UNIDAD III METODOLOGIA DE LOS SONDEOS ELECTRICOS VERTICALES

October 12, 2020 | Author: Anonymous | Category: N/A
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UNIDAD III METODOLOGIA DE LOS SONDEOS ELECTRICOS VERTICALES

3.1 PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE LAS ROCAS La resistividad es una de las propiedades de las rocas que han sido y son usadas comúnmente para la interpretación de registros geofísicos de pozos, pues por medio de esta propiedad se logran determinar ciertos parámetros de los yacimientos como, la porosidad y la saturación de fluidos, los cuales son considerados los más representativos durante la interpretación de un registro. Una característica eléctrica muy importante en las rocas es la resistividad, ésta se define en base a la resistividad de cualquier conductor que esté presente en la formación de área y longitud unitarias, la unidad de medida está dada por el Ohm m2/m, y se simboliza con la letra Ω. En general se puede mencionar que la mayoría de las rocas no conductoras son rocas secas, pero cabe aclarar que existen algunas excepciones. A diferencia de las que contienen fluidos como el agua salada se consideran rocas conductoras. En cada formación su resistividad in situ dependerá de la cantidad de agua que está contenida en la formación, así como también se encuentre distribuido el fluido dentro de la roca que se encuentre en estudio. Cabe mencionar que cuando la formación es arcillosa, los valores de resistividad se verán alterados por la cantidad y distribución de la arcilla. Resistividad de las formaciones parcialmente saturadas Esta propiedad se presenta cuando el gas y el aceite están presentes en una roca de tipo porosa en conjunto con una cierta cantidad de agua salada, por lo que su resistividad será mayor que Ro, esto se debe a que existe una cantidad de agua salada que esta interactuando con los poros de la roca y la cual permite que fluya una corriente eléctrica, este cantidad de agua podemos determinarla como Sw. La resistividad que esté presente en una roca parcialmente saturada con agua, no solo depende de Sw, también depende de la distribución del espacio poroso. La distribución de la fase fluido dentro de las rocas depende de las propiedades de mojabilidad al cual este sometida dicha roca, de la dirección de flujo y a su vez del tipo de porosidad, ya sea intergranular, vugular o ambas. Propiedades radioactivas de las rocas En 1939 se empezó a trabajar en la propiedades radioactivas de las rocas, para esa época el conocimiento de esta propiedad de las rocas era muy reducido, pero ya se utilizaba el registro de rayos gamma para determinar cualitativamente la litología de la formación (arcillosidad de las rocas) y para fines de correlación geológica, una de las grandes ventajas que aportó este instrumento es que la medición podía tomarse en agujeros ademados, pues permitió que se tomaran registros en pozos donde nunca se habían podido tomar por la situación técnica en que se encontraban.

Casi toda la radiación gamma en la tierra es emitida por el isotopo radiactivo de potasio de peso atómico 40 y por elementos radiactivos de la serie uranio y torio. Cada uno de estos elementos emite rayos gama cuyo número y energía son distintivos de cada elemento. El potasio (k40) emite rayos gamma de un solo nivel de energía de 1.46mev mientras que las series de uranio y torio emiten rayos gama de varios niveles de energía.

3.2 POTENCIAL DE UN ELECTRODO PUNTUAL DE CORRIENTE Si bien es teóricamente posible determinar la disposición geométrica de las líneas de corriente, en la práctica resulta más conveniente la determinación de las líneas de circulación nula mediante la localización de los puntos de igual potencial. Esta modalidad tiene la ventaja de ser precisa y de fácil aplicación, ya que para trazar las líneas equipotenciales no es necesario medir diferencias de potencial. Si el medio entre ambos electrodos es homogéneo las distribuciones de la corriente y el Potencial son regulares y pueden ser fácilmente calculadas. Si en este medio se intercalan cuerpos conductores o aisladores, se produce una distorsión de la corriente: las líneas de corriente serán atraídas por los buenos conductores mientras que los aisladores las rechazarán. Las determinaciones pueden efectuarse tanto con corriente continua como con corriente alterna. En este último caso, deben prevenirse dos limitaciones que pueden ser muy severas si las condiciones experimentales son desfavorables. Las zonas más convenientes para la determinación de las equipotenciales son: la zona Intermedia entre los electrodos de corriente y la inmediatamente próxima a uno de los electrodos (con el otro en infinito), en este caso, debido a la rápida variación del campo puede haber dificultad en advertir e interpretar las deformaciones de las equipotenciales. Por otra parte, debido al predominante rol jugado por la posición del electrodo activo respecto de la heterogeneidad, su mejor detección puede requerir más de un levantamiento con diferente posición del electrodo.

3.3 FUNDAMENTOS DE LOS SONDEOS ELÉCTRICOS VERTICALES

Los sondeos eléctricos verticales [S.E.V.] constituyen uno de los métodos de campo para determinar la variación en profundidad de las propiedades eléctricas del subsuelo. Los S.E.V. consisten en una serie de determinaciones de resistividades aparentes, efectuadas con el mismo tipo de dispositivo y de separación creciente entre los electrodos de emisión y de recepción. Los datos de resistividad aparentes obtenidos en cada S.E.V. se representan por medio de curvas, en función de las d istancias entre electrodos. Las resistividades aparentes ρ se llevan en las a ordenadas y en las abscisas las distancias OA = AB / 2. La curva así obtenidas se denomina curva de S.E.V., curva de campo o curva de resistividad aparente. La finalidad del S.E.V. es averiguar la distribución vertical de resistividades bajo el punto sondeado. Son útiles en zonas con estratificación aproximadamente horizontal, en las que las propiedades eléctricas varías principalmente con la profundidad, más bien que lateralmente. La especificación de espesores y resistividades de cada medio estratificado, recibe el nombre de "corte geoeléctrico". Los cortes geoeléctricos pueden clasificarse dependiendo el número de capas que lo componen; es decir de dos capas (n=2), de tres capas (n=3), de cuatro. Consideremos un medio estratificado general formado por dos semiespacios, uno que representa la atmósfera con conductividad nula y otro que representa al terreno que es un medio heterogéneo compuesto de medios parciales homogéneos e isótropos, como se esquematiza en la figura 5-5. Para caracterizar cada medio estratificado, bastará dar el espesor Ei y la resistividad ρi de cada medio parcial isótropo de índice i. Cada uno de estos medios parciales será denominado capa geoeléctrica.

3.3.1 METODOLOGÍA WENNER Es el más útil para diseños eléctricos. Es un caso particular del método de los cuatro electrodos solo que aquí se disponen en línea recta y equidistantes una distancia “ a ”, simétricamente respecto al punto en el que se desea medir la resistividad del suelo, no siendo necesario que la profundidad de los electro dos auxiliares, sobrepase los 30 cm. El aparato de medida es un telurómetro clásico con cuatro terminales, siendo los dos electrodos extremos los de inyección de la corriente de medida (A) y los dos centrales los electrodos de medida del potencial (V). En esta metodología se asume que el suelo es homogéneo. Las mediciones de resistividad dependerán de la distancia entre electrodos y de la resistividad del terreno, y por el contrario no dependen en forma apreciable del tamaño y del material de los electrodos, aunque sí dependen de la clase de contacto que se haga con la tierra. La profundidad a la cual se deben enterrar los electrodos debe ser igual o menor al 5% del espaciamiento de los electrodos. El electrodo debe tener contacto únicamente en el fondo del orificio. En 1915, el Dr. Frank Wenner del U.S. Bureau of Standards desarrolló la teoría de este método de prueba, y la ecuación que lleva su nombre. En la práctica se puede admitir que la resistividad aparente es, básicamente la de las capas comprendidas entre la superficie del suelo y la profundidad a la cual la densidad de corriente se ha reducido a la mitad del valor en superficie, es decir, la profundidad de investigación es “0,75 a ”. El eje del sondeo eléctrico vertical y en consecuencia, de medida de resistividad, se encuentra en el medio del sistema simétrico compuesto por los cuatro electrodos, entre los dos de potencial. El principio básico de este método es la inyección de una corriente directa o de baja frecuencia a través de la tierra entre dos electrodos A y B mientras que el potencial que aparece se mide entre dos electrodos M y N. Estos electrodos están enterrados en línea recta y a igual separación entre ellos. La razón V/I es conocida como la resistencia aparente. La resistividad aparente del terreno es una función de esta resistencia y de la geometría del electrodo.

Se observa esquemáticamente la disposición de los electrodos, en donde la corriente se inyecta a través de los electrodos exteriores y el potencial se mide a través de los electrodos interiores. Con este método la resistividad está dada por: P=2pi*a*R (1) Donde: a: Separación entre los electrodos R: Resistencia del terreno obtenida en la medición Puntos prácticos a tener en cuenta al medir la resistividad del terreno:  Al realizar las mediciones en las diferentes direcciones (Norte-Sur), (Este-Oeste), los valores de resistencia obtenidos para cada separación entre electrodos “ a ” pueden ser promediados, no pueden ser promediados valores obtenidos con diferentes “ a ”.  No hacer medidas cuando el suelo esté húmedo por causa de la lluvia; la medida de resistividad se debe hacer en tiempo seco preferiblemente.  No se deben hacer medidas con condiciones atmosféricas adversas (lluvias y tormentas).  Los electrodos deben de ser de cobre.  Es conveniente que se realicen mediciones en diferentes direcciones para un mismo sondeo, por ejemplo de Norte a Sur y de Este a Oeste, debido a las características de heterogéneas de los suelos.  Al elegir la profundidad de exploración no se recomiendan profundidades mayores a los 8 m, puesto que es muy difícil poder llegar con las tomas de tierra hasta esos niveles.  No es conveniente que las mediciones se realicen donde existan tomas de tierra o tuberías, puesto que las mismas provocan que la corriente que se inyecta en el terreno tome otra trayectoria no deseada perturbando así el resultado.  Si se quiere conocer la resistividad existente en una puesta a tierra, es obligatorio realizar la medición en una zona cercana a la misma, con características similares y con la misma conformación geológica, a una separación igual o mayor a tres veces la separación de los electrodos. Al utilizar el método de Wenner para la medición de la resistividad del terreno se obtiene un valor de resistencia, como la relación entre la diferencia de potencial entre los electrodos medios y la corriente de los electrodos externos. Al variar la separación de los electrodos se obtienen valores diferentes de resistividad por lo que se denomina resistividad aparente la obtenida en cada medición, por lo tanto se construyen perfiles de la resistividad aparente vs la separación de los electrodos y resistividad aparente vs profundidad de exploración. De los diversos perfiles de resistividad aparente obtenidos, debe pasarse a asumir la resistividad con que se procederá al diseño. Este valor será necesario para calcular la resistencia de puesta a tierra y la distribución de potenciales en la superficie del suelo, estos valores a su vez serán los indicadores fundamentales del comportamiento del sistema de puesta a tierra. Debido a la no uniformidad del terreno, cuando se mide la resistividad del terreno en un punto, por cualquier método, el valor que se obtiene es llamado resistividad media o aparente. Por esto se recomienda hacer varias mediciones en el terreno en diferentes posiciones y después sacar un promedio de estas para obtener un valor de resistividad más exacto.

Sin embrago como se tienen varios perfiles levantados en las mediciones, se debe obtener uno que sea representativo del conjunto. Este puede resultar de los promedios aritméticos de los valores correspondientes a iguales valores de separación de los electrodos.

3.3.2 METODOLOGÍA SCHLUMBERGER El método de Schlumberger es de gran utilidad cuando se requieren conocer las resistividades de capas más profundas, sin necesidad de realizar muchas mediciones como con el método Wenner. Se utiliza también cuando los aparatos de medición son poco sensibles. Solamente se recomienda hacer mediciones a 90 grados para que no resulten afectadas las lecturas por estructuras subterráneas. El método de Schlumberger es una modificación del método de Wenner, que emplea 4 electrodos, este dispositivo sitúa los electrodos de emisión y medición en línea recta; la variante con respecto al método de Wenner, está en que la distancia entre los electrodos M y N debe ser mayor a un tercio de la distancia entre los electrodos de emisión A y B. La configuración correspondiente a este método de medición se muestra en la Método Schlumberge.

Con este método la resistividad está dada por: P= 6pi*a*R (2) Donde: a: Separación entre los electrodos R: Resistencia del terreno obtenida en la medición La diferencia de potencial (Campo Eléctrico), leída entre los electrodos censores (M y N), es producida por una corriente eléctrica de naturaleza continua y conocida. Esta corriente se hace circular por el subsuelo mediante los dos electrodos emisores (A y B), a expensas de una fuente de energía eléctrica convertidor.

Estos valores de Resistividad Aparente y los valores de la Secuencia de Separación de los electrodos A y B junto a los valores de un perfil litológico premodelado por comparación, son introducidos a un programa de computación con lo que se logra la interpretación de los SEV, consistentes en poder conocer la Potencia (espesor), la Resistividad Verdadera y la Profundidad de cada unidad geológica proyectada. Para la característica SEV (Sondeo Eléctrico Vertical), la metodología es ir separando continuamente los electrodos emisores a los fines de aumentar la profundidad de la investigación y conservando siempre el eje de simetría con respecto al punto prospectado. Esta diferencia de potencial leída está asociada a los cambios litológicos del subsuelo. En base a la corriente y diferencia de potencial leídos, se calcula la resistividad para cada punto de movida de los electrodos emisores (A y B) (Cálculo de resistividad aplicando Ley de Ohm para un medio homogéneo). Esta resistividad inducida (que indica cambios en las propiedades y características del subsuelo), es aparente ya que es medida en superficie y no “in situ” en cada cambio litológico ocurrido en profundidad. Esta resistividad se grafica en papel cuadriculado logarítmico de módulo adecuado y en función de la separación de los electrodos emisores, se obtiene la denominada Curva de Campo de Resistividad Aparente.

3.3.2.1 REGISTROS ELÉCTRICOS

Las unidades de perfilaje son Laboratorios portátiles que disponen de computadoras para el registro e interpretación de los perfiles de pozo. De la interpretación de estos perfiles se obtienen datos de porosidad, contenido de fluidos, y tipos delitologías. Una correcta evaluación se logra mediante la combinación de los datos obtenidos en los distintos perfiles realizados en el pozos han desarrollado métodos de medición de resistividad más sofisticados a fin de medir la resistividad de la zonalavada, Ro, y la resistividad real de la zona virgen. El registro eléctrico convencional consiste en medir la resistividad de la formación, ofreciendo de esta manera una herramienta muy importante para el geólogo, geofísico, petrofísico, ingeniero de petróleo y perforador, ya que permite identificar zonas prospectivas y otras. Estos perfiles miden las propiedades eléctricas, acústicas y radioactivas de las rocas, proporcionan información acerca de las propiedades eléctricas de las rocas. Los sensores de la resistividad usan electrodos o bobinas, los acústicos usan transductores sónicos y los radioactivos emplean

detectores sensibles a la radioactividad. Para tal fin se utilizan distintos instrumentos montados en una sonda que se baja al pozo mediante un cable-conductor. Este cable de acero normalmente tiene 7 conductores eléctricos que sirven para alimentar eléctricamente a los equipos de pozo y al mismo tiempo recibir en superficie los datos leídos por las diferentes sondas. A medida que se va recogiendo el cable, la sonda va midiendo y las lecturas que son enviadas a superficie a través delcable, se registran en cintas magnéticas, que posteriormente serán utilizadas para la interpretación de los datos. Potencial espontáneo (SP) Es un registro de la diferencia de potencial entre el potencial eléctrico de un electrodomóvil en el pozo y el potencial eléctrico de electrodo fijo en la superficie en función de la profundidad. Enfrente delutitas, la curva de SP por lo general, define una línea más o menos recta en el registro, que se llama línea base delutitas. Enfrente de formaciones permeables, la línea muestra deflexiones con respecto a la línea base de lutitas; en las capas gruesas estas deflexiones tienden a alcanzar una deflexión esencialmente constante, definiendo así una línea de arenas. Esta curva de potencial espontáneo es muy útil, ya que permite detectar capas permeables, correlación de capas, determinar la resistividad del agua de formación y una estimación aproximada del contenido de arcillas. Aplicaciones: El perfil de SP es utilizado para: Detectar estratos permeables-hacer correlación de capas-determinar valores de del agua de formación (Rw)-dar una idea cualitativa del contenido de arcilla en cuerpos rocosos permeables La curva de potencial espontáneo puede presentar ruidos provocados por acoples magnéticos instrumentales, perturbaciones eléctricas vecinas, interferencias del cable de la herramienta y corrientes telúricas. Como en todos los demás perfiles de pozo, la resolución vertical tiene limitaciones, que para el SP se presentan en el modelo de la izquierda. Por lo general, el perfil eléctrico contiene cuatro curvas: Normal Corta (SN) de 16 esta mide la resistividad de la zona lavada (Rxo), es decir la zona que fue invadida por el filtrado de lodo. Normal Larga (NL) de 64 Ésta mide la resistividad la resistividad en la zona virgen (Rt). Lateral de (18 ¶- 8´) Es utilizada para medir la resistividad verdadera de la formación cuando no es posible obtener un valor preciso de la curva normal larga. Se introducen corrientes en la formación, por medio de electrodos de corriente y se miden los voltajes entre los electrodos de medición. Estos voltajes proporcionan la resistividad de cada dispositivo. Se deben utilizar lodos conductivos a base de agua o lodos de emulsión de petróleo. En general, cuanto mayor sea el espaciamiento entre los electrodos, mayor es la investigación dentro de la formación. Así, la curva lateral de 18 pies 8pulgadas, tiene mayor profundidad de investigación y la normal corta de 16´, la más somera.

Potencial Espontáneo (Spontaneity Potencial = SP) Es un registro no inducido. El SP de los materiales del subsuelo se origina en las células electroquímicas formadas por el contacto entre las arcillas, las arenas y el lodo de perforación, y como consecuencia del efecto electrocinético de los fluidos que se mueven a través de la zona permeable. El SP se mide introduciendo un electrodo en el sondeo sin entubar, mientras que el otro electrodo se sumerge en un pozuelo excavado en la superficie y lleno de lodo de perforación. Se toman a hoyo desnudo. No funciona en lodo base aceite. Debido a su baja resolución actualmente han sido desplazados por el registro de GR.El se considera nulo (0) frente a las capas gruesas de arcilla. La unión de todos los puntos con SP nulo permite trazar una línea llamada comúnmente Línea Base de las Arcillas . Por convenio, los registros se realizan de tal manera que las desviaciones hacia la izquierda de la línea base se consideran negativas; y las desviaciones hacia la derecha le la línea base se consideran positivas. Cuando la salinidad del lodo de perforación es mayor que la salinidad del agua de formación, entonces se produce un intercambio iónico del pozo hacia la formación y el SP es positivo. Cuando la salinidad del lodo de perforación es menor que la salinidad del agua deformación se produce un intercambio iónico de la formación al pozo y el SP es negativo. Las arenas poco consolidadas que contienen agua dulce poseen registros positivos y las arenas que contienen agua salada dan registros SP negativos. Cuando la salinidad del lodo de perforación es similar a la salinidad del agua deformación, entonces no se produce ningún intercambio iónico y el SP es neutro. En estos casos, el SP no sirve de mucho. Frente a las capas de lutitas no se produce intercambio iónico evidente y por lo tanto el SP es neutro. Se mide en mili voltios (mV).El SP se utiliza para identificar capas porosas, para calcular la salinidad del agua deformación y la resistividad del agua de formación (Rw). Resistividad Es un registro inducido. La resistividad es la capacidad que tienen las rocas de oponerse al paso de corriente eléctrica inducida y es el inverso de la conductividad. La resistividad depende de la sal disuelta en los fluidos presentes en los poros de las rocas. Proporciona evidencias del contenido de fluidos en las rocas. Si los poros de una formación contienen agua salada presentará alta conductividad y por lo tanto la resistividad será baja, pero si están llenos de petróleo o gas presentará baja conductividad y por lo tanto la resistividad será alta. Las rocas compactas poco porosas como las calizas masivas poseen resistividades altas. Tipos de Perfiles de Resistividad Existen dos tipos principales de perfiles resistivos: el Perfil Lateral (Laterolog) y el Perfil de Inducción (Induction Log). El perfil lateral se utiliza en lodos conductivos (lodo salado) y el perfil de inducción se utiliza en lodos resistivos (lodo fresco o base aceite). Dentro de los Perfiles de Inducción tenemos: SFL= Spherical Induction Log. Para profundidades someras (0.5 – 1.5’). Mide la resistividad de la zona lavada (Rxo).b) MIL=LIM= Médium Induction Log. Para distancias medias (1.5 – 3.0’)c) DIL=ILD= Deep Induction Log. Para profundidades de más de 3.0’. Miden la resistividad de la formación (Rt). Dentro de los Perfiles Laterales tenemos: MSFL= Microspheric Laterolog. Para las proximidades (1.0 y 6.0’’). Lee la resistividad de la zona lavada (Rxo).b) MLL = LLM =Micro Laterolog. Para las proximidades (1.0 y 6.0’’)c) SLL=LLS= Someric Laterolog. Para profundidades someras (0.5 y 1.5’)d) DLL=LLD= Deep Laterolog. Para profundidades de más de 3.0’. Miden resistividad de la formación (Rt).Se lee de izquierda a derecha, en escala logarítmica. La unidad de medida es elohm-m, con un rango de valores que va desde 0.2 hasta 2000 omh-m.Los registro de resistividad, también se utiliza para estimar contactos agua– petróleo,

para calcular la resistividad del agua de formación (Rw) y la resistividad verdadera de la formación (Rt). Se lee de izquierda a derecha.

3.3.2.2 REGISTROS SÓNICOS Utiliza el mismo principio del método sísmico: mide la velocidad del sonido en las sondas penetradas por el pozo. Posee un emisor de ondas y un receptor. Se mide el tiempo de tránsito de dichas ondas. La herramienta se llama BHC. El objetivo principal del perfil sónico es la determinación de la porosidad de las rocas penetradas por el pozo (SPHI) a partir del tiempo de tránsito de las ondas. Mientras mayor es el tiempo de tránsito, menor es la velocidad, y por lo tanto, mayores la porosidad de la roca. La unidad de medidas el seg/m (100 – 500) ó el seg/pie (40 – 240).

3.3.2.3 REGISTROS RADIOACTIVOS

Proporcionan información acerca de las propiedades radiactivas de las rocas. Registro de Espectrometría (NGS) El registro de espectrometría o GR espectral sirve para determinar el tipo de arcillas que contiene una formación. Se basa en la relación de proporciones de los tres minerales radiactivos principales: potasio (K), torio (Th) y uranio (U). Las concentraciones K/Th ayudan a identificar el tipo de arcilla presentes en la formación, mientras que la concentración de U indican la presencia de materia orgánica dentro de las arcillas. Si se parte del principio que cada formación posee un tipo de arcilla característica, al registrarse un cambio en el tipo de arcilla por la relación (K / Th) se puede inducir que se produjo un cambio formacional. Por lo tanto el NGS puede utilizarse para estimar contactos formacionales. Rayos Gamma (Gamma Ray = GR) Se basa en la medición de las emisiones naturales de rayos gamma que poseen las rocas. Durante la meteorización de las rocas, los elementos radiactivos que estas contienen se desintegran en partículas de tamaño arcilla, por lo tanto laslutitas tienen emisiones de rayos gamma mayores que las arenas. Mientras mayores el contenido de arcilla de las rocas mayor es la emisión de GR de las mismas. Los minerales radiactivos principales son: el potasio (K), el torio (Th) y el uranio (U).

3.3.3 SONDEOS DIPOLARES Se tiene un Sondeo Eléctrico Dipolar (SED) cuando se obtienen valores de la resistividad aparente del subsuelo, utilizando cualquiera de los dispositivos mostrados en los gráficos anteriores, en función de la separación creciente entre dipolos, El procedimiento que se emplea es similar al aplicado en el método SEV. El método SED se desarrolló con el propósito de reemplazar las dificultosas mediciones de SEV profundos en los que las líneas de corriente son demasiado largas. Como el campo dipolar decrece con R3 (Ec. 138 y siguientes), sus requerimientos de energización son mayores.

El potencial de un dipolo Ubicado un dipolo de corriente AB en un sistema de coordenadas cartesianas y siendo b = AB
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