Perfilaje de Pozos

Perfilaje de pozos

Francisco López Campuzano

Ingeniero de Petróleos

Perfilaje

• Determinación de la composición de la roca

1. Matriz

2. Lutita, silt, arcilla

3. Fluidos

Perfilaje. Determinación de la composición dela roca

Matriz • Son todos los sólidos que constituyen la roca. Granos,

matriz, cemento, excluyendo arcillas • Una litología simple de matriz puede ser de un solo mineral

como calcita o cuarzo, o mas compleja de mas de un minerales

• Para un sedimentologo, matriz es el material continuo que rodea el grano mas grande o partícula de un sedimento o roca sedimentaria, de grano mas pequeño o mas fino; es el material en el cual la roca sedimentaria está envuelta

• La tabla adjunta resume características de registros de los principales minerales presentes en rocas sedimentarias

Perfilaje. Determinación de la composición de la roca

Lutita, silt, arcilla • Una lutita es una roca sedimentaria de grano

fino, formada por la consolidación de silt o arcilla, se caracteriza por ser una estructura finamente estratificada (0.1 – 04 mm)

• Diámetro de los granos: – Silt: 1/16 – 1/256 mm

– Arcilla: < 1/256 mm

Perfilaje. Determinación de la composición de la roca

Fluidos El arreglo de los granos de la roca,

generalmente deja espacios, poros y canales que se llenan con fluidos como agua, petróleo, gas, etc. Con excepción del agua, estos fluidos son pobres conductores de la electricidad, al igual que la mayoría de rocas secas. Por tanto las propiedades eléctricas de la roca son altamente influenciadas por agua que contienen

Perfilaje. Determinación de la composición de la roca. Fluidos

Porosidad Es el espacio vacío entre el material sólido que

compone la roca, también conocido como la capacidad de almacenamiento de fluidos que posee la roca

Φt = Vp/Vt Φe = Φp + Φs

Φp es porosidad primaria, intergranular o intercristalina, depende de la forma, tamaño y arreglo de los sólidos, se encuentra en las rocas clásticas


Porosidad

Φs es la porosidad secundaria, son espacios (vugs) creados por disolución de la matriz y fisuras o roturas presentes por fuerzas mecánicas, son comunes en rocas de origen químico u orgánico.


Porosidad (Φ) Porosidad interconectada (Φcon), son aquellos

poros que tienen comunicación entre sí. Porosidad potencial (Φpot), es la parte de la

porosidad interconectada en la cual el diámetro de los canales comunicantes es lo suficientemente grande como para permitir el flujo de los fluidos

Petróleo > 50 µm Gas > 5 µm


Resistividad y Conductividad

La resistividad (R) de una substancia es la medida de la oposición al paso de la corrriente eléctrica, se expresa en Ω-m2/m; un cubo que mide 1 m por lado con una R=1 Ω-m2/m, tendrá una resistencia de 1 Ω entre las caras opuestas.

La conductividad eléctrica (C) es la habilidad de conducir la electricidad, es el inverso de la resistividad y se expresa en milimhos/m

C= (mmho/m) = 1000/R (Ω-m2/m)



La conductividad puede ser:

a.- Electrónica, es propiedad de algunos sólidos como grafito, metales, hematita, pirita, galena

b.- Electrolítica, es propiedad del agua con sales disueltas; la conductividad de rocas sedimentarias es de origen electrilítico, la presencia de agua o mezcla agua-hc en los poros; la fase de agua debe ser continua para contribuir a la conductividad


Resistividad y Conductividad La resistividad de la roca depende de: a.- La resistividad del agua en los poros, que variará con la

naturaleza y concentración de sus sales disueltas b.- La cantidad de agua de agua presente; dependiendo

de la porosidad y saturación c.- Litología, la naturaleza y porcentaje de arcillas y trazas

de minerales conductivos d.- textura de la roca, distribución de poros, arcillas y

minerales conductivos e.- temperatura


Resistividad y Conductividad La resistividad puede ser anisotrópica en virtud de la estratificación de

la roca causada por ejemplo por la depositación de partículas elongadas, orientadas en la dirección de la corriente prevaleciente, esto crea canales preferenciales para el flujo de la corriente y de fluidos, por tanto la conductividad electrica no es la misma en todas direcciones.

Por definición la resistividad horizontal (Rh) sigue la dirección de las capas, y la resistividad vertical (Rv) perpendicular a ellas.

El coeficiente de anisotropía (λ) es: Λ = (Rv/Rh)^(1/2); que varia entre 1 y 2.5, generalmente Rv es mayor

que Rh. Las herramientas laterolog e Induccion miden Rh La resistividad promedia (mean) de una formación anisotrópica es: R = (Rh.Rv) ^1/2



La resistividad de un electrolito depende de la concentracion y tipo de las sales disueltas, mientras la concentración se incrementa la resistividad disminuye, hasta el punto en que sales no se disuelven mas y no son conductoras.

La salinidad mide la concentracion de sales disueltas, se miden en: ppm de solución, gr/lt del solvente; gr/lt de solución;

Rayos Gamma

Rayos Gamma

• La radiactividad natural es la desintegración y la conversión espontánea de los átomos de ciertos isotopos en otros isotopos, los productos de la desintegración o conversión, pueden ser estables o pueden derivar en otro deterioro hasta que un isotopo estable es creado finalmente. Una serie radiactiva se refiere a un grupo de isotopos incluyendo el radioisótopo inicial y todos sus derivados estables a no estables. La radiactividad esta acompañada por la emisión de partículas alpha o beta, rayos gama y la generación de calor.

• La radiación natural gamma es una forma de radiación espontánea emitida por ciertos núcleos atómicos inestables. Por definición las frecuencias de los rayos gamma se ubican entre 10^19 y 10^21 Hz.

• La radiación gamma puede ser considerada como una onda electromagnetica similar a luz visible o rayos X, como una partícula o fotón. Esta radiaciones tienen longitudes de onda entre 10^-9 y 10^-11 cm. La energía de los rayos gamma está en el orden de KeV (10^3 eV) o MeV (10^6 eV), expresado en electron-voltios.

• Usualmente emisiones alpha, beta y gamma son simultáneas, las partículas alpha y beta no penetran lo suficiente para ser detectadas por las tecnicas de perfilaje actual. Los rayos gamma tienen un alto poder de penetración y pueden ser detectadas por las herramientas actuales

Rayos Gamma

• La radiactividad gamma se expresa en :

– μg Ra equivalente/ ton metrica

– Unidades API (1/200 diferencia en la defleccion de la curva entre las zonas de baja y alta radiación en la piscina de calibración de rayos gamma del API en Houston)

• La relación entre las dos unidades generalmente es :

1 μg = 16.5 API

Rayos Gamma

• Minerales y rocas que contienen elementos radiactivos – Potasio – Uranio – Thorio

• Las principales rocas radiactivas son: – Arcillas – Sales potasicas – Esquistos bituminosos y aluniticos – Fosfatos – Arenas arkosicas y grauvacas, ricas en feldespatos , micas, zirconio,

fodfatos, etc. – Carbonatos ricos en materia orgánica o fosfatos – Carbones ricos en uranio – Rocas igneas ácidas como granito, sienita, riolita

Rayos Gamma

Medidores de radiación gamma

o Contador Geiger – Mueller

o Camara de ionización

o Contador de Scintillación

Radio de investigación

Los rayos gamma son absorbidos o atenuados por medio en el que viajan, en consecuencia las herramientas solo detectan radiación originada en una area relativamente pequeña alrededor del detector de forma esferoidal

Rayos Gamma

Factores que afectan la respuesta

• Variaciones estadísticas.- Los fenómenos radiactivos son random, pero varían alrededor de un valor medio

(mean)

• Velocidad de grabación.- usualmente 30 pies/min

• Condiciones del agujero:

– Tipo, volumen, densidad , composición del fluido del hoyo

– Presencia de tubería, cemento, etc

– Espesor de la capa, si este es menor al diámetro de la esfera de investigación, dará valores erróneos

– Posición de la herramienta, centrada o descentrada

Rayos Gamma

Aplicaciones o Evaluación de la litología.- Arcillas, evaporitas, uranio o Estimación del contenido de arcilla en rocas reservorio: Vsh < (Vsh)GR = (GR – Grmin) / (GRsh - Grmin) o Correlaciones pozo – pozo. Definición de

inconformidades o Sedimentología.- Cambios de GR con profundidad provee

información de la evolución del tamaño de grano o Control de profundidad para operaciones de producción (

disparos, pruebas, asentamiento de herramientas) o Evaluación de perfiles de inyección, fugas en el

revestimiento, seguimiento de trazadores radiactivos

Rayos Gamma

Rayos Gamma

Temas a investigar

1. Profundidad de penetración de partículas alpha, beta y gamma

2. Valores de radiación alpha, beta y gamma en arcillas

3. Profundidad de investigación de detectores de rayos gamma

4. Variaciones estadísticas de la radiación gamma

Herramientas para medir la resistividad

La medición de la resistividad de la formación es fundamental para la evaluación de la saturación de hidrocarburos.

El principio básico es un emisor (electrodo o bobina) que envía una señal sea corriente eléctrica o campo electromagnético a la a formación y un receptor mide la respuesta de la misma a cierta distancia del emisor, generalmente un aumento de la separación entre emisor y receptor resulta en un incremento en la profundidad de investigación sin embargo la resolución vertical se ve afectada


Herramientas de espaciamiento largo de mediana a larga lectura son:

• ES.- Medida convencional eléctrica, con arreglos de electrodos normal y lateral (o inverso)

• IL.- Inducción

• LL.- laterolog

• SFL.- registro esférico enfocado

Los 3 últimos son enfocados y por tanto menos sensibles a las condiciones del agujero


• Las herramientas microresistivas están ensambladas en patines que se pegan a la formación, tienen pequeños radios de investigación no tienen mayor influencia del fluido del pozo pero si les afecta la costra disminuyendo la señal, estos registros son:

• ML.- microlog (normal y lateral) • MLL.- microlaterolog • PL.- Microproximity log • MSFL.- Microesférico enfocado log • HDT.- Dipmeter de alta resolución La resolución vertical obtenida por estos registros

microresistivos es mucho mas fina que aquella de los de espaciamiento mas largo


La combinación de herramientas de lectura profunda, media y somera, nos permiten evaluar Rt, Rxo y di.

• Herramientas de espaciamiento largo no

enfocadas – Principio de medición: un electrodo A de un solo

punto envía corriente en un medio homogéneo infinito a receptor remoto B. La corriente se irradia uniformemente en todas direcciones y las superficies de equipotencial serán esferas concéntricas a partir de A.


• Herramientas de espaciamiento largo no enfocadas (cont.) – Si el potencial a la distancia r desde A es V(r), la diferencia

dV entre dos equipotenciales dr es: – -dV = (RI / 4πr^2) dr Donde: I = corriente total fluyendo R = Resistividad del medio Rdr / 4πr^2 = resistencia entre las dos superficies Integrando entre r y el infinito, potencial 0, queda: R = (V/I) / 4πr R = (4πr^2/I) (dV/dr)


• Herramientas de espaciamiento largo no enfocadas (cont.) – Configuración normal El electrodo de medida está situado cerca del electrodo A, una corriente

constante I fluye de A al remoto B, el potencial VM de M es medido con respecto al electrodo de referencia N ( a potencial 0) con un voltimetro, en teoría N debería estar en superficie, fenómenos inductivos requieren que se lo ubique en el pozo pero a una distancia de M mucho mayor que la de A

VM = RI / 4πAM 4πAM = Kn, coeficiente de la herramienta normal R = Kn ΔV/I Por tanto una grabación continua de VM en una escala adecuada, es un

logaritmo de la resistividad; hay dos espaciamientos convencionales AM para la normal:

AM = 16” normal corta AM = 64” normal media


• Herramientas de espaciamiento largo no enfocadas (cont.) Configuraciones lateral e inversa.- En la configuración lateral, dos electrodos de medida M y N es ubican cerca

junto bajo A; la diferencia ΔV entre las superficies de equipotencial esférico en las que están M y N se deriva:

VM = RI / 4πAM VM = potencial al electrodo M

La misma ec aplica para el electrodo N ΔV = RI (MN/ 4πAMAN

KL = / 4πAMAN R = KL (ΔV/I)

La resistivida dela formación R es proporcional a ΔV si la corriente es constante En la práctica, el electrodo de regreso B se ubica dentro del pozo y se usa una configuración

modificada , pero inversa equivalente; el par de electrodos A – B toma el lugar de M –N, sin embargo por el principio de reciprocidades la relación de resistividades se mantiene, con la medida del electrodo N lejos de M.


Radio de investigación

Normal.- En un medio homogéneo isotrópico, el 50% de la caída de potencial ocurre dentro de la esfera de radio AM, 90% dentro de un radio 10AM, para la normal de 16” solamente el 10% de la señal viene de la formación mas allá de 160” de A.

El radio de investigación ( en el cual ha ocurrido una caída de potencial del 50% arbitrario) es por tanto igual al doble del espaciamiento AM, de igual manera la resolución vertical es 2 AM


Radio de investigación lateral e inversa.- El radio de investigación de la lateral es

aproximadamente igual a A0, la mayor parte de la señal viene de la parte mas lejana de la esfera; para la inversa es M0

En la realidad el medio de transmisión no es homogéneo, la señal depende de la geometría y resistividad delas zonas no homogéneas, el agujero, costra de lodo, zona invadida y zona virgen, sin embargo se pueden aseverar as siguientes consideraciones:

• E radio de investigación es mayor que el mayor espaciamiento del arreglo de electrodos

• Para un configuración de electrodos específica, el radio de investigación será menor cuando la formación es mas resistiva que el lodo

• Para un espaciamiento dado, el arreglo normal investiga mas profundo que uno lateral o inverso.

Adiciionalmente hay procedimientos de correcciones ambientales (gráficos


Forma de la curva de resistividad aparente

• Normal.- – Capas resistivas gruesas ( h>AM).- La curva a es

simétrica al medio de la capa, sin embargo los puntos de inflección en las pendientes superior e inferior dan un espesor aparente de la capa menor al real por una distancia igual a AM, El valor pico de Ra dependerá del agujero y de efectos de la invasión y en menor grado de h.



• Normal.- – Capas resistivas delgadas ( h<AM ).- la respuesta b

refleja una capa aparentemente conductiva, esta respuesta invertida es mayor para resistividades altas

– Capas muy resistivas gruesas (h>AM).- Es el caso de anhidrita, sal o capas carbonatadas apretadas , si el electrodo N está en superficie, la respuesta es una curva simétrica en forma de campana, si está en el fondo es triangulare.


Forma de la curva de resistividad aparente • Normal.-

– Capas conductivas ( h<AM).- Mientras mas delgada la capa, mas dificil es de distinguirla de las capas adiacentes c

• Curvas lateral e inversa.- – Capas resistivas gruesas (h>AO), la curva a no es simétrica

respecto a la capa y puede tomar formas complejas. Cuando M y N (lateral) entra en la capa, solo una pequeña parte del potencial es medido, la mayor parte de la corriente se refleja hacia la lutita adjunta, una vez que A entra en la capa la resistividad es muy cercana a la verdadera, conforme M y N salen la diferencia de potencial cae rapidamente a un valor un poco mayor que el de la capa adiacente



• Curvas lateral e inversa.-

– Capas resistivas delgadas (h<AO), la respuesta b no es simétrica y la verdadera resistividad nunca se obtiene, el máximo se obtiene cuando N se acerca al limite inferior porque la corriente fluye en la lutita superior y no en la inferior y la diferencia de potencial es el máximo entre M y N



• Curvas lateral e inversa.-

– Capas muy resistivas gruesas(h>>AM), muestran una respuesta asimétrica triangular e

– Capas conductivas, la respuesta asimétrica produce un espesor aparente muy grande por la distancia AO c y d


Herramientas enfocadas de espaciamiento largo

Estas herramientas mejoran en mayor o menor grado la limitaciones ES en:

a. Capas delgadas, h similar al espaciamiento

b. Agujero, columna de lodo y zona invadida

c. Las tablas de corrección disponibles no son 100% efectivas

d. Limites de capas son difíciles de definir con precisión



Inducción (IL)

Un oscilador produce una corriente alterna de alta frecuencia en la bobina emisora, el campo electromagnético resultante induce un anillo de corriente coaxial horizontal en la formación que lo rodea (efecto Foucault), cada uno de estos anillos genera su propio campo electromagnético, el campo total es detectado por una bobina receptora , el campo electromagnético resultante es proporcional al flujo magnético. Como la corriente de la bobina emisora de frecuencia y amplitud es constante, la intensidad de la corriente inducida en la formación es proporcional a la conductividad y por tanto al campo electromagnético resultante inducido en la bobina receptora


Herramientas enfocadas de espaciamiento largo Inducción (IL) El factor geométrico.- Una primera aproximación a la respuesta de

la herramienta se puede hacer considerando el caso ideal de una herramienta perfectamente centrada con dos bobinas opuestas a una formación isotrópica de extensión infinita

e = KgC Donde e = cem en voltios en la bobina receptora g = factor geométrico para el anillo elemental C = conductividad del anillo K = constante para cada configuración de la sonda


Herramientas enfocadas de espaciamiento largo Inducción (IL) El factor geométrico.- K = (πμ^2 ƒ^2 IE SE SR) / L En donde: ƒ = frecuencia de la corriente del emisor (cps) I = intensidad de corriente del emisor (amp) L = espaciamiento de las bobinas

SE, SR = area de la superficie de la bobina serpenteante (emisora o receptora) (m^2)

μ = permeabilidad magnética de la formación (henry/m) El registro de inducción mide E/K que es la conductividad aparente de la

formación Ca = CaGa + Cb Gb + …) Ga + Gb + …. = 1



Inducción (IL)

El radio de investigación, punto de medida, definición vertical.- el punto de medida es el punto medio del espaciamiento emisor - receptor

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