosidad y contenido de fluido, excepto que el agua parece ser más conductiva que lo esperado de su salinidad volumétrica. El exceso de salinidad es debido a

Cuarzo

En realidad, los iones positivos (Na+), son mantenidos a alguna distancia de la superficie de arcilla por el agua de hidratación alrededor de cada catión y el agua absorbida por la superficie de arcilla.

Como consecuencia, el espesor de la capa difusa no puede ser menor que Xd. Sin embargo, Xd = Xh cuando el agua connata es suficientemente salina. En otras palabras, cuando el agua

Método de doble agua Se han propuesto un gran número de modelos relativos a la resistividad y saturaciones de fluidos. Estos modelos están compuestos por una parte de arena limpia, descrito por la ecuación de Archie, más un término de lutita. Generalmente, todos los modelos se reducen a la ecuación de saturación de agua de Archie cuando la fracción de lutita es cero.

Dis

Na+ Concentración iónica local

ClDistancia desde la superficie de arcilla Xd

x

Figura 42

61

Registros Geofísicos

rias técnicas de identificación de minerales que se pueden usar. En los ejemplos previos del uso de cartas de Gráfica Cruzada, datos de dos mediciones de registros (p.ej.: rb y FN, rb y Dt, o FN y Dt) pueden ser usados para identificar litologías con sólo dos miembros. Con el uso de una carta que incluya una tercera medición (p.ej.: e.g., índice de absorción fotoeléctrica, Pe), se puede obtener una identificación más aproximada y detallada. En esta discusión serán consideradas dos técnicas de tales gráficas "tres-minerales": Umaa1 versus rmaa2 , y rmaa versus Dtmaa. La determinación exacta de la litología puede ser necesaria por varias razones: a) La porosidad puede contener valores cercanos a pruebas de laboratorio (~5%); sí se desea obtener valores más aproximados a partir de registros. La dolomía y arcilla, por ejemplo, ocasionan separaciones similares entre las curvas de porosidad-neutrón y porosidad-densidad, basados en una caliza, pero la porosidad efectiva se calcula de manera diferente para cada caso. b) Formaciones compactas (low porosity) a menudo requieren acidificación o fracturamiento con ácido para estimular la producción. La optimación de esta operación requiere del conocimiento de la litología de la formación. c) La distribución litológica a través de un campo puede revelar direcciones preferenciales para las localizaciones de futuros pozos de desarrollo. Por ejemplo, la dolomitización está a menudo acompañada por un incremento de permeabilidad, así que la dirección en el incremento de contenido dolomítico puede ser favorable a la dirección de una mayor exploración. La respuesta fotoeléctrica (Pe) no es lineal con los cambios en la composición de la formación. Por ejemplo, dado que para la arenisca Pe es 1.81 y para la caliza Pe es 5.08, una formación compuesta por 50% arenisca y 50% caliza no necesariamente tiene un valor de Pe de 3.44. Pero tampoco puede ser una mezcla de dolomía (3.14) y arenisca suponiendo solamente la matriz de la roca.

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VII. INTERPRETACIÓN EN FORMACIONES ARCILLOSAS Introducción No todas las rocas son aislantes perfectos al estar secas. Muchos minerales, como la galena y la calcopirita, tienen conductividades altas y conducen la corriente eléctrica al encontrarse completamente secas. Obviamente, las ecuaciones de resistividad y de saturación de agua, que suponen que el líquido de saturación es el único medio eléctricamente conductivo, no se aplican cuando la matriz de roca también es conductiva. Por fortuna, en la mayoría de los lugares con petróleo, es raro encontrar una cantidad significativa de material conductivo en una roca de yacimiento potencial. Sin embargo, cuando la roca contenga mineral conductivo, la interpretación del registro debe tomar en cuenta dicha conductividad. Las arcillas y lutitas no son raras, y contribuyen a la conductividad de la formación. La lutita muestra conductividad debido al electrolito que contiene y a un proceso de intercambio de iones por medio del cual éstos se mueven bajo la influencia de un campo eléctrico aplicado entre lugares de intercambio en la superficie de las partículas de arcilla. El efecto de la arcillosidad en la conductividad de la arena arcillosa es con frecuencia muy desproporcionado en relación a la cantidad de lutita. El efecto real depende de la cantidad, tipo y distribución relativa de las lutitas y de la naturaleza y cantidades relativas de aguas de formación. La evaluación de las formaciones arcillosas, por lo general, es hasta cierto punto compleja. La lutita modifica todas las mediciones del registro, y se requieren correcciones debido al contenido de lutita. A través de los años, los investigadores han propuesto varios modelos de interpretación para el caso de arenas arcillosas. En ciertos casos el modelo se basa en la lutita presente en una geometría específica dentro de una arena arcillosa; por ejemplo, la lutita puede estar presente en forma de láminas delgadas entre las capas de la arena limpia, o como granos o nódulos en la estructura de la matriz de arena; o puede encontrarse dispersa, a través del sistema poroso, en forma de acumulaciones que se adhieren o recubren los gra-

Umaa = sección transversal volumétrica aparente de la matriz

1 2

´

Figura 18 Doble Laterolog azimutal de imágenes.

rmaa = densidad granular aparente de la matriz

60

17

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Registros Geofísicos

dad neutrón lee valores negativos (común en yacimientos de dolomía anhidrítica), algunos analistas prefieren usar un simple promedio de valores de densidad y neutrón como se ilustra abajo.

Φ XPLOT =

Φ D +Φ N 2

Yacimientos de mineralogía compleja La mayoría de las formaciones almacenadoras de aceite y gas están compuestas de rocas sedimentarias, a diferencia de las rocas ígneas y metamórficas. Las rocas sedimentarias, como su nombre lo indica, están compuestas de diferentes tipos de sedimentos que han sido depositados en algún punto de acumulación, posiblemente la base de algún océano antiguo o un canal fluvial. Después de algún periodo geológico, muchas de tales capas de sedimentos pueden acumularse. Las fuerzas tectónicas impuestas sobre las capas subyacentes resulta en la compactación y cementación de los sedimentos consolidados hasta formarse las rocas sedimentarias. Por volumen, se estima que las rocas sedimentarias constituyen sólo el 5% de la litósfera conocida (los 16 kilómetros de espesor de la corteza exterior de la tierra), mientras que las rocas ígneas y metamórficas constituyen el 95%. Sin embargo, las rocas sedimentarias cubren el 75% del área total de tierra sobre los continentes, con las rocas ígneas y metamórficas cubriendo el resto. Es evidente, además, que forman solamente una porción muy delgada sobre la superficie terrestre. ´

Para propósitos de esta discusión, las rocas sedimentarias pueden ser subdivididas en dos categorías primarias: clásticos y carbonatos. Esas categorías comprenden los tres tipos de roca de los yacimientos productores más comunes: areniscas, calizas y dolomías. La composición, lugar de origen, y tamaño de grano de los sedimentos individuales de una roca están entre los factores que determinan la identidad de la roca. Rocas sedimentarias

Figura 19 Sónico dipolar de imágenes.

18

&OiVWLFDV

&DUERQDWRV

Areniscas/Domos salinos

Calizas

Arcillas

Dolomías

Rocas clásticas sedimentarias Los sedimentos clásticos son producidos por intemperismo y afallamiento de rocas pre-existentes. Esas partículas, habiendo sido derivadas desde algún otro punto de acumulación, son transportadas, reagrupadas, y modificadas por movimiento de fluidos tales como agua o aire. Su depósito normalmente es en capas horizontales sucesivas. Las formaciones sedimentarias clásticas son areniscas y arcillas. Además de ser diferentes en composición, esos dos tipos de roca también difieren dramáticamente en tamaño de grano. Esta combinación de similitudes (origen) y diferencias (tamaño de grano) produce formaciones que contienen combinaciones de arenisca y arcilla. La arcillosidad afecta tanto la característica de la formación como la respuesta de los registros. Las areniscas se componen principalmente de cuarzo, feldespato y mica. En muchas formas de arenisca, el cuarzo constituye el 90% de la fracción detrítica de la roca. Por esta razón, muchas gráficas se refieren a las formaciones de arenisca simplemente como "cuarzo". Rocas sedimentarias carbonatadas Las formaciones de carbonatos son generalmente marinas en origen y compuestas principalmente de granos de esqueleto y /o precipitados marinos. Esos constituyentes son producidos dentro de la región de acumulación y no son formados por detritos intemperizados o afallamiento de rocas pre-existentes. Las formaciones carbonatadas productoras típicamente incluyen calizas y dolomías. La principal diferencia entre esos dos tipos de roca es el mecanismo de origen. En términos de composición, el término "caliza" es usado para aquellas rocas cuya fracción de carbonato (predominantemente calcita: CaCO3) supera la fracción no carbonatada. El término "dolomía" implica que la fracción principal de carbonatos está compuesta primordialmente de carbonato de calcio-magnesio (CaMg(CO3)2). Debido a que la fracción carbonato en si misma puede diferir dramáticamente, y el porcentaje de material no carbonatado puede acercarse al 50%, algunos términos aplicados a tales formaciones generalmente podrían ser confusos (p ej.: caliza dolomítica, dolomita calcárea, etcétera). Gráfica de identificación de minerales (MID Plots) Cuando se sospecha de litología compleja y la exactitud es de la mayor importancia, existen va-

59

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Cálculo de la saturación de agua La saturación de agua puede ahora calcularse para aquellas zonas que aparecen como almacenadoras de hidrocarburos. Recuerde que este valor no es un reflejo de la relación de agua a hidrocarburos producidos del yacimiento. Es simplemente la proporción relativa de agua a hidrocarburos en la porosidad de la formación. No existen guías seguras para determinar que constituyen valores "buenos" y "malos" de saturación de agua. Este juicio requiere de experiencia y conocimiento local. Gráfica cruzada de porosidad y litología (CP) Dos de los usos más importantes de los datos de registros son los de proporcionar información de porosidad y litología para propósitos de cálculo de la saturación de agua (Sw). La porosidad es vital en eso, ya que es un parámetro de entrada en la ecuación de Archie. El conocimiento de la litología es útil ya que proporciona al analista la información necesaria para hacer una determinación a partir de la cual utilizara valores del factor tortuosidad (a) y exponente de cementación (m). Existen una variedad de métodos - visuales, matemáticos y gráficos - usados para determinar la porosidad de la formación . Las mediciones de porosidad tomadas a partir de registros son raramente adecuadas para el uso en el cálculo de la saturación de agua. Una vez que la porosidad neutrón es corregida por efectos ambientales, el analista usualmente enfrenta a dos valores de porosidad porosidad-neutrón y porosidad-densidad. Sin embargo, los cálculos de saturación de agua con Archie requieren solamente un valor de entrada para porosidad. Porosidad dos tercios (two-thirds porosity) Un método para estimar visualmente un valor de porosidad para usarse en la ecuación de Archie es conocido como Porosidad Dos Tercios ("twothirds"). Este método involucra la estimación leída a dos tercios de la distancia entre la lectura de porosidad más baja y la lectura de porosidad más alta, así este valor se toma para ser usado en la ecuación de Archie. Este método puede usarse independientemente del tipo de matriz considerado (p. ej.: caliza, arenisca, dolomía) para calcular la porosidad.

58

Registros Geofísicos

Independientemente de la selección del tipo de matriz, Porosidad Dos Tercios puede suponerse que refleja la porosidad aproximada de una formación de cualquier litología. La razón de tomar dos tercios de la distancia entre las lecturas de porosidad, más que por conseguir un simple promedio, es la de aproximar más el valor que podría ser calculado por la ecuación de porosidad de la gráfica cruzada (discutida más adelante). Algunos analistas prefieren tomar un simple promedio de las dos mediciones. Una limitación importante en la estimación de la porosidad dos-tercios es la presencia de gas. Debido a que el gas afecta la porosidad neutrón más que a la porosidad densidad, cualquier rutina que promedie podría contener un error. Afortunadamente, en presencia de gas, la porosidad densidad y neutrón se compensan parcialmente una a la otra. Esta limitación debe mantenerse en mente cuando se aplica el método. Además, esta aproximación debe hacerse con precaución donde está presente la anhidrita. Debido a la alta densidad de la anhidrita (rb = 2.98g/ cc), la porosidad densidad a menudo leerá demasiado bajo (en algunos casos, negativo). Promediando los métodos, además, resultará en un valor de porosidad de la formación que es bastante bajo. Porosidad gráfica cruzada Otro método para obtener un valor simple para porosidad a partir de datos de porosidad Densidad y porosidad neutrón es con el uso de la ecuación de la porosidad de gráfica cruzada (cross-plot porosity).

ΦD + ΦN = 2 2

Φ XPLOT

´

2

Del valor obtenido de esta ecuación, puede suponerse que representa la porosidad real de la formación, independientemente de cuál valor se utilizó para la matriz con los registros. Estos promedios dan como resultado valores similares a los obtenidos, estimando visualmente los dos tercios de la porosidad de la formación. Nuevamente, una limitación importante en el uso de este método es la presencia de gas y anhidrita. Esas circunstancias crearán una situación en la cual los valores de la porosidad obtenida a partir de la gráfica-cruzada no es una aproximación exacta de la porosidad de la formación. En casos donde la porosi-

Figura 20 Imágenes microrresistivas de formación.

19

Registros Geofísicos

Registros Geofísicos

Identificar los indicadores de permeabilidad

´ 7,32'(23(5$&,21

6FKOXPEHUJHU :HVWHUQ$WODV +DOOLEXUWRQ

3(3

5(*,67526(1$*8-(52'(6&8%,(572

5HJLVWURV5HVLVWLYRV Inducción Esférico

,6)

,(/



,6)

Doble Inducción

',/

',)/

',/

',/

Doble Inducción Fasorial

',7

'3,/

+5,

',7(

Doble Laterolog

'//

'//

'//

'//

$,7

+',/





$5,

+'//





06)/

06)/

06)/

06)/



Inducción de arreglo de imágenes Doble Laterolog Azimutal



Microesférico Enfocado

5HJLVWURV5DGLDFWLYRV *5

*5

1*57

*5

&17

&1

'617

&1/

$36







/'7

='/

6'/7

/'7

1*7

6/

&61*

1*7

Sónico Digital

6'7

'$/

):6

6'7

Sónico de espaciamiento largo

/66

'$/

):6

/66

'6,

0$&

;$&7



8%,

&%,/

&$67'



6+'7

',3/2*

6('



%*7

&$/

)$&7

%*7

)0,

67$5

(0,



*&7

*&7

* 90 API

Sónico alto debido a no campactación y gas

Resistividad < 2 Ω−m

LDT alto debido gas

Gas

Aceite ó agua

Neutrón alto debido a arcilla LDT bajo debido a arcilla

Sónico alto debido a gas

Yacimientos Areno-arcilloso

Neutrón bajo debido gas

LDT alto debido al gas y ligeramente bajo debido a la arcilla Neutrón bajo debido al gas y ligeramente alto debido a la arcilla

Sónico alto debido a la arcilla

Lutita no-compactada

Neutrón y LDT OK

Sónico alto debido a gas y arcilla

δ=2.67gr/cc

Supone ρb lutita = 2650

Neutrón no afectado por la no-compactación

Sónico alto debido a no campactación

δ=2.51gr/cc

0

Neutrón bajo debido gas

Gas

Aceite ó agua

Gas

LDT alto debido a gas Neutrón OK

Aceite ó agua

Sónico OK

Resistividad >2 Ω−m

LDT OK

Intercristalina

Sónico alto debido a no campactación

15

Intercristalina

30

Intercristalina

45

Supone ρb lutita = 2650

Sónico alto debido a la arcilla

Litología conocida

3RURVLGDG6yQLFR

Tipo de poro

Registros Geofísicos

Porosidad llena con

Registros Geofísicos

Arena limp ia no-compactada

Arena arcillosa compactada

Arena limp ia compactada

Arcilla co mpactada

φ=9 u.p.

Neutrón OK LDT OK

Aceite ó agua

Sónico OK Neutrón bajo debido gas

LDT OK Neutrón OK

Figura 25 Ilustra los principales componentes de una impresión de registros convencionales.

36

Sónico bajo debido a porosidad vugular y alto debido a gas

Sónico bajo debido a porosidad vugular

Gas

Aceite ó agua

Vuggy

LDT alto debido a gas

Carbonato

Gas

Sónico alto debido a gas

(dolomía ó caliza)

Neutrón bajo debido gas

Intercristalina

LDT alto debido a gas

Figura 29 Respuesta de los registros de porosidad de acuerdo a los fluidos contenidos y al tipo de formación.

41

Registros Geofísicos

Registros Geofísicos

resistividad profunda y somera. Esto se debe a que la invasión del filtrado del lodo altera la resistividad de la zona invadida cuando la resistividad del filtrado del lodo, Rmf es diferente a la resistividad del agua de formación, Rw.

calibrador del pozo (diámetro leído ligeramente menor que el diámetro de la barrena) es también un indicio de permeabilidad. Potencial natural SP

Calibrador

Aunque no hay una relación directa entre la magnitud de la deflexión del SP y la permeabilidad, en general, una deflexión negativa (hacia la izquierda) indica una zona permeable (si el lodo es más dulce que el agua de formación). Se debe considerar lo siguiente:

Si el pozo está razonablemente en calibre, es decir, sin rugosidades, cavernas, etcétera, la curva del calibrador nos puede indicar la presencia del enjarre. Éste se forma por el proceso de filtración del lodo a la formación permeable. El calibrador debe ser de una herramienta como el Microesférico y no del de Densidad que por la presión que ejerce su brazo medidor puede cortar el enjarre. Un ejemplo se muestra en la figura 30.

Las deflexiones del SP son reducidas por la arcillosidad Las transiciones del SP están bien definidas en formaciones de baja resistividad (arenas), pero son más graduales en formaciones altamente resistivas (carbonatos).

Efecto de rugosidad y diámetro del pozo en el registro de densidad En zonas de derrumbe y/o cavernas en el pozo, la lectura de la herramienta de Densidad convencional se ve muy afectada (curva azul entre x870 y x895 metros por ejemplo). En cuanto a la herramienta de Densidad T.L.D. (curva roja en el carril 2), que conforma el Plataforma Express, sus mediciones

El SP no es útil en lodos no conductivos. Separación de curvas de resistividad Las capas invadidas y por lo tanto permeables se hacen evidentes por la separación de las curvas de

4

14

Diá. Barrena

0.2

1.0

10

100

1000 2000

ILD SFL

Zona permeable

ILM Calibrador SP

Debido a su diseño las herramientas de registros pueden tener algunas limitaciones. Un ejemplo serían las herramientas que utilizan un patín que se pega a la pared del pozo como es el caso de Densidad Compensada o el Microesférico Enfocado. La respuesta de estas herramientas se ve muy afectada cuando el contacto patín -formación no es bueno, debido a la presencia de cavernas o rugosidad de la pared del pozo. Un caso extremo sería cuando el diámetro del pozo fuese excesivo por la presencia de una caverna y se perdiera el contacto patín - formación inutilizando la respuesta de la herramienta. Por otro lado, el diámetro del pozo limita la confiabilidad de la respuesta de las herramientas de registro, de manera que en pozos con diámetros muy grandes, la respuesta puede estar seriamente afectada. Es importante referirse a las condiciones de uso de cada una de las herramientas de registros en donde se especifica el mínimo y máximo diámetro de pozo en que puede usarse confiablemente la herramienta en particular. Lectura de los registros geofísicos Sin menospreciar el contenido de todos los componentes que constituyen la impresión de un registro geofísico de pozo, en esta sección se van a enunciar aquéllas que permiten analizar o diagnosticar las características básicas acerca del contenido de roca y fluidos de un pozo registrado. Centraremos nuestra atención en: Encabezado de escalas Cuerpo de carriles conteniendo curvas

Zona no permeable

Zona permeable

Figura 30 Registro doble Laterolog y esferico enfocado con

42

Invasión muy profunda

to básico del principio de operación y la respuesta de las herramientas de registros en diferentes litologías y condiciones de pozo. Es importante conocer también las limitaciones inherentes de cada herramienta de registros para comprender el comportamiento de las lecturas obtenidas.

Es conveniente enfatizar que con los sistemas disponibles para la adquisición de datos, las curvas nos son entregadas en el escritorio con las correcciones ambientales aplicadas automáticamente. 1) Encabezado de escalas a) Esta sección del registro presenta las escalas con la indicación de los límites máximos y míni-

mos de la curva en cuestión, así como el tipo y color de la curva a la que es referido. b) En esta misma sección se presentan, algunas áreas coloreadas, que pueden indicar características de condiciones de agujero o representaciones objetivas de alguna zona importante desde un punto de vista objetivo, cualitativo y cuantitativo. 2) Cuerpo de carriles conteniendo las curvas a) En esta sección se presentan, como una convención, 3 carriles principales, conteniendo cada uno de ellos una o más curvas de registro b) Entre los carriles 1 y 2 se presenta, de una manera estándar, un carril de profundidad, al cual se le agrega con cierta frecuencia la curva de tensión sobre el cable, registrada durante la operación de registro. En la figura 25 se indican cada una de las partes que se han comentado arriba. A partir de la figura 26 se puede observar lo siguiente: 1) Carril 1. a) En el encabezado de escalas i) Los valores mínimo 0 y máximo=150 para la curva de Rayos Gamma. ii) Los valores mínimo 4 y máximo=14 para la curva de Calibre del Agujero. b) En el cuerpo del carril i) La curva de calibre del agujero nos indica el diámetro del agujero, que de estar bien conformado, se verá registrado como una línea recta (curva punteada de color rojo). En caso de no estar bien conformado el agujero, la curva se desviará a la derecha o izquierda, según sea el diámetro registrado menor o mayor, respectivamente, que el de la barrena con que se perforó el pozo. Figura 16. Registro típico de un caso real en un pozo de arenas arcillosas. ii) La curva de rayos gamma, (mostrada con línea continua en color negro), indica las respuestas más

35

Registros Geofísicos

Registros Geofísicos

específicas del yacimiento. Pero generalmente, se supone que es igual a 2.0. Con el conocimiento de las características de producción de la formación en cuestión, es posible determinar valores más aproximados para el exponente de saturación. La ecuación para saturación de agua (Sw), una versión extendida de aquella presentada como pie de página en la publicación de Archie en 1942 y comúnmente referida como "Ecuación de Archie", se ha convertido en el fundamento de la industria entera de registro de pozos. En su forma más simple, la ecuación de Archie se muestra como:

R a Sw = n m × w Φ Rt donde: n = exponente de saturación a = factor de tortuosidad F = porosidad m = exponente de cementación Rw = resistividad del agua de formación Rt = resistividad verdadera de formación Es importante notar que mientras la saturación de agua representa el porcentaje de agua presente en los poros de la formación, ésta no representa la relación de agua a hidrocarburos que serán producidos desde un yacimiento. Yacimientos de arenisca lutítica con minerales de arcilla que atrapan una gran cantidad de agua pueden tener altas saturaciones de agua, y solamente producir hidrocarburos. La saturación de agua refleja las proporciones relativas de esos fluidos contenidos en el yacimiento. Ahora bien, obtener valores aproximados de saturación de agua es el principal objetivo del análisis de registros en agujero descubierto. Con el conocimiento de la saturación de agua, es posible determinar el porcentaje de espacio poroso lleno con un fluido diferente de agua (p. ej., hidrocarburos), y de allí las reservas de hidrocarburos. Ecuación de Archie fraccionada

Sw = n

a Rw × Φm R t

Sw = saturación de agua n = exponente de saturación Obtenido a través de las suposiciones de litología o manipulación de datos y análisis de núcleos. a = factor de tortuosidad

34

Obtenido a través de suposiciones de litología o manipulación de datos y análisis de núcleos. F = porosidad Obtenida de registros (densidad, neutrón, sónico, resonancia magnética) o análisis de núcleos.

correlacionan muy bien con los demás registros gracias a su nuevo diseño mecánico y a su tercer detector compensador B.S., cercano a la fuente de rayos gamma. La figura 31 muestra el efecto de los derrumbes o cavernas.

de hidrógeno apreciable. En las formaciones con arcilla, la porosidad aparente derivada de la respuesta de la herramienta de neutrones será mayor que la porosidad efectiva real de la roca del yacimiento.

m = exponente de cementación Obtenido a través de suposiciones de litología o manipulación de datos y análisis de núcleos. Rt = resistividad de la formación Obtenidos de registros (inducción, laterolog). Supuesto para reflejar resistividad de la zona no invadida, y tomado como la resistividad medida por la lectura más profunda.

Caliper

Rw = resistividad del agua de formación Se encuentra entre las variables más difíciles de determinar, pero es una de las cuales tiene un gran impacto en los valores calculados de saturación de agua (Sw). A menudo, es mejor obtenerla mediante análisis de muestras, pero puede ser definida de registros, bajo ciertas condiciones. Otras fuentes incluyen mediciones de muestras de agua de formación obtenidas con herramientas de fondo, muestras de agua producida, o simplemente historia local del yacimiento. V. INTERPRETACIÓN CUALITATIVA Introducción El primer paso de cualquier análisis e interpretación de los registros geofísicos es la interpretación cualitativa que consiste en dar un vistazo general al conjunto de registros con el fin de identificar diferentes zonas: 1. Identificación de litologías (arenas, calizas, dolomías, anhídrita, sal, carbón, arcillas, etc.) 2. Localización de zonas permeables 3. Contenido de fluidos en zonas permeables (agua, aceite, gas) 4. Condiciones del agujero que pueden afectar la respuesta de la herramienta (agujero uniforme, cavernas, rugosidad, salinidad del lodo, etc.) Para contar con una buena interpretación cualitativa de los registros, es necesario tener un conocimien-

Figura 31

Arcillas, agua ligada y gas en la herramienta neutrón Las herramientas de neutrones "ven" todo el hidrógeno en la formación, aun cuando alguno no esté asociado con el agua que satura la porosidad de la formación. Por ejemplo, "ve" el agua ligada asociada con las arcillas que por lo general tienen un índice

Sin embargo, el gas o hidrocarburos muy livianos generalmente tienen una concentración de hidrógeno considerablemente más baja que varía con la temperatura y la presión. Por lo tanto, cuando el gas esté presente a una distancia suficiente al agujero para estar dentro de la zona de investigación de la herramienta, el registro de neutrones leerá una porosidad muy baja.

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Registros Geofísicos

Registros Geofísicos

Esos dos efectos están reflejados en la figura 32 que corresponde a un registro tomado en la zona de Veracruz, en arenas del Terciario productora de gas. Podemos observar un cruce característico entre las curvas de densidad DPHZ y de neutrón NPHI en la pista dos, entre 2015 a 2017 metros, indicador de presencia de gas en ese intervalo limpio (ref. curva de GR en verde). Además, se observa una medición muy alta del C.N.L. en las zonas arcillosas arriba y abajo del intervalo de arena, con menor efecto en el registro de densidad DPHZ. Calibre HCAL y RG

tar también la escala de la curva densidad de la herramienta de litodensidad. Las porosidades para otras litologías se obtienen de la Carta Por-13b (figura 33) o de otras escalas en los encabezados del registro. Las correcciones del Neutrón compensado sólo se aplican a los registros que se corren en agujeros llenos de fluidos. Cuando el agujero está lleno de gas, el efecto de litología se reduce a un nivel insignificante y la porosidad puede leerse directamente (sujeta a limitaciones).

mientos. Aunque ambos parámetros pueden determinarse experimentalmente para un yacimiento específico, los analistas de registros utilizan comúnmente un conjunto de valores para el factor de tortuosidad (a) y de exponente de cementación (m), dependiendo de la litología y la porosidad. Esos valores estándares se presentan en la tabla 4.

CARBONATOS

a

1.0

0.62

0.81

m

2.0

2.15

2.0

Considere ahora que la formación porosa discutida previamente se llena con alguna combinación de agua conductiva de formación de resistividad constante (Rw) y aceite (figura 24). El aceite es un aislante y no conducirá la corriente eléctrica. Además, debido a que la formación está llena con ambos fluidos (aceite y agua) la resistividad de la formación no será más referida como resistividad mojada (Ro). La medición de la resistividad de la formación en este caso -- tomando en cuenta la resistividad de la matriz de la roca y los fluidos contenidos -- es llamada resistividad verdadera (Rt).

44

F’=

Ro Rt

En la formación ejemplo, debido a que se consideran constantes tanto la resistividad del agua (Rw) como la porosidad, la resistividad mojada (Ro) resultante también será constante. Además, los cambios en el factor F' ocurrirán con los cambios en la resistividad verdadera medida (Rt). Bajo ciertas condiciones, la única forma en la cual la resistividad verdadera medida (Rt) de la formación puede cambiar, es a través de la incorporación o reducción de fluido conductivo. Por ejemplo, la incorporación de aceite al yacimiento podría resultar en un incremento en la resistividad medida de la formación (Rt), debido a que alguna cantidad de agua conductiva de formación podría ser desplazada por el aceite. Así, el factor F' resulta dependiente de la proporción relativa de fluidos conductivos (agua) y fluidos no-conductivos (hidrocarburos) en la formación. El factor F' en la ecuación representa saturación de agua (generalmente expresada como Sw) la cual es el porcentaje de espacio poroso en la formación que está ocupado por agua conductiva de formación. Por sustitución de ecuaciones, la saturación de agua puede relacionarse a las propiedades físicas de la formación y a las propiedades conductivas de los fluidos que ella contiene.

Figura 32

Efecto de las condiciones del pozo Invasión Rugosidad y cavernas Capas delgadas Efecto de invasión

El factor F' puede también expresarse como la relación de la resistividad teórica mojada de esa formación (Ro) respecto de la resistividad real medida de la formación (Rt).

Porosidad > 16% Porosidad < 16% (Humble) (Tixier)

Tabla 4

Las lecturas de todos los registros de neutrones se ven afectadas por la litología en la matriz de la roca hasta cierto punto. Los registros de Neutrón Compensado tienen una escala para una matriz de caliza. Si la herramienta de Neutrón se registra en una matriz de arena por pedido del geólogo, conviene ajus-

R o = F’×R t

ARENAS

Porosidad Neutrón NPHI y Densidad DPHZ de 45% a -15%

Efecto de litología en el neutrón

porosidad de esa formación esté completamente llena de agua conductiva. Sin embargo, debido a que algunas de las porosidades disponibles podrían estar llenas con fluido no conductivo como aceite o gas, la resistividad mojada (Ro) de esa formación, se relaciona ahora a la medición de la resistividad verdadera (Rt) por algún factor adicional, referido como F'.

Sw = n

Figura 24 Modelo de formación conteniendo agua y aceite.

La resistividad verdadera de una formación será sólo igual a la resistividad mojada (Rt = Ro) cuando la

R o Fr × R w R a = m× w = Rt Rt Φ Rt

La saturación de agua está relacionada a esas propiedades por el exponente n (exponente de saturación). El exponente de saturación puede tener un rango de valores que dependen de las condiciones

33

Registros Geofísicos

Registros Geofísicos

La temperatura: a medida que aumenta la temperatura, la resistividad de la formación disminuye, debido a que los iones que transportan electricidad se mueven con mayor rapidez. La litología: si la formación es arenisca, la resistividad será menor que si la formación fuera carbonato. El camino que tiene que seguir la corriente en los carbonatos es mayor. Factor de formación y saturación de agua La resistividad de una formación limpia es proporcional a la resistividad de la mezcla con la que está saturada. La constante de proporcionalidad se conoce como factor de formación. Considere una formación con una cantidad dada de porosidad, y suponga que la porosidad se encuentra totalmente llena con agua salina de formación de una resistividad dada, (figura 23). La resistividad del agua de formación (Rw), es muy baja, debido a que el agua salina es capaz de conducir la corriente eléctrica. La resistividad de la formación en si misma (Ro, o resistividad mojada, donde la porosidad esta 100% llena de agua) dependerá de la resistividad del agua de formación y algunos otros factores referidos como el factor de resistividad de formación (Fr). 5

)=

0

5:

Figura 23 Modelo de formación: 100% saturado de agua.

R o = Fr × R w Arreglando esta ecuación, el factor de resistividad de formación (Fr) se cuantifica como la relación de la resistividad de la formación mojada a la resistividad del agua (Rw) presente en esa formación.

32

Fr =

Ro Rw

En este ejemplo, la resistividad del agua de formación (Rw) se define como una constante. Además los cambios en el factor de resistividad de la formación (Fr) ocurrirán sólo con cambios en la resistividad total de la formación (Ro). La única forma en la cual Ro puede cambiar en una formación de Rw constante es por el cambio en la cantidad de fluido disponible para conducir una corriente eléctrica. Esto va acompañado de cambios en porosidad. Conforme la porosidad disminuye, la cantidad de agua disponible para conducir la corriente eléctrica disminuye también. Resulta un incremento en la resistividad de la formación (Ro). Además, el factor de resistividad de la formación (Fr) es inversamente proporcional a la porosidad (F). 1

Fr =

Φ

Mientras trabajaba sobre calizas en Francia, G.E. Archie, de la Humble Oil Company, desarrolló la relación entre la resistividad de la formación y la porosidad. Archie analizó registros eléctricos (resistividad) de varios pozos, y porosidad de núcleos de zonas productoras de los mismos pozos. Él notó que había cierta relación entre la resistividad y la porosidad, y fue capaz de identificar zonas de interés utilizando sólo los registros eléctricos. Lo que realmente quería saber, era si existía alguna relación que hiciera posible la determinación de dónde una zona podría ser productiva, basándose en la medición de resistividad y la porosidad de núcleos. Los cambios en la porosidad de una formación pueden tener efectos diferentes simplemente al incrementar o disminuir la cantidad de fluido disponible para conducir una corriente eléctrica. Con un cambio en la porosidad, podría haber cambios concomitantes en la complejidad de la red porosa que afecten la naturaleza conductiva de los fluidos presentes. El factor de resistividad de la formación (Fr) podría variar con el tipo de yacimiento. Esos cambios son expresados por el factor de tortuosidad (a) y el exponente de cementación (m). a

Fr =

Φm

Para las calizas del experimento de Archie, los factores de tortuosidad y exponentes de cementación fueron siempre constantes (a = 1.0, m = 2.0). Sin embargo, éste puede no ser el caso para todos los yaci-

Figura 33

En páginas anteriores se describió el proceso de invasión en donde se mencionó que los fluidos originales cercanos a la pared del pozo son desplazados por el filtrado del lodo de perforación. Mencionamos que la resistividad de la roca dependía del fluido contenido en ella. Si el fluido contenido en los poros es más salino, esto hace a la formación más conductiva (menos resistiva), mientras que si el fluido contenido es menos salino o hidrocarburo, la formación es menos conductiva (más resistiva). El proceso de invasión altera el contenido original de fluidos por lo que influye también en la resistividad medida.

Las herramientas de registros tienen una característica que es su profundidad de investigación que significa que tan profundo puede "ver" la herramienta. Un equipo de inducción doble proporciona tres mediciones: inducción profunda ILD, inducción media ILM y esférica enfocada SFL. Debido a que las tres medidas tienen diferentes profundidades de investigación (Prof. Invest. ILD > ILM > SFL), estarán más o menos influenciadas por la zona invadida. Si no hay invasión, las tres curvas medirán prácticamente lo mismo (ver figura 34). Si la invasión es somera afectará a la medición con menor profundidad de investigación, la SFL, mientras que la ILD e ILM medirán casi igual. Con una invasión moderada, las tres

45

Registros Geofísicos

Registros Geofísicos

curvas se separan. Cuando la invasión es profunda, la separación entre las tres curvas se hace más pronunciada.

VI. INTERPRETACIÓN EN FORMACIONES LIMPIAS

ILM (OHM) ILD (OHM)

2000

0.2

SFL

2000

0.2

(OHM)

2000

0.2 SP -80.0

(mV)

20.0

Sin invasión

Invasión somera

Invasión moderada

Invasión muy profunda

Introducción Una completa evaluación de una formación limpia (es decir, libre de arcilla) requiere de varias etapas e involucra múltiples cálculos y técnicas complejas. Adicionalmente, existe una variedad de suposiciones que deben hacerse durante el análisis. El número de pasos involucrados dificulta recordar las veces en la cual estos deben realizarse . Esta sección proporciona ciertas guías que deben seguirse cuando se analiza una formación limpia, y presenta una secuencia ordenada por la cual tal análisis debe ser realizado. Cuando se toma una decisión sobre la capacidad productora de una zona almacenadora de hidrocarburos, se debe considerar toda la información disponible. Los valores sólo de saturación de agua (Sw) no deben ser los factores determinantes. Recuerde que la saturación de agua no es un reflejo de la relación de agua a hidrocarburos que serán producidos del yacimiento. Es simplemente la proporción relativa de agua a hidrocarburos que existe en el espacio poroso del yacimiento. No existen guías seguras para determinar qué constituye "buenos" y "malos" valores para saturación de agua. Se deben considerar las respuestas de los registros y cualquier otra información que pueda estar disponible. Pasos para la interpretación

Figura 34 Efecto de invasión.

46

En la siguiente secuencia se reúnen los pasos necesarios para hacer una interpretación en formaciones limpias:

recíproco de la resistividad. Representa la habilidad de un material para permitir el flujo de la corriente eléctrica a través de él. Unidades MILIMHO / M o MILISIEVERT / M

1000 Resistividad = Conductividad

La matriz de la roca, el aceite, y el gas son aislantes eléctricos. Ellos no conducirán el flujo de una corriente eléctrica. Además, se dice que sus resistividades son infinitas. Por su lado el agua conducirá la electricidad dependiendo de su salinidad. Esto implica que cualquier flujo de corriente a través de una formación toma lugar en el agua de formación, y no los hidrocarburos o la roca de matriz. El agua salada, con altas concentraciones de sólidos disueltos (p. ej., NaCl, etc.), conducirá la electricidad mucho más eficientemente que el agua dulce. Además, el agua salada tiene mucho menor resistividad que el agua fresca. En la mayoría de los casos, el agua presente en una formación a una cierta profundidad será moderadamente salina. Las zonas conteniendo agua, además, tienen mayor conductividad -o menor resistividad- que las zonas conteniendo hidrocarburos. Debido a que el aceite y gas no conducen la corriente eléctrica, es imposible distinguirlos de la matriz de roca con base en la resistividad. Esos fluidos, sin embargo, llenan los espacios porosos de la formación, dejando menos espacio para agua conductiva de formación. Los datos de corriente eléctrica que fluyen a través de una formación impregnada de hidrocarburos son forzados a tomar un patrón más tortuoso, sinuoso alrededor de los hidrocarburos que ocupan parte del espacio poroso. El efecto global de la presencia de hidrocarburos es un incremento en resistividad. La base para el análisis de registros es comparar la resistividad medida de una formación con la resistividad calculada de aquella formación supuesta de porosidad 100% llena de agua. La resistividad de una roca a saturación de agua 100% se refiere como resistividad mojada (Ro). Si, para una porosidad dada, la resistividad medida es significantemente mayor que la resistividad mojada, entonces indica la presencia de hidrocarburos. Esta relación es la base para determinar el porcentaje de porosidad que está lleno con agua de formación (saturación de agua). Además, el porcentaje de porosidad que está lleno de hidrocarburos (saturación de hidrocarbu-

ros). La saturación de agua (Sw) para una formación limpia se calcula usando la ecuación de Archie. Las resistividades en las formaciones arenosas caen en el rango de 0.2 a 1,000 ohms-m. En formaciones calcáreas, las resistividades pueden ser más altas, del orden de 100 a 40,000 ohms -m. Los factores que afectan la resistividad son: la cantidad de sal en el agua. Como regla general, la cantidad de sal en el agua aumenta con la profundidad. Por lo tanto a medida que aumenta la cantidad de sal en el agua, la resistividad disminuye. Esto se debe a que la cantidad de iones aumenta. La saturación de agua; a medida que se tiene mayor saturación de agua, la resistividad será menor, Por ejemplo: la formación que contiene hidrocarburos tendrá una saturación de agua baja por lo que nos da una alta resistividad Porosidad: si la porosidad es grande, la resistividad será baja, debido a que en estas condiciones se tendrá mayor cantidad de agua para un mismo % de saturación de agua. La figura 22 muestra el comportamiento en función de los fluidos y la porosidad.

Concentración moderada de sal

Concentración alta de sal

Conductividad media

Conductividad alta

5(6,67,9,'$'0(',$

5(6,67,9,'$'08 2 m, registros estables, pozo en buen estado Analizar cada registro Con 3 curvas de resistividad Elegir métodos adecuados Elegir métodos adecuados Densidad, neutrón, sónico Ecuación de Archie

a). Antes de iniciar la interpretación de la información obtenida a través de los registros se deberá efectuar un control de calidad para asegurar que los datos sean correctos. Este control de calidad consiste en la inspección visual del registro, especialmente de la sección donde se hará la interpretación. La calibración de la herramienta puede indicarnos si ésta funcionó adecuadamente. También se debe comprobar la litología con la respuesta de la herramienta. Si se dispone de otros registros en ese mismo intervalo se deben correlacionar para verificar que la respuesta es la misma. Además, si se cuenta con registros de pozos cercanos, hay que comparar la respuesta de los registros. En resumen, además de hacer una inspección visual del registro verificando que sus datos estén correctos y completos, este paso consiste en hacer una interpretación cualitativa de los registros, verificando el estado del agujero a través del calibrador, identificando las zonas limpias y arcillosas, intervalos permeables, tipo de formación, calizas, arenas, lutitas, dolomías, anhidrita, yeso, sal, etcétera. b). Tomando como base el registro resistivo (Inducción o Doble Laterolog), verificar que todos los registros estén a la misma profundidad. En caso contrario deberá tomarse en cuenta la diferencia de profundidad.

Resistividad

c). Del potencial espontáneo, rayos gamma o la curva de porosidad definir el espesor del intervalo de interés. Esta medida deberá hacerse en un tramo de pozo en buen estado. (Ver calibre de pozo.)

La resistividad es la habilidad de un material para impedir el flujo de la corriente eléctrica a través de él. La unidad es el OHM-M. La conductividad es el

d). Los valores de resistividad del lodo, filtrado y enjarre son obtenidos en superficie por lo que se deberán llevar a condiciones de fondo. Si se cuenta

Resistividad y fluidos de la formación

con la medida de la temperatura en el intervalo de interés debe usarse este valor, si no debe calcularlo con la fórmula correspondiente. Leer los valores de las curvas de los registros en zonas previamente escogidas en tramos estables y bien definidos. e). Las lecturas de los registros son más o menos afectadas por las condiciones ambientales (temperatura, presión, salinidad del lodo, diámetro de agujero, etc.) por lo que se deberán aplicar las correcciones ambientales mediante el uso de las gráficas adecuadas. f). La resistividad verdadera de la formación, Rt y de la zona invadida, Rxo; se obtienen de los registros de resistividad, pero es necesario usar las curvas con diferentes profundidades de investigación para poder compensar el efecto de la zona alterada por el lodo de perforación. Existen gráficos que nos permiten obtener Rt o Rxo, además del diámetro de invasión. Si la invasión se considera pequeña, se podría considerar que Rt es igual a la resistividad obtenida con la curva con mayor profundidad de investigación. g). Sería preferible obtener el dato de Rw mediante una medición directa. Hay métodos para derivar Rw a partir del análisis químico de la solución. La resistividad del agua de formación se puede obtener a partir de uno o varios métodos. Uno de ellos es mediante la lectura del SP. Este método es aplicable principalmente en arenas y cuando se tienen zonas limpias y arcillosas bien definidas. Otro método se denomina de resistividad mínima del agua, en donde se busca una zona limpia y a partir de la Rt y las lecturas de porosidad se infiere la Rw.

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Registros Geofísicos

Registros Geofísicos

h). Seleccionar los registros que se usarán en la interpretación, validando que sus respuestas sean confiables especialmente en la zona de interés. i). Con los registros de Neutrón Compensado, Densidad compensada y Sónico de Porosidad se determinan la litología y porosidad. Para esto, se pueden usar los gráficos cruzados adecuados. j). Una vez que se cuente con la resistividad del agua de formación, Rw, la resistividad verdadera de la formación, Rt, la porosidad efectiva, así como algunas constantes se evalua la saturación de agua Sw, por medio de la fórmula de Archie. Conociendo Sw, se despeja la saturación de hidrocarburos.

Descripción de pasos Interpretación de los y secuencia del registros de proceso porosidad Valores obtenidos de la lectura de los ρb, ∆t, φNL registros. Interpretación de la lectura de los registros. Resultados φ intermedios de la interpretación. Continuación de la interpretación. 5HVXOWDGRVGHOD ) LQWHUSUHWDFLyQ Parámetros auxiliares necesarios. Parámetros a ser seleccionados por el a y m intérprete. Información adicional necesaria. Ecuaciones utilizadas Humble: en los cálculos. m F=a/φ

Es recomendable verificar la congruencia de los resultados obtenidos en cada paso, si por alguna razón, el resultado pareciera no ser correcto, hay que revisar algunos datos importantes como Rw, fef, Rt. Algunos parámetros usados en las fórmulas se seleccionan por el interpretador. El exponente de cementación, m, de la fórmula de factor de formación de Archie, el exponente de saturación n de la ecuación de saturación de Archie y otros, deben seleccionarse con la mayor información posible del yacimiento. En la figura 35 se muestra el diagrama de flujo para interpretar formaciones limpias

Resistividad del agua de formación y de rocas invadidas SP, Rwamin y Rt / Rxo

Rw

Definir estructura

Sísmisa, mapeo gravitacional y mapeo magnético

Perforación

Perforar el pozo

Registro de lodos, nucleo, MWD

Toma de registros

Registrar el pozo

Registros de pozo abierto

Evaluación primaria

Análisis de registros y prueba

Análisis

Análisis de núcleos

Núcleos de pared, sísmica vertical (VSP), pruebas de formación con cable, prueba de formación con tubería Estudios de laboratorio

Retroalimentación

Explotación

Refinamiento del modelo sísmico Calibración de registros vía y análisis de registros resultados de análisis de núcleos, calibración sísmica de los resultados de análisis de registros Producción de hidrocarburos Análisis de balance de materiales

Recuperación secundaria

Inyección de agua o gas y registros de producción

Abandono

Decisiones económicas

Análisis de los registros de producción, análisis de propiedades microscópicas de la roca

Rt y Rxo Tabla 3

52\52=/

6Z\6[R

Rmf

Definición de F: F = Ro / Rw F = Rozl / Rmf

Figura 35. Diagrama de flujo para interpretación de formaciones limpias.

48

Interpretación de registros de porosidad y cálculo de saturaciones ILD, ILM, SFLU y MSFL o LLD, LLS y MSFL

Exploración

n

Archie: n

Sw = Ro / Rt n Sxo = Rozl / Rxo

N/G es la relación de espesor neto total a espesor usable del yacimiento como una fracción del espesor total. Para evaluar este volumen de hidrocarburos se dispone de diferentes técnicas que obtienen las características de la roca de una manera selectiva: · Los registros geofísicos. · Los núcleos. · Los métodos sísmicos. Para darnos una idea de la incertidumbre de la información disponible de las rocas de los yacimientos, tomemos como ejemplo un yacimiento con una configuración simple. Supongamos un campo con un espaciamiento constante entre pozos. Un pozo drena el equivalente de un cilindro con un radio de 0.5 kilómetros. El yacimiento tiene un espesor de 100 me-

tros. El volumen total del yacimiento drenado por el pozo, incluyendo sólidos y fluidos es de 78.5 x 106 m3 y se supone que es atravesado por un agujero de 20.3 centímetros. (8.5 pulgadas). Un núcleo perforado en un pozo de 20.3 cm tiene un diámetro no mayor de 10 cm. En el espesor total de 100 m, se obtiene un volumen de 0.785 m3 de roca. Este volumen representa un 10-6 porciento del volumen total del yacimiento. Una de las herramientas de registros con la mayor profundidad de investigación es el Doble laterolog. Su radio de investigación es del orden de 1.25 m. La resolución vertical es de 0.61 m. En una sola medida, la herramienta investiga 3 m3. En 100 m, la sección investigada corresponde a 490 m3, o 6.25 x 106 veces el volumen del yacimiento. Similarmente, la herramienta de Neutrón investiga un radio de 25.4

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Registros Geofísicos

incluyen volumen de arcilla en el yacimiento (Vsh), saturación de agua irreductible (Swirr) y volumen total de agua (BVW), hidrocarburos móviles, etcétera. En muchas situaciones, las decisiones son resultado de "sentimiento"; sin embargo, en todos los casos, no hay sustituto para la experiencia en una región particular cuando se toma una decisión. En el proceso de toma de decisiones se pueden emplear algunos métodos adicionales. IV. CONCEPTOS BÁSICOS DE INTERPRETACIÓN Introducción Esta sección presenta una revisión de los conceptos básicos de análisis de registros en agujero descubierto. Un conocimiento práctico de cada uno de esos conceptos es fundamental para efectuar un análisis básico a boca de pozo. Para mayor información acerca de las especificaciones de las herramientas y discusión sobre su teoría, el estudiante se deberá referir a los manuales sobre análisis de registros en agujero descubierto y la evaluación de formaciones así como a la teoría sobre herramientas y manuales de operación El proceso de la interpretación Los parámetros petrofísicos necesarios para la evaluación de las formaciones resultan difíciles de obtenerse directamente. Por esto, generalmente deben deducirse u obtenerse de la medición de otros parámetros físicos de las formaciones. Las herramientas de registros actuales nos permiten obtener una gran cantidad de parámetros como son: la resistividad, la densidad, el tiempo de tránsito, el potencial natural, la radioactividad natural y el contenido de hidrógeno de la roca. La interpretación de registros permite traducir estos parámetros medibles en los parámetros petrofísicos deseados de porosidad, saturación de hidrocarburos, permeabilidad, litología, etcétera. La interpretación de los registros se complica debido a las alteraciones que provoca el proceso de la perforación. Este proceso altera el contenido de fluidos en la vecindad del pozo (ver proceso de invasión). Ya que se requieren los parámetros petrofísicos de la formación original no contaminada, la herramienta de registros debiera ser capaz de "ver" más allá de

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Registros Geofísicos

la zona alterada. De todos modos las técnicas de interpretación deben ser capaces de compensar el efecto de la zona alterada. El propósito de las diferentes herramientas de registros geofísicos es proporcionar mediciones de donde se puedan obtener o inferir las características petrofísicas de las rocas del yacimiento. La meta de la interpretación cuantitativa de los registros es proporcionar las ecuaciones y técnicas para que dichos cálculos puedan llevarse a cabo. Evaluación de las formaciones La evaluación de formaciones puede definirse generalmente como la práctica de determinar las propiedades físicas y químicas de las rocas y los fluidos contenidos en ellas. El objetivo de la evaluación de formaciones es localizar, definir y hacer producir un yacimiento dado por la perforación de tantos pozos como sea posible. En este punto, las compañías petroleras utilizan una variedad de métodos de evaluación de formaciones, algunos de los cuales se ilustran en la tabla 3. Los registros geofísicos son sólo algunas de las múltiples fuentes de datos usados en la evaluación de formaciones. Sin embargo, a través de la determinación precisa de la profundidad, los registros geofísicos son un medio que se usa para reunir todos los métodos de evaluación de formaciones. Los registros son una pequeña porción, pero muy importante, de un gran enigma. Las decisiones para taponar o terminar un pozo, a menudo se basan en los registros y en un apropiado análisis de los mismos. Alternativas para evaluar formaciones Evaluación del volumen de hidrocarburos del yacimiento La fórmula tradicional para calcular el volumen de hidrocarburos contenido en los poros del yacimiento es:

9ROXPHQ = 9 5 [φ[( 1 ) [(1 − 6 Z ) * En donde: VR es el volumen del yacimiento, f es la porosidad promedio y Sw es la saturación promedio de agua.

3DUiPHWURDPHGLU

5W

5[R

I

9VK

5Z

&XUYDV

(TXLSR

RID

Doble Inducción fasorial

LLD

Doble Laterolog

2EVHUYDFLRQHV

Adecuado en formaciones de baja resistividad R 0.1 ohm-m, por lo que:

Sw = 2

Rmfe = 0.85 * Rmf' = 0.245 3. Calcular K: T en °C

K = 65 + 0.24*75 = 83 4. Calcular Rwe:

10

−

0.245

= 0.033 ohm -m 72 663 = − 83 . 10

5. De la figura No. 37, obtener Rw: a) Con los valores de Rwe = 0.033 W-m y la temperatura de formación, 75 °F, entrar en el gráfico SP-2, donde se obtiene, Rw = 0.039 W-m Cálculos de Sw Se evaluarán zonas potenciales de hidrocarburos usando el valor de Rw que fue establecido previamente. Las formaciones con contenido de hidrocarburos son típicamente caracterizadas por altos valores de resistividad y porosidad y nuevamente por el comportamiento no conductivo del aceite y el gas. Existen dos zonas ilustradas en la Figura 38 que ajusta esos criterios --8515 y 8610. La zona a 8610 tiene muy baja porosidad. Su alta resistividad resulta del hecho que hay poca agua disponible en los poros para conducir la corriente. La zona a 8515 tiene buena porosidad (~28%), y garantiza mayor investigación. Cuando tomamos valores medidos de un registro para usarlos en la ecuación de Archie, se desea seleccionar una profundidad simple más que un promedio de valores a lo largo de una zona. En el curso de una interpretación real habrá muchas formaciones atractivas. En cualquier formación simple, un analista puede seleccionar varias profundidades a las cuales calcular la saturación de agua (Sw). Ya que las zonas en el registro del ejemplo están bien definidas, sólo dos cálculos se requieren, uno por zona. a 8515

54

a 8610

Φ = 0.09; R t = 8.4Ω − m

Sw = 2

5PIH

Φ = 0.28; R t = 5.0Ω − m

Herramienta Schlumberger

',0(16,21(6> Φ '

Arcillas

Φ 1