4_spectroscopy.pdf

36 Oilfield Review

Espectroscopa de alta definicin: Determinacin de la complejidad mineralgica

Las herramientas de espectroscopa de rayos gamma de captura miden las concen-

traciones de determinados elementos presentes en las rocas de fondo de pozo.

A partir de estos datos, los petrofsicos pueden derivar las propiedades mineralgi-

cas, litolgicas y de la matriz. Las primeras herramientas de espectroscopa carecan

de la sensibilidad espectral necesaria para derivar el carbono orgnico total; una

medicin importante para la comprensin de los recursos no convencionales. Una

nueva herramienta proporciona el contenido de carbono total, a partir del cual se

pueden determinar las concentraciones de carbono orgnico. Adems, la herramienta

posee la capacidad para resolver litologas complejas con un nivel de precisin

jams logrado.

Las rocas comprenden una diversidad de minera-les y fluidos. Muchos procesos se combinan para formar las mezclas complejas que se encuentran en el subsuelo, lo que incluye los mecanismos de transporte que aportaron los sedimentos y frag-mentos de rocas al lugar donde yacen actual-mente, el calor y la presin aplicados durante el sepultamiento y la litificacin subsiguiente, y una diversidad de fuerzas internas y externas que actan en las rocas. Mediante la utilizacin de

herramientas de espectroscopa de fondo de pozo, tambin conocidas como herramientas geoqumi-cas, los gelogos pueden revelar la composicin de las formaciones sedimentarias, metamrficas e gneas y comprender mejor su estratigrafa, mine-raloga, diagnesis y potencial hidrocarburfero.

En los primeros tiempos de la adquisicin de registros de pozos, los gelogos y petrofsicos desa-rrollaron modelos para ayudar a identificar la pre-sencia de hidrocarburos, estimar su volumen y

Manuel AboudRob BadryCalgary, Alberta, Canad

Jim GrauSusan HerronCambridge, Massachusetts, EUA

Farid HamichiJack HorkowitzSugar Land, Texas, EUA

James HemingwayHouston, Texas

Robin MacDonaldSaudi AramcoAl-Khobar, Arabia Saudita

Pablo SaldungarayAl-Khobar, Arabia Saudita

Don StachiwNorthern Cross (Yukon) Ltd.Calgary, Alberta

Christian StollerPrinceton Junction, Nueva Jersey, EUA

Richard E. WilliamsBHP BillitonHouston, Texas

Traduccin del artculo publicado en Oilfield Review Primavera de 2014: 26, no. 1. Copyright 2014 Schlumberger.CMR-Plus, ECS, ELANPlus, GST, Litho-Density, Litho Scanner, Minitron, Platform Express, RST, SpectroLith y TerraTek HRA son marcas de Schlumberger.LECO es una marca de LECO Corporation.

1. Para obtener ms informacin sobre la ecuacin de saturacin de agua de Archie, consulte: Archie GE: The Electrical Resistivity Log as an Aid in Determining Some Reservoir Characteristics, Petroleum Transactions of AIME 146 (1942): 5462.

2. Durante muchos aos, estas palabras, o una frase similar, aparecan en los registros impresos proporcionados por la mayora de las compaas de servicios.

3. Para obtener ms informacin sobre los PNGs utilizados como fuentes de neutrones, consulte: Allioli F, Cretoiu V, Mauborgne M-L, Evans M, Griffiths R, Haranger F, Stoller C, Murray D y Reichel N: Una nube de rayos gamma provee la densidad de la formacin durante la perforacin, Oilfield Review 25, no. 2 (Diciembre de 2013): 415.

Oilfield Review SPRING 14Litho Scanner Fig. openerORSPRNG 14 LTHOSCNR opener

Volumen 26, no.1 37

determinar la produccin potencial. Los modelos de saturacin, tales como los descritos en las ecua-ciones propuestas por Gus Archie, modificados pos-teriormente para dar cuenta de la influencia de la lutita, normalmente asumen la presencia de for-maciones isotrpicas homogneas.1 Estos mtodos proporcionan resultados razonables a la hora de calcular las saturaciones de hidrocarburos en yacimientos convencionales; no obstante, para determinar el potencial de petrleo y gas de los yacimientos complejos y de los recursos no con-vencionales, los petrofsicos reemplazaron los modelos simples por tcnicas que requieren una mayor comprensin de la composicin y la mine-raloga de las rocas.

En el laboratorio, los cientficos disponen de una diversidad de instrumentos para escudriar la estructura de las rocas. Mediante la utilizacin de estas herramientas, pueden determinar la com-posicin qumica y mineral de las rocas, conjeturar sobre sus orgenes y su diagnesis, y establecer relaciones empricas de las propiedades de las rocas que afectan la generacin, acumulacin y produccin de hidrocarburos. En el ambiente de fondo de pozo y en palabras que resultan familia-res para la mayora de los petrofsicos, Todas las interpretaciones son opiniones basadas en infe-rencias derivadas de mediciones elctricas o de otro tipo.2 No obstante, a medida que avanzan las tecnologas y las tcnicas, las compaas de servi-cios estn proporcionando numerosas mediciones de calidad de laboratorio, obtenidas con herra-mientas colocadas en el extremo de un cable metlico o fijadas en la columna de perforacin.

Las mediciones espectroscpicas, que son cruciales para comprender las rocas yacimiento complejas y los recursos no convencionales, fue-ron utilizadas por los cientficos en los laborato-rios durante varias dcadas. Las herramientas de espectroscopa de fondo de pozo se encuentran disponibles desde su introduccin en la dcada de 1980, pero el servicio de espectroscopa de alta definicin Litho Scanner, recin introducido, proporciona datos geoqumicos con un nivel de precisin y exactitud nunca antes disponible en el fondo del pozo. La herramienta obtiene medi-ciones de un mayor nmero de elementos que los detectables con herramientas previas e incluye una medicin exacta del carbono, a partir de la cual se puede derivar el contenido de carbono orgnico total (TOC). Para la comprensin de los recursos no convencionales tales como las lutitas petrolferas y gasferas, el TOC es crucial.

Este artculo examina la teora bsica de las mediciones espectroscpicas y el desarrollo de herramientas de espectroscopa de rayos gamma inducidos por la captura de neutrones, incluidos los avances registrados en materia de mediciones espectroscpicas introducidas por la herramienta Litho Scanner. Algunos casos de estudio de un pozo exploratorio del rtico, un recurso petrolfero de EUA y un recurso no convencional con una litologa compleja de Medio Oriente demuestran las diver-sas aplicaciones de los datos espectroscpicos.

Espectroscopa: Captacin de la complejidadEn la industria del petrleo y el gas, se utilizan dos familias de herramientas de espectroscopa de

fondo de pozo: las herramientas de espectroscopa de rayos gamma naturales y los servicios de espec-troscopa de rayos gamma inducidos por la captura de neutrones. Los geocientficos utilizan principal-mente las herramientas de espectroscopa de rayos gamma para cuantificar las concentraciones de torio, potasio y uranio natural presentes en las rocas, mediante la medicin del nivel de energa de los rayos gamma emitidos a medida que estos elementos radioactivos decaen. A partir de estos datos, los analistas de registros estiman el tipo de arcilla, cuantifican los efectos de los minerales radioactivos en las mediciones de rayos gamma naturales e identifican los depsitos radioactivos.

La espectroscopa de rayos gamma inducidos por la captura de neutrones, que es una tcnica de medicin ms integral que la de las herramientas de espectroscopa de rayos gamma, proporciona las concentraciones de los elementos ms comunes que se encuentran en los minerales y en los fluidos de las rocas yacimiento y las rocas generadoras (rocas madre). Una herramienta de espectroscopa de rayos gamma inducidos por la captura de neutro-nes registra los efectos transitorios de algunos microsegundos a algunos milisegundos de dura-cin de formaciones bombardeadas con neutro-nes provenientes de una fuente: ya sea un generador electrnico de neutrones pulsados (PNG) o bien una fuente radioisotpica de americio [241Am] y berilio [9Be] [AmBe] (arriba).3 Las fuentes qumi-cas AmBe utilizadas para la adquisicin de registros de fondo de pozo (perfilaje) producen un nmero de neutrones relativamente estable con un nivel de energa predecible. En comparacin con las fuentes

>Neutrones provenientes de un generador de neutrones pulsados (PNG) y de una fuente radioisotpica de Americio-Berilio [AmBe]. Los PNGs (extremo superior izquierdo) son aceleradores autnomos de partculas que producen neutrones a partir de una reaccin de fusin (extremo inferior izquierdo). Los neutrones se emiten con un nivel alto de energa cintica de aproximadamente 14 MeV de los 17,6 MeV totales liberados. La salida tpica de un PNG es de 3 108 neutrones. Por otro lado, las fuentes AmBe generan neutrones como subproductos de reacciones nucleares (derecha). Las fuentes AmBe contienen una combinacin de americio [241Am] y berilio [9Be]. Cuando el 241Am decae al estado excitado del neptunio [237Np*] el * denota un estado excitado emite partculas alfa (a) de 5,5 MeV. Para alcanzar su estado fundamental final, el 237Np* excitado emite un rayo gamma de 60 keV (g). Una fraccin pequea de las partculas alfa del 241Am reacciona con el 9Be, lo que produce un estado excitado del carbono [13C*], que emite neutrones de 4 MeV (n) para alcanzar un estado excitado del 12C*. El 12C* alcanza su estado estable a travs de la emisin de un rayo gamma de alta energa (aproximadamente 4,4 MeV). Una fuente AmBe tpica genera 4 107 neutrones.

Oilfield Review SPRING 14Litho Scanner Fig. 1ORSPRNG 14 LTHOSCNR 1

n (4 MeV, promedio)

Reaccin de la fuente de Americio-Berilio

Blanco

Alimentacinde altatensin Controles

Alimentacinprincipal

Interruptor

Fuente de iones

Generador de neutrones pulsadosn

Deuterio2H

Tritio3H 4He

Helion

Neutrn E (17,6 MeV)

nnp+n np+

n np+ p++ + +

Energacintica

241Am

9Be 13C* 12C* 12C

237Np* 237Np

(60 keV)

(4,4 MeV) (5,5 MeV)

38 Oilfield Review

AmBe, los PNGs generan muchos ms neutrones y con niveles de energa mucho ms elevados, pero su resultado puede variar con la tempera-tura, la potencia de la herramienta y los aos del PNG. A diferencia de las fuentes AmBe, que siem-pre generan neutrones, cuando se remueve la ener-ga elctrica de los PNGs, la generacin de neutrones cesa.

Las herramientas de espectroscopa de labora-torio, tales como los espectrmetros de difraccin de rayos X (XRD) y de fluorescencia de rayos X (XRF), bombardean las muestras de rocas con rayos X o rayos gamma y miden las emisiones resultantes. Para determinar la mineraloga, los tcnicos utili-zan dispositivos XRD y para efectuar el anlisis elemental, utilizan equipos XRF. En el laboratorio, los equipos XRF pueden medir ms elementos que las herramientas de fondo de pozo. Sin embargo, el subconjunto de elementos medidos en el fondo del pozo incluye los elementos comunes formado-res de minerales, que son suficientes para que los gelogos determinen la composicin mineral-gica de la mayora de las rocas yacimiento y las rocas generadoras.

Los primeros registros geoqumicos fueron generados mediante la combinacin de medicio-nes de diversas herramientas existentes. A fines

de la dcada de 1980, los cientficos del Centro de Productos de Schlumberger en Houston, con el apoyo de los investigadores del Centro de Investigaciones Doll de Schlumberger en Ridgefield, Connecticut, EUA, combinaron los datos de una herramienta de rayos gamma naturales NGT, una herramienta de espectrometra de rayos gamma GST y una herramienta de activacin del aluminio para la arcilla AACT.4 A partir de esos datos, computaron las concentraciones elementales simples para los siguientes elementos: aluminio [Al], calcio [Ca], hierro [Fe], gadolinio [Gd], potasio [K], azufre [S], silicio [Si], torio [Th], titanio [Ti] y uranio [U]. Estas concentraciones elementales proporciona-ron informacin sobre la mineraloga y la compo-sicin de las rocas.

Si bien las primeras herramientas geoqumi-cas proporcionaban a los gelogos informacin sobre la geoqumica de las rocas, las herramien-tas de primera generacin padecan de ciertas limitaciones inherentes, tales como velocidades lentas de perfilaje, falta de combinabilidad con otras herramientas de perfilaje, degradacin tanto de la calidad como de la resolucin de las medicio-nes en ambientes de fondo de pozo, la incapacidad para diferenciar el carbono orgnico del inorg-nico, y falta de sensibilidad con respecto a ciertos

elementos que son esenciales para la comprensin de litologas complejas. Por ejemplo, los gelogos utilizan el magnesio [Mg] para diferenciar la dolo-ma de la calcita y, con las herramientas de genera-cin previa, era difcil obtener una medicin precisa del Mg.

Muchos gelogos y petrofsicos consideran que los datos derivados de los registros geoqumi-cos son cruciales para la caracterizacin precisa de las rocas yacimiento, pero las herramientas no fueron incluidas a nivel universal en los conjun-tos tradicionales de herramientas de evaluacin

> La vida de un neutrn y la dispersin de neutrones. Tanto las fuentes electrnicas (PNG) como las tradicionales (radioisotpicas) emiten neutrones de alta energa. Los neutrones del PNG utilizado en la herramienta Lihto Scanner poseen una energa cintica inicial de aproximadamente 14 MeV, en tanto que las fuentes AmBe emiten neutrones con una energa de alrededor de 4,4 MeV (izquierda). Estos neutrones rpidos alcanzan el nivel de energa trmica (aproximadamente 0,025 eV) rpidamente. Durante esos primeros microsegundos, antes de que su energa disminuya por debajo de 1 MeV, los neutrones experimentan interacciones inelsticas (extremo superior derecho). La dispersin inelstica de neutrones se produce cuando los neutrones rpidos de alta energa colisionan con, pasan cerca de, o son absorbidos por, los ncleos atmicos. El ncleo, ahora excitado, emite rayos gamma inelsticos para volver a un estado desexcitado. La captura neutrnica (extremo inferior derecho) tiene lugar cuando los neutrones trmicos son absorbidos por los ncleos atmicos. El tomo de captura genera rayos gamma para volver a un estado desexcitado.


102

104

106

100

200 400102

Ener

ga

neut

rni

ca, e

V

Fuente electrnica

Alta energa

Energa epitrmica

Energa intermedia

Fuente tradicional

Energa neutrnicaque sale de la fuente

Regininelstica

Neutrones con energa trmica

Emisin derayos

gamma decaptura

Ncleodesexcitado

Ncleodesexcitado

Energatrmica

promedio0,025 eV

Tiempo, s

Rayo gammade captura

Neutrntrmico

Captura de neutrones

n

Ncleoexcitado

Ncleoexcitado

n

n

Dispersin inelsticade neutrones

Rayos gammainelsticos

4. Hertzog R, Colson L, Seeman B, OBrien M, Scott H, McKeon D, Wraight P, Grau J, Ellis D, Schweitzer J y Herron M: Geochemical Logging with Spectrometry Tools, SPE Formation Evaluation 4, no. 2 (Junio de 1989): 153162.

5. Para obtener ms informacin sobre la herramienta ECS, consulte: Barson D, Christensen R, Decoster E, Grau J, Herron M, Herron S, Guru UK, Jordn M, Maher TM, Rylander E y White J: Espectroscopa: La clave para la obtencin de respuestas petrofsicas rpidas y confiables, Oilfield Review 17, no. 2 (Verano de 2005): 1433.

6. Las fuentes radioisotpicas de neutrones emiten neutrones con niveles de energa del orden de 4 millones de eV y producen generalmente 4 107 neutrones. Los PNGs emiten neutrones con energas de alrededor de 14 millones de eV y producen generalmente 30 107 neutrones y valores superiores. Los neutrones trmicos se definen como aqullos que poseen una energa de 0,025 eV.

Volumen 26, no.1 39

por numerosos motivos, tales como el hecho de que las herramientas eran largas, no podan com-binarse con otros servicios y deban correrse en forma lenta; adems, la informacin poda obte-nerse de datos de ncleos. La aplicacin de la herramienta de espectroscopa de captura ele-mental ECS para la exploracin del gas de lutitas revolucion el servicio.5 Dada su capacidad para suministrar la composicin mineralgica de las rocas, en los programas de adquisicin de regis-tros se inclua frecuentemente una herramienta geoqumica para la evaluacin de yacimientos no convencionales y el diseo de las terminaciones.

Elementos de la espectroscopa de captura de neutronesDe los numerosos tipos de radiacin nuclear, dos resultan de particular inters para las mediciones espectroscpicas; los rayos gamma y los neutrones. Los rayos gamma son similares a los rayos X y a la luz visible y constituyen la forma de mayor energa de la radiacin electromagntica. La luz visible posee un rango de longitud de onda de aproxima-damente 400 a 700 nm; los rayos gamma, con longi-tudes de onda de mucho menos de 1 nm, exhiben un rango de frecuencias. Las longitudes de ondas habituales en las mediciones de fondo de pozo son de aproximadamente 0,001 nm. Sin embargo, los rayos gamma no se describen normalmente por su longitud de onda, sino por su nivel de energa, expresado en electrn-voltios (eV) o en las unida-des ms grandes de keV (miles de eV) y MeV (millones de eV).

Las herramientas de espectroscopa de neu-trones inducidos cuentan los rayos gamma a tra-vs de un rango de bins de energa discreta: el espectro de rayos gamma. En esencia, miden las energas de los rayos gamma inducidos artificial-mente, emitidos por los elementos presentes en la formacin que han sido bombardeados con los neutrones rpidos de alta energa proporcionados por la herramienta. Estos neutrones colisionan con otras partculas y pierden energa rpida-mente hasta que finalmente alcanzan un nivel de energa trmica de aproximadamente 0,025 eV. Dado que los neutrones son similares en masa al protn simple del hidrgeno, la mxima transfe-rencia de energa y el frenado ms rpido del neutrn se producen a partir de las colisiones entre los neutrones y los tomos de hidrgeno (pgina anterior).6

Los neutrones trmicos finalmente son absor-bidos capturados por los ncleos atmicos de los diversos elementos que se encuentran en la formacin, el pozo y la herramienta. Estos ncleos ahora excitados emiten rayos gamma aludidos como rayos gamma de captura porque son un

producto de la captura de neutrones para vol-ver a su estado de energa estable ms baja. Los rayos gamma de captura poseen niveles de energa que son caractersticos del elemento desde el que se emiten. La dispersin elstica y la captura final pueden producirse en un lapso que oscila entre decenas y cientos de microsegundos. La mayora de las herramientas de fondo de pozo de espectroscopa de captura neutrnica, se basan en mediciones de rayos gamma de captura, inducidos por neutrones.

Antes de alcanzar el nivel de energa trmica, los neutrones de alta energa que an no han sido frenados significativamente pueden producir reacciones inelsticas. Las reacciones inelsticas difieren de la dispersin elstica y se producen en aproximadamente un microsegundo despus

del bombardeo neutrnico. Estas interacciones se caracterizan por los ncleos atmicos que se exci-tan cuando se encuentran con neutrones con nive-les de energa superiores a 1 MeV. Durante las interacciones inelsticas, los neutrones pueden chocar con un ncleo atmico, transferir energa a ese ncleo y luego emerger con una energa reducida, o el neutrn rpido puede ser absorbido despus de chocar con una partcula subatmica del ncleo. Al igual que con la captura neutrnica, los ncleos se excitan con estos encuentros y emi-ten uno o ms rayos gamma para volver a un estado desexcitado; no obstante, los rayos gamma prove-nientes de reacciones inelsticas poseen niveles de energa especficos que difieren de los de los rayos gamma de captura inducidos por neutrones para el mismo elemento (arriba).

> Espectros de rayos gamma. La mayora de las herramientas de adquisicin de registros (perfilaje) de espectroscopa de rayos gamma de captura neutrnica utilizan rayos gamma de captura para determinar las proporciones elementales. Despus de absorber los neutrones trmicos, los ncleos atmicos emiten rayos gamma de captura con energas caractersticas. Por ejemplo, el silicio [Si] (extremo superior izquierdo) emite rayos gamma con diversas energas de emisin, si bien 3,5 y 4,8 MeV son las ms probables. El espectro completo de rayos gamma de captura (extremo inferior izquierdo) es la combinacin de las contribuciones de todos los elementos que se encuentran generalmente en el fondo del pozo. Los rayos gamma inelsticos se generan cuando los neutrones rpidos aqullos con energas superiores a 1 MeV interactan con los ncleos de la formacin, el lodo y la herramienta y producen la emisin de rayos gamma. Estos rayos gamma inelsticos poseen un espectro de energa (extremo inferior derecho) similar al espectro de rayos gamma de captura, aunque difiere en cuanto a las energas caractersticas. La energa de los rayos gamma inelsticos del Si (extremo superior derecho) es de aproximadamente 1,8 MeV. La herramienta Litho Scanner aprovecha ambos espectros, lo que proporciona una resolucin mejorada para algunos elementos, tales como el Mg y el Fe, y agrega otros, tales como el C, del que no se dispone a partir del espectro de captura. El efecto de fondo de la herramienta de captura (CTB, extremo inferior izquierdo) y el efecto de fondo de la herramienta inelstica (ITB, extremo inferior derecho) son contribuciones a las mediciones de la herramienta y al ambiente del pozo detectado durante la adquisicin espectral.

C


Al

Energa de rayos gamma

Energa de rayos gamma, MeV Energa de rayos gamma, MeV0 2 4 6 8 100 2 4 6 8 10

Espectro de rayos gamma inelsticosEspectro de rayos gamma de captura

Captura, Si Rayos gamma inelsticos, Si

Energa de rayos gamma

Ca

Mg MgS Ti

O

Si

Al Ca Fe S ITBFeKGdH Cl Si CTB

Cont

eos

Prob

abili

dad

40 Oilfield Review

Slo las herramientas basadas en el uso de PNGs pueden distinguir con precisin entre los efectos de la captura y las interacciones inelsticas de neu-trones, pero no todas las herramientas basadas en el uso de PNGs pueden obtener esta medicin. Para medir las interacciones inelsticas, el gene-rador de neutrones debe ser activado y desacti-vado rpidamente, emitiendo pulsos de neutrones de alta energa. Por otra parte, para la obtencin

de mediciones exactas, el pulso debe exhibir una forma de emisin repetible, bien definida, lo que significa que las emisiones de neutrones poseen una salida idntica y constante para cada pulso de neutrones. La mayora de las herramientas espectroscpicas, incluida la herramienta ECS, detecta los rayos gamma provenientes de reaccio-nes inelsticas pero no puede determinar con exactitud las proporciones elementales deriva-

das de estas mediciones. Algunas herramientas de adquisicin de registros de fondo de pozo pueden ofrecer datos cualitativos de dispersin inelstica, pero sin el hardware y las tcnicas de medicin para aprovechar las interacciones inelsticas, las mediciones cuantitativas no son posibles.

Las mediciones obtenidas a partir de las inte-racciones inelsticas son menos sensibles a los efectos ambientales que las de las interacciones de captura. Por ejemplo, el cloro [Cl] posee una alta seccin eficaz de captura de neutrones trmicos y puede reducir significativamente el nmero de neutrones trmicos disponibles para ser captura-dos por otros elementos.7 La reduccin de la agru-pacin de neutrones trmicos disponibles para la captura incrementa la variabilidad estadstica de la medicin. Dado que las mediciones inelsticas no son afectadas por los absorbedores de neutro-nes, pueden servir para mejorar la resolucin o la precisin de algunos datos de captura en presen-cia de niveles de Cl elevados.

La herramienta Litho Scanner utiliza rayos gamma de captura para determinar las concen-traciones de Al, Ca, Fe, Gd, K, S, Si y Ti, como lo hacen otras herramientas, pero tambin cuanti-fica las concentraciones de bario [Ba], Cl, hidr-geno [H], Mg, manganeso [Mn], sodio [Na] y metales, tales como el cobre [Cu] y el nquel [Ni]. La herramienta utiliza datos inelsticos princi-palmente para cuantificar el carbono [C] y el Mg (arriba, a la izquierda). Con una medicin exacta del Mg, los petrofsicos pueden diferenciar la calcita [CaCO3] de la doloma [CaMg(CO3)2]. La medi-cin exacta del C es crucial para determinar los niveles del TOC.

Ocultamiento en los espectrosLa mayora de las herramientas de adquisicin de registros de rayos gamma de fondo de pozo utilizan detectores de cristales de centelleo. Cuando un rayo gamma encuentra el cristal del detector, la energa de ese rayo gamma se convierte en un destello de luz de all el nombre de centelleo y la magnitud del pulso de luz es proporcional a la energa transferida al cristal por el rayo gamma incidente. Un tubo fotomultiplicador convierte el destello de luz en corriente, a la que amplifica muchas veces antes de transmitirla a los dems componentes electrnicos, donde la seal analgica es amplificada posteriormente y se convierte en un valor digital. La amplitud de la seal es determinada con un analizador de ampli-tud de impulsos, y estos datos se combinan con todos los otros pulsos que llegan al detector para producir un espectro de rayos gamma (izquierda).

> Elementos determinados a travs de la espectroscopa de rayos gamma de captura e inelsticos. (Adaptado de Radtke et al, referencia 9.)

Oilfield Review SPRING 14Litho Scanner Fig. Chart 1ORSPRNG 14 LTHOSCNR Chart 1

Elemento Nombre del elemento Captura Inelstico

Aluminio

Bario

Carbono

Calcio

Cloro

Cobre

Hierro

Gadolinio

Hidrgeno

Potasio

Magnesio

Manganeso

Sodio

Nquel

Oxgeno

Azufre

Silicio

Titanio

Al

Ba

C

Ca

Cl

Cu

Fe

Gd

H

K

Mg

Mn

Na

Ni

O

S

Si

Ti

> Detector de centelleo. Los rayos gamma ingresan en el cristal de centelleo (extremo superior izquierdo), produciendo un destello de luz. La intensidad del destello est relacionada directamente con la energa transferida al cristal por los rayos gamma incidentes. El tubo fotomultiplicador recibe la luz, la convierte en corriente, amplifica la corriente a travs de una serie de dinodos y transmite la seal para la amplificacin, la conformacin y el anlisis de amplitud de impulsos adicionales (extremo superior derecho). La informacin proveniente de todos los rayos gamma se combina y los conteos se representan grficamente en funcin de los niveles de energa discreta (extremo inferior derecho).

Amplificacin, conformacinde pulsos y analizador

de amplitud de impulsos


Tubofotomultiplicador (PMT)

Fotoctodo Dinodos nodo

Energa de rayos gamma, MeV0

0,01

0,1

1

10

100

2 4 6 8

Cont

eo d

era

yos

gam

ma

EmisinluminosaCristal de centelleoRayos gamma

Volumen 26, no.1 41

En la mayora de las herramientas de adquisi-cin de registros de rayos gamma convenciona-les, se utilizan cristales de yoduro de sodio [NaI] dopados con talio [Tl] como detectores. Si bien el cristal de NaI es robusto, ni su eficiencia ni su resolucin son suficientes para separar los espec-tros de todos los elementos pretendidos. La herra-mienta ECS utiliza un cristal de germanato de bismuto [Bi4Ge3O12], o BGO, que, debido a su alta densidad y nmero atmico, produce un espectro nico de rayos gamma. No obstante, el centella-dor de BGO es sensible a la temperatura; su res-puesta espectral se ampla y pierde definicin o resolucin a temperaturas elevadas. La herra-mienta Litho Scanner utiliza un cristal de bro-muro de lantano dopado con cerio [LaBr3:Ce], que posee un tiempo de decaimiento rpido que posibilita altas tasas de conteo y proporciones estables hasta 200C [400F]. La emisin lumi-nosa del cristal es 50% ms brillante que la de los cristales de NaI, que es la referencia para los cris-tales centelladores; a temperatura ambiente, su brillo es un orden de magnitud mayor que el de los cristales de BGO. La utilizacin del centellador de LaBr3:Ce marca un incremento significativo en la capacidad para detectar y contar los rayos gamma, y, por consiguiente, cuando se combina con el alto rendimiento neutrnico de un PNG, consti-tuye un avance importante en la adquisicin de registros de espectroscopa.

Para resultar de utilidad para los petrofsicos, el espectro de rayos gamma medido con las herra-mientas de espectroscopa debe traducirse en una mineraloga relevante, proceso que implica mltiples pasos. El primero consiste en la adqui-

sicin del espectro de rayos gamma, que es una medida de los conteos de rayos gamma en fun-cin de los bins de energa, segn lo determinado con el detector de centelleo. Despus de registrar la respuesta espectral, el espectro debe ser con-vertido a proporciones elementales.

Cada elemento detectado por la herramienta posee un carcter nico o estndar elemental (arriba). Estos caracteres nicos elementales pue-den ser utilizados para descomponer los espectros medidos totales que se corrigen primero por los factores ambientales y electrnicos que los dis-torsionan en las contribuciones de los estnda-res elementales. En el caso de la herramienta Litho Scanner, estos estndares fueron estableci-dos en las formaciones de prueba en el Centro de Calibracin de Efectos Ambientales de Houston.

Para obtener las fracciones en peso de los ele-mentos y generar modelos mineralgicos de la formacin, los cientficos aplican el modelo de cierre de xidos al conjunto de datos.8 El modelo de cierre asume que la roca seca consiste en un conjunto de xidos o compuestos, la suma de las proporciones de todos los xidos debe equivaler al 100% o la unidad. Este requerimiento de cierre produce un factor de normalizacin nico en cada nivel de profundidad, que a su vez es apli-cado a las proporciones espectrales relativas para producir las concentraciones en peso seco de ele-mentos especficos.9

Las proporciones en peso seco de los elemen-tos se convierten luego en mineraloga y litologa utilizando programas de software de modelado. El procesamiento litolgico SpectroLith para las herramientas de espectroscopa es un ejemplo

de ello. Se trata de un modelo emprico desarrollado a partir de cientos de mediciones de laboratorio obtenidas en tipos de rocas conocidos.10 El anlisis avanzado de registros multiminerales ELANPlus es otra tcnica. Este programa de anlisis com-puta el volumen poroso y la mineraloga de la formacin ms probable en base a los datos de

7. La seccin eficaz de captura neutrnica es una medicin relativa de la probabilidad de que un ncleo capte un neutrn, y posee la unidad barn (1 barn = 1024 cm2). De los elementos que se encuentran normalmente en el fondo del pozo, el Cl es uno de los ms receptivos para la absorcin de neutrones trmicos, por lo que posee una seccin eficaz de captura alta de 35 barns. La seccin eficaz de captura de neutrones trmicos es baja para los otros elementos comunes en el fondo del pozo, tales como O (0,00019 barns), C (0,0035 barns), Si (0,17 barns) y Ca (0,43 barns). Su baja seccin eficaz de captura es una de las razones por las que las concentraciones de C se determinan utilizando interacciones inelsticas.

8. Los minerales sedimentarios contienen xidos simples o mltiples. El cuarzo [SiO2], la calcita [CaCO3] y la doloma [CaMg(CO3)2] son algunos ejemplos. Los minerales de arcilla tambin pueden ser tratados como mezclas complejas de xidos. La illita {(K,H3O) (Al,Mg,Fe)2(Si,Al)4O10[(OH)2,(H2O)]} y la montmorillonita [(Na,Ca)0.33(Al,Mg)2(Si4O10)(OH)2nH2O] son algunos ejemplos. Las concentraciones se expresan como % en peso; la masa y no el volumen de cualquier elemento dado contribuye al espectro.

Para obtener ms informacin sobre el mtodo de cierre de xidos, consulte: Grau JA, Schweitzer JS, Ellis DV y Hertzog RC: A Geological Model for Gamma-Ray Spectroscopy Logging Measurements, Nuclear Geophysics 3, no. 4 (1989): 351359.

9. Radtke RJ, Lorente M, Adolph B, Berheide M, Fricke S, Grau J, Herron S, Horkowitz J, Jorion B, Madio D, May D, Miles J, Perkins L, Philip O, Roscoe B, Rose D y Stoller C: A New Capture and Inelastic Spectroscopy Tool Takes Geochemical Logging to the Next Level, Transcripciones del 53er Simposio Anual de Adquisicin de Registros de la SPWLA, Cartagena, Colombia, 16 al 20 de junio de 2012, artculo AAA.

10. Radtke et al, referencia 9.

> Estndares elementales y calibracin de la herramienta. Los ingenieros caracterizaron la herramienta Litho Scanner en el Centro de Calibracin de Efectos Ambientales de Schlumberger en Houston. La herramienta se coloc en losas de rocas de formacin (izquierda) y en formaciones simuladas, preparadas en el laboratorio (derecha), con una composicin geoqumica y litolgica conocida. Se derivaron estndares para 18 elementos, utilizando espectroscopa de captura, y para 13 elementos utilizando espectroscopa inelstica (centro, no mostrados en su totalidad). Estos estndares constituyen la base para el cmputo de las proporciones elementales.

Cont

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Energa de rayos gamma, MeV Energa de rayos gamma, MeV Energa de rayos gamma, MeV

Estndares de captura Estndares de captura Estndares inelsticos

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42 Oilfield Review

entrada de diversas herramientas, incluidos los resultados Litho Scanner (arriba). Los gelogos pueden utilizar el conocimiento de los tipos de rocas previstos para guiar el software de modelado hacia la solucin mineralgica correcta.

Desarrollo de la herramienta Litho Scanner Los datos de espectroscopa de captura inducida por neutrones demostraron su valor en la carac-terizacin de litologas complejas tanto en yaci-mientos convencionales como en recursos no convencionales. No obstante, los petrofsicos que utilizan estos datos reconocieron algunas de las limitaciones de las primeras herramientas espec-troscpicas. Los ingenieros y cientficos de Schlumberger trabajaron durante muchos aos para desarrollar una herramienta espectrosc-pica para abordar estas inquietudes y corregir los problemas que afectan la exactitud y la precisin de los datos.

Dado que los espectros brutos medidos con la herramienta constituyen la base sobre la que se asienta toda la dems informacin, los ingenieros buscaron una alternativa con respecto a los detec-tores de BGO utilizados en la herramienta ECS, los detectores de ortosilicato de gadolinio (GSO)

[Gd2SiO5] utilizados en la herramienta de control de saturacin del yacimiento RST y los detectores de NaI empleados en muchas otras herramientas. Uno de los principales motivos operacionales del reemplazo de los detectores de BGO es su sensi-bilidad a la temperatura. Los cristales de BGO se encuentran sellados en un recipiente Dewar y se enfran con dixido de carbono [CO2] para mante-ner la temperatura interna de la herramienta por debajo de 60C [140F] durante toda la operacin de adquisicin de registros. El rendimiento del cristal de BGO se reduce significativamente con la temperatura; cuando la temperatura del cristal supera los 60C grados, la emisin luminosa es demasiado baja para la obtencin de mediciones aceptables derivadas de los registros. Esto limita de manera severa la utilizacin de la herramienta ECS en los procesos prolongados de adquisicin de registros, tales como las operaciones con herramientas bajadas con la columna de perfora-cin o con tractores.

Los ingenieros de diseo de Schlumberger optaron por un detector de rayos gamma LaBr3:Ce de gran dimetro para ser utilizado en la herra-mienta Litho Scanner. En comparacin con los cris-tales de NaI y BGO, este centellador posee un

tiempo de respuesta de un orden de magnitud ms rpido. La respuesta ms rpida posibilita altas tasas de conteo, lo que mejora la precisin de la herramienta respecto de la de otros dispositivos.

> Rendimiento de neutrones estables y rpidos. El mtodo de ctodos calientes utilizado por el PNG Minitron proporciona una respuesta rpida cuando se aplica corriente al PNG y un decaimiento an ms rpido cuando se interrumpe la energa. Esta salida controlada repetible permiti a los ingenieros de diseo desarrollar la medicin inelstica que complementa la espectroscopa tradicional de rayos gamma de captura de neutrones.


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Tiempo, s-2 0 2 4 6 8 10

> Desde la adquisicin hasta la interpretacin. Los datos de los rayos gamma de captura y de los inelsticos (izquierda) son adquiridos con la herramienta Litho Scanner. Mediante la utilizacin de los estndares elementales establecidos para la herramienta, el desdoblamiento espectral convierte los datos en proporciones elementales (centro, a la izquierda). El software computa las fracciones elementales en peso de estas proporciones elementales en base al modelo de cierre de xidos (centro, a la derecha). Los programas de anlisis elemental convierten las proporciones o las fracciones en peso en mineraloga (derecha, carril 1). Adems, la herramienta Litho Scanner mide directamente el carbono, a partir del cual se computa el TOC (carril 2). Los petrofsicos pueden utilizar la densidad de la matriz computada a partir de las fracciones elementales en peso y corregida por el TOC (carril 3) para mejorar las propiedades computadas, tales como la densidad y la porosidad.

C

Oilfield Review SPRING 14Litho Scanner Fig. 6 ORSPRNG 14 LTHOSCNR 6

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Desdoblamiento espectral Proporciones elementales

Cierre de xidos Fracciones elementales en peso

Interpretacin Minerales Carbono orgnico total (TOC) Propiedades de la matriz

Adquisicin espectral Inelstica Captura

Volumen 26, no.1 43

La emisin ms brillante, en comparacin con la de los centelladores de NaI y BGO, se traduce en una resolucin espectral mejorada. El centella-dor de LaBr3:Ce posee una respuesta estable entre 0C y 150C [32F y 300F], e incluso a ms de 150C, la emisin luminosa no se reduce signi-ficativamente (arriba).

Durante el desarrollo de la herramienta Litho Scanner, los ingenieros tambin se enfocaron en la fuente neutrnica. El PNG de la herramienta Litho Scanner incluye un tubo PNG Minitron que utiliza

una tecnologa patentada de ctodos calientes para producir emisiones ntidas de 8 s con tiempos de subida y cada de 400 ns (pgina anterior, abajo). La respuesta rpida de este generador de neutrones permite la separacin precisa de las interacciones inelsticas y de captura. Diseado para una tempe-ratura de 175C [350F], el PNG es capaz de produ-cir 3 108 neutrones; este alto rendimiento aprovecha todas las capacidades de conteo rpido del centellador de LaBr3:Ce ya que la tasa de conteo puede exceder los 2,5 millones de conteos/segundo.

Los ingenieros disearon un nuevo tubo foto-multiplicador de ltima generacin que puede manejar las altas tasas de conteo que ahora son posibles a partir de la combinacin del centellador de LaBr3:Ce con el nuevo PNG. La herramienta Litho Scanner tiene incorporados componentes electrnicos especiales para procesar las seales de alto rendimiento a fin de evitar el apilamiento, con-dicin en la cual se produce el arribo de un nmero mayor del que puede ser separado por el detector o

> Comparaciones de los centelladores de cristales. En las herramientas de adquisicin de registros de rayos gamma, se utilizan diversos tipos de cristales de centelleo; el cristal de NaI es el ms comn debido a su robustez y su bajo costo. En la herramienta ECS, se utiliza un centellador de BGO. Para la herramienta Litho Scanner, los ingenieros escogieron el centellador LaBr3:Ce debido a sus cualidades superiores comparadas con las de otros centelladores. El rpido tiempo de respuesta del centellador LaBr3:Ce basado en el tiempo de decaimiento primario comparado con el de otros detectores (extremo superior izquierdo) se traduce en mayor eficiencia y una capacidad de conteo superior. La emisin luminosa relativa es estable entre 0C y 175C [32F y 350F] (extremo inferior izquierdo), lo que constituye una mejora indudable con respecto al centellador de BGO, que puede operar slo hasta unos 60C [140F] para que el rendimiento no caiga por debajo de un nivel utilizable. La emisin luminosa del detector de LaBr3:Ce es superior a la de los cristales de NaI o de BGO. Adems, el detector de cristal de LaBr3:Ce es ms inmune a la degradacin trmica que otros detectores (derecha). Los picos claramente definidos para los estndares elementales a temperatura ambiente (extremo superior derecho, verde) son similares a aqullos correspondientes a una temperatura de 150C (extremo inferior derecho). La respuesta de los estndares elementales para los cristales de BGO utilizados en la herramienta ECS (roja) se ampla y pierde definicin a 60C.


Propiedad BGO

BGO

LaBr3:Ce

LaBr3:Ce

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Estndar de la herramienta Litho Scanner Estndar de la herramienta ECS

LaBr3:Ce a 150C, BGO a 60C

44 Oilfield Review

los componentes electrnicos (derecha).11 La utili-zacin de procesadores de seales rpidas para manipular la carga evita la distorsin espectral producida por los arribos de rayos gamma casi coincidentes. Con el acoplamiento del centellador, el PNG, los componentes electrnicos de fondo de pozo y el procesamiento de seales, se logra una resolucin espectral sin precedentes. La combina-cin de todas estas mejoras da como resultado la herramienta Litho Scanner: un servicio de espec-troscopa de rayos gamma de captura neutrnica de tercera generacin de alta definicin.

La espectroscopa, las rocas y el TOCDebido al incremento del desarrollo de los recur-sos no convencionales, la capacidad para cuanti-ficar el TOC en las rocas ricas en contenido orgnico es quizs una de las caractersticas ms importantes de la nueva herramienta. El TOC es el % en peso de carbono orgnico que reside en el espacio poroso de las rocas. El TOC incluye el car-bono presente en el quergeno, el bitumen y otros hidrocarburos slidos, voltiles y lquidos entrampados en el espacio poroso. El quergeno es la materia orgnica insoluble a partir de la cual se generan los hidrocarburos.

La densidad del quergeno es levemente supe-rior a la de los fluidos que rellenan el espacio poroso; si utilizan solamente mediciones de la den-sidad volumtrica, a los petrofsicos les resulta difcil la diferenciacin entre el volumen poroso relleno con fluidos y la presencia de bitumen inmvil en los poros o de quergeno en estruc-tura de las rocas. El cmputo de la porosidad ver-dadera de las lutitas ricas en contenido orgnico requiere la eliminacin de los hidrocarburos sli-dos de la medicin de la porosidad, lo cual puede lograrse con datos precisos del TOC combinados con otras mediciones, tales como las obtenidas con las herramientas de resonancia magntica.

Para la exploracin de las lutitas ricas en con-tenido orgnico, los gelogos y petrofsicos apun-tan como objetivo a las formaciones que poseen valores del TOC oscilantes entre 1,5 y 10, como % en peso. Las rocas con un porcentaje en peso supe-rior a 10 del TOC a partir del quergeno exclusiva-mente se consideran normalmente demasiado inmaduras para el desarrollo.12 Los valores del TOC se obtienen habitualmente en base a muestras de ncleos, utilizando una tcnica de combustin en la que el carbono inorgnico se remueve con cido fosfrico. El material de muestra remanente se combustiona en un ambiente rico en oxgeno y el CO2 resultante se mide en una celda de deteccin infrarroja, tal como el analizador de carbono LECO. Una de las limitaciones de la determinacin

del TOC a partir de ncleos es que es posible que la muestra de ncleo no sea representativa del resto del yacimiento; el TOC puede variar conside-rablemente a travs de una seccin de yacimiento, cuyo espesor puede oscilar entre decenas e incluso cientos de metros.

La herramienta Litho Scanner ofrece una medicin continua del carbono a partir de la cual se pueden computar los datos del TOC. Un con-junto de datos continuos del TOC constituye una opcin econmicamente ms efectiva y estadsti-camente ms precisa que la medicin del TOC en cientos de muestras de ncleos. Muchas tcnicas derivadas de registros tales como los mtodos de Schmoker y logR han sido utilizadas para estimar el valor del TOC.13 El grado de incertidum-bre asociado con las diversas tcnicas de medicin indirecta puede ser alto y la mayora requiere la calibracin con datos de ncleos (prxima pgina).

Los analistas de registros utilizan la compo-nente del carbono de las mediciones espectrales inelsticas obtenidas con la herramienta Litho Scanner para cuantificar el TOC. La medicin del carbono a partir de la formacin incluye tanto el carbono inorgnico (el carbono de los minerales)

como el carbono orgnico. El primero puede ser cuantificado asignndolo a las mediciones del cal-cio y el magnesio, que se asocian con la calcita y la doloma; la cantidad de carbono alojado en estas rocas puede ser computada cuantificando primero estas fracciones en peso de los elementos. En cier-tos casos, el calcio y el magnesio pueden asociarse con minerales distintos de los carbonatos. Para abordar esos casos, se ha desarrollado un amplio conjunto de mediciones Litho Scanner de la matriz de la roca. Otros minerales menos comunes con carbono inorgnico, que pueden encontrarse en la exploracin de petrleo y gas, son la siderita [FeCO3], la rodocrosita [MnCO3] y la anquerita [Ca(Fe, Mg, Mn)(CO3)]. Las herramientas Litho Scanner miden las concentraciones elementales necesarias para la correccin por la presencia de estos minerales que contienen carbono.14

Por consiguiente, el carbono remanente puede ser considerado de naturaleza orgnica y es equi-valente al TOC. El carbono orgnico determinado con esta tcnica incluye el carbono presente en el quergeno, el bitumen y cualquier hidrocar-buro slido, petrleo y gas natural existente en el volumen poroso.

> Distorsin por apilamiento. Cuando al detector llegan ms rayos gamma de los que pueden ser contados, se produce apilamiento y el resultado es la distorsin espectral. El problema es ms evidente durante las tasas de conteo altas (rojo) que durante las bajas (azul). Dado que la herramienta Litho Scanner utiliza un PNG con un alto rendimiento neutrnico y un detector de LaBr3:Ce eficiente, el apilamiento es ms pronunciado durante las mediciones de espectros de respuesta inelstica. Se han desarrollado algoritmos para eliminar la degradacin por apilamiento del espectro de campo en base a la tasa de conteo (prpura).


Energa de rayos gamma, MeV

Alta tasa de conteoBaja tasa de conteoCorregida por apilamiento

Herramienta Litho Scanner, ejemplo de una caliza de porosidad cero

Cont

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0 1 2 3 4 5 6 7 98 10

Volumen 26, no.1 45

Correccin por los fluidos del pozo Los fluidos del pozo constituyen otro contribui-dor potencial de carbono para el TOC computado. La determinacin del TOC en pozos perforados con sistemas de lodo a base de agua (WBM) es bastante directa. En ausencia de aditivos a base

de compuestos orgnicos, el carbono orgnico computado a partir de mediciones obtenidas con herramientas puede asociarse con hidrocarburos slidos, lquidos o gaseosos. Los aditivos de un sistema WBM pueden contribuir a la medicin del carbono total, por lo que a menudo se aplica

una correccin constante para su compensacin. Los sistemas de lodo a base de aceite (OBM) plan-tean un desafo diferente y la aplicacin de una com-pensacin constante quizs no siempre da cuenta de la contribucin del pozo, que es sensible al tamao y la forma de ste y a los efectos ambientales.

11. El apilamiento se produce cuando llegan al detector ms rayos gamma de los que pueden ser resueltos por el sistema. Debido a la alta potencia del PNG utilizado en la herramienta Litho Scanner, el apilamiento puede resultar problemtico durante el procesamiento de los rayos gamma inelsticos. Si la respuesta del sistema al apilamiento puede ser caracterizada, la condicin puede ser corregible.

12. Alexander T, Baihly J, Boyer C, Clark B, Waters G, Jochen V, Le Calvez J, Lewis R, Miller CK, Thaeler J y Toelle BE: Revolucin del gas de lutitas, Oilfield Review 23, no. 3 (Marzo de 2012): 4056.

13. Gonzlez J, Lewis R, Hemingway J, Grau J, Rylander E y Schmitt R: Determination of Formation Organic Carbon Content Using a New Neutron-Induced Gamma Ray Spectroscopy Service That Directly Measures Carbon, Transcripciones del 54o Simposio Anual de Adquisicin de Registros de la SPWLA, Nueva Orlens, 22 al 26 de junio de 2013, artculo GG.

Para obtener ms informacin sobre la tcnica de Schmoker, consulte: Schmoker JW: Determination of Organic-Matter Content of Appalachian Devonian Shales from Gamma-Ray Logs, AAPG Bulletin 65, no. 7 (Julio de 1981): 12851298.

Para obtener ms informacin sobre el mtodo logR, consulte: Passey QR, Bohacs KM, Esch WL, Klimentidis R y Sinha S: From Oil-Prone Source Rocks to Gas-Producing Shale ReservoirGeologic and Petrophysical Characterization of Unconventional Shale-Gas Reservoirs, artculo SPE 131350, presentado en la Conferencia y Exhibicin Internacional del Petrleo y el Gas de las CPS/SPE en China, Beijing, 8 al 10 de junio de 2010.

14. Gonzlez et al, referencia 13.

> Comparacin de mtodos para determinar el TOC. Se han desarrollado varias tcnicas para cuantificar el carbono orgnico indirectamente a partir de los registros de pozos. El mtodo de Schmoker utiliza los registros de densidad, y el logR se basa en datos snicos y de resistividad. Los registros (izquierda) comparan las salidas continuas correspondientes a los valores del TOC, obtenidos con los mtodos de Schmoker (carril 1, azul), Litho Scanner (carril 2, prpura) y logR (carril 3, tostado), con los valores del TOC medidos en los ncleos (puntos rojos). Los tres mtodos se muestran juntos para una comparacin directa (carril 4). Las grficas de interrelacin (derecha) comparan el % en peso del TOC calculado con el % en peso del TOC medido en los ncleos. Los datos del TOC obtenidos con la herramienta Litho Scanner (centro a la derecha) concordaron significativamente con los valores del TOC medido en los ncleos, especialmente en las rocas con alto % en peso del TOC.


0

TOC obtenidocon el mtodo Schmoker

TOC medidoen los ncleos



TOC obtenido con elservicio Litho Scanner


TOC obtenidocon el mtodo LogR


TOC obtenidocon el mtodo Schmoker

TOC obtenido conel mtodo Schmoker


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TOC medido en losncleos, % en peso

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XX 050

46 Oilfield Review

Los cientficos del Centro de Investigaciones Doll de Schlumberger, trabajando en colaboracin con los ingenieros de campo para hallar una solu-

cin para la contribucin del OBM al TOC, descu-brieron que la correlacin entre la contribucin del carbono del pozo y el TOC no es una relacin

lineal simple. Dado que la composicin del lodo en el pozo puede variar considerablemente desde la profundidad final (TD) hasta la superficie, la apli-cacin de una correccin de compensacin simple puede no ser vlida. Sin embargo, los investigado-res lograron desarrollar un algoritmo de correc-cin que se prob con xito tanto en los sistemas OBM como en los sistemas WBM.

Este nuevo mtodo computa una compensacin emprica por la presencia de carbono a partir de la medicin Litho Scanner del carbono como una fun-cin de la geometra del pozo determinada en base a los datos del calibrador. Luego, el software deter-mina un factor de correccin para normalizar los resultados para el sistema de lodo especfico. A los fines de computar esta correccin final, es prefe-rible un calibre con X-Y, especialmente en las secciones de pozo con propensin a la ovalidad o al ensanchamiento.15 La correccin se aplica en cada marco de profundidad (izquierda). Esta tc-nica demostr recientemente su utilidad en un pozo de exploracin del rtico, en Yukn, Canad.

La exploracin en el rticoLas comunidades indgenas del rtico Canadiense supieron de la existencia de manaderos de petr-leo en esa regin durante siglos y utilizaron la brea proveniente de stos para impermeabilizar sus botes de pesca.16 Pero el primer campo de petrleo del rtico Canadiense se descubri recin en el ao 1974.17 En el pasado reciente, el petrleo, en vez del gas natural, era el principal objetivo de la exploracin en el rtico debido a su portabilidad; sin embargo, hoy en da, se le ha sumado el gas natural como objetivo.18 Northern Cross (Yukn) Ltd. puso en marcha una campaa para explorar activamente la regin de Eagle Plain en el norte del territorio del Yukn, en Canad, una cuenca de ms de 5 000 km2 [2 000 mi2] de exten-sin (prxima pgina). Segn especula Northern Cross, la cuenca Eagle Plain aloja el mayor poten-cial de petrleo y gas de todas las cuencas terres-tres de la regin del Yukn.

La regin del rtico constituye un ambiente riguroso para las operaciones de perforacin y exploracin. A diferencia de las localizaciones con climas ms moderados, las vastas reas del rtico han experimentado poca o ninguna actividad de per-foracin debido a dificultades de ndole logstica. A travs de toda la extensin de la cuenca Eagle Plain, previo a la campaa de exploracin de Northern Cross, slo se haban perforado 34 pozos y su perforacin tuvo lugar mayormente en las dcadas de 1960 y 1970. Los datos ssmicos exis-tentes eran levantamientos 2D convencionales adquiridos antes de muchos de los avances regis-trados recientemente en materia de tcnicas 3D

> Correccin del TOC por la contribucin del pozo. Los mtodos iniciales de compensacin por las contribuciones de los fluidos del pozo al TOC aplicaban una compensacin constante a los resultados del TOC, pero estos mtodos son sensibles a los cambios producidos en la geometra del pozo. Por ejemplo, el TOC computado con una compensacin constante (carril 1, negro) generalmente refleja el tamao efectivo del pozo (magenta) cuando el pozo se ensancha (se desmorona). Dado que la integridad del pozo a menudo es difcil de mantener durante las operaciones de perforacin en lutitas, pueden surgir problemas de calidad de los datos. Al reconocer esta limitacin, los cientficos de Schlumberger desarrollaron un mtodo ms efectivo de compensacin por las contribuciones del sistema de lodo al TOC. Este mtodo computa la contribucin al TOC en una seccin del pozo en calibre, utiliza calibres de ejes X-Y para modelar los pozos ensanchados con mayor precisin y aplica una compensacin realista, profundidad por profundidad. El TOC computado con el nuevo mtodo (carril 2, azul) ya no refleja la geometra del pozo. El sombreado amarillo indica la diferencia entre el mtodo de correccin con compensacin constante (curva gris) y el de correccin con compensacin por el pozo (curva azul).


Prof., m Diferencia de correccin

X X00

X X50

X Y00

TOC medido en los ncleos

TOC obtenido con el servicioLitho Scanner (compensacin constante)

TOC obtenido con el servicioLitho Scanner (compensacin por el pozo)

0 % 20

0 % 20

0 % 20

Tamao efectivo del pozo

TOC obtenido con el servicioLitho Scanner (compensacin constante)

200 mm 325

2,5 % 20

Volumen 26, no.1 47

15. Para medir el dimetro del pozo se utilizan diversas variedades de calibres. Un calibre X-Y mide el dimetro del pozo con dos series de brazos posicionados con una separacin de 90 entre s y describe la geometra del pozo con ms precisin que los calibres de un solo eje.

16. Canadas Arctic, Alberta Online Encyclopedia, Canadas Petroleum Heritage, http://www.albertasource.ca/petroleum/industry/historic_dev_canada_arctic.html (Se accedi el 24 de marzo de 2014).

17. Algunos historiadores consideran que los Pozos de Norman descubiertos alrededor del ao 1910 a 65 16 52 de latitud N en el Territorio del Noroeste, constituyeron el primer campo petrolero rtico de Canad, si bien se encuentra ubicado justo al sur del Crculo Polar rtico, que es la lnea de definicin del rtico de Canad a 66 33 44 de latitud N. Como referencia, la cuenca Eagle Plain, en el territorio del Yukn, en Canad, se extiende por el Crculo Polar rtico.

18. Para obtener ms informacin sobre la exploracin en el rtico, consulte: Bishop A, Bremner C, Laake A, Strobbia C, Parno P y Utskot G: El potencial petrolero

de alta resolucin. Basados en los programas de perforacin previos, los ingenieros de Northern Cross saban que la cuenca era geolgicamente compleja y que la perforacin a travs de ciertas secciones, incluidas las lutitas ricas en materia orgnica, planteaba dificultades operacionales.

Northern Cross apunt como objetivo a las for-maciones que contenan yacimientos convenciona-les y recursos no convencionales. La cuenca posee un importante potencial de trampas estructurales y estratigrficas que pueden proporcionar opor-tunidades para la produccin de hidrocarburos convencionales. Para la fase de exploracin ini-cial, la compaa operadora planific seis pozos, cuatro de los cuales haban sido perforados para fines de 2013. Debido a su proximidad con res-pecto a la Autopista Dempster, tres pozos son accesibles todo el ao y ya han sido perforados. Pero como sucede con muchos pozos perforados en el norte de Canad, las otras tres localizaciones slo son accesibles en los meses de invierno; una de estas localizaciones fue perforada durante la temporada de perforacin 20122013.

Adems de los problemas logsticos atribui-dos al clima, los operadores que exploran en el rtico se enfrentan con otros desafos. A la hora de desarrollar programas de anlisis petrofsicos,

los gelogos deben decidir qu herramientas y tcnicas deben ser utilizadas para evaluar mejor los pozos exploratorios. Estos gelogos deben encarar una tarea abrumadora, especialmente en los yacimientos complejos como los de la cuenca Eagle Plain, porque existen pocos pozos con con-juntos de datos convencionales para la correla-cin y poca informacin de ltima generacin sobre la geologa del subsuelo. La adquisicin de todos los datos econmicamente posibles consti-tuye la norma y a menudo incluye la extraccin

de ncleos convencionales.19 Pero stos son pozos exploratorios en zonas escondidas y no existe nin-gn pozo vecino que ofrezca orientacin sobre qu intervalos muestrear. Para evitar el costo de extraer ncleos de rocas sin potencial de produc-cin, los ingenieros de Schlumberger sugirieron el empleo de un conjunto tradicional de herra-mientas de adquisicin de registros complemen-tado con datos obtenidos con la herramienta Litho Scanner. Estos datos podran procesarse luego utilizando el servicio de anlisis de rocas heterogneas TerraTek HRA para determinar los puntos ptimos de extraccin de ncleos latera-les obtenibles con una herramienta de extrac-cin de ncleos rotativos.20

La salida del software TerraTek HRA se utiliza normalmente para determinar las propiedades geomecnicas de las rocas, pero adems permite agrupar tipos de rocas similares.21 Los ingenieros y gelogos utilizaron la funcin de tipificacin de las rocas para seleccionar las profundidades de extraccin de ncleos rotativos, asegurando de ese modo que los tipos de rocas pretendidos estu-vieran representados en el programa de mues-treo y evitando a la vez el sobremuestreo en rocas con propiedades similares. Adems, los gelogos utilizaron los datos del TOC obtenidos con la herramienta Litho Scanner para ayudar a definir de manera ms exhaustiva los puntos de extrac-cin de ncleos. Dado que los pozos fueron perfo-rados con un sistema de lodo a base de agua, cualquier zona convencional que exhibiera valo-res elevados del TOC deba corresponderse con la presencia de hidrocarburos en el espacio poroso y evaluarse posteriormente.

Dado que el procesamiento se llev a cabo en tiempo real, los gelogos pudieron interrelacio-nar las rocas identificadas a partir de los datos Litho Scanner como rocas con un alto contenido del TOC e identificaron tipos de rocas de calidad prospectiva superior en base al software TerraTek

> La exploracin en las regiones del rtico. Northern Cross (Yukn) Ltd. est explorando un rea cerca del Crculo Polar rtico en Yukn, Canad. Previo a la actividad reciente del operador, slo se haban perforado 34 pozos en el permiso exploratorio de 5 000 km2 que posee la compaa en la cuenca Eagle Plain. Las condiciones rigurosas existentes en y alrededor del Crculo Polar rtico limitan la temporada de perforacin y pueden incrementar potencialmente los costos de exploracin y desarrollo. (Fotografa, cortesa de Don Stachiw.)


C A N A D

Y u k n

Eagle Plain

C rcu lo Po la r r t i co

Polar r t i co

C rcu lo

del rtico: Desafos y soluciones, Oilfield Review 22, no. 4 (Junio de 2011): 3650.

19. Para obtener ms informacin sobre la extraccin de ncleos convencionales, consulte: Andersen MA, Duncan B y McLin R: Los ncleos en la evaluacin de formaciones, Oilfield Review 25, no. 2 (Diciembre de 2013):1627.

20. Para obtener ms informacin sobre la extraccin de ncleos laterales rotativos, consulte: Agarwal A, Laronga R y Walker L: Extraccin de ncleos laterales: El tamao importa, Oilfield Review 25, no. 4 (Junio de 2014): 3445.

21. Para obtener ms informacin sobre la tcnica TerraTek HRA, consulte: Surez-Rivera R, Deenadayalu C, Chertov M, Hartanto RN, Gathogo P y Kunjir R: Improving Horizontal Completions on Heterogeneous Tight Shales, artculo CSUG/SPE 146998, presentado en la Conferencia de Recursos No Convencionales de Canad, Calgary, 15 al 17 de noviembre de 2011.

48 Oilfield Review

HRA (arriba). Se extrajeron ncleos laterales con herramientas rotativas y la recuperacin fue consi-derada excelente tanto en calidad como en cantidad. Los datos derivados del programa de extraccin de ncleos de calidad superior con herramientas rotati-

vas ayudaron a confirmar los resultados de la herra-mienta Litho Scanner y proporcionaron informacin litolgica similar en calidad a la obtenible de ncleos enteros, sin los costos y las ineficiencias operaciona-les asociadas con la extraccin de ncleos conven-

cionales. Adems, el operador evit el costo que implica la extraccin de ncleos convencionales en intervalos de poco inters.

Mientras se procesaban los datos Litho Scanner durante la evaluacin inicial de los registros, los petrofsicos observaron ciertos resultados enigm-ticos; algunos intervalos exhiban valores elevados del TOC donde no se esperaba. Estos intervalos se correspondan generalmente con ensanchamien-tos (derrumbes) del pozo, lo que indicaba que la fuente del carbono orgnico era el sistema de lodo. Una revisin del informe de lodos revel al ele-mento responsable de esos altos valores. En algu-nos pozos, el ingeniero de lodos ocasionalmente utilizaba un aditivo a base de lignito para mejorar el rendimiento de la perforacin. El lignito, un car-bn de baja calidad, es una fuente de carbono org-nico y su presencia explicaba las lecturas elevadas. El aditivo no se dispersaba de manera uniforme en los pozos y no se encontraba presente en todos los intervalos. Los investigadores de Schlumberger haban desarrollado una tcnica de correccin por el pozo para dar cuenta del carbono orgnico presente en los sistemas de lodo a base de aceite y los ingenieros la utilizaron para la correccin por la presencia de lignito, resolviendo el problema.

Adems de los efectos de los aditivos de lodo observados por los analistas de registros a cargo de la evaluacin de estos pozos del rtico, los problemas operacionales relacionados con la perforacin afectaban los programas de adquisi-cin de registros. Durante el transcurso de la per-foracin de dos de los pozos de exploracin, se adquirieron registros en agujero descubierto pre-vio a una profundidad de entubacin planificada. Al perforar a mayor profundidad, el operador experiment dificultades en una seccin de luti-tas que requera una tcnica conocida como per-foracin con tubera de revestimiento, en la cual la barrena y el motor de lodo se fijan en la tubera de revestimiento. Se perfora el intervalo, y en vez de ser extrada del pozo cuando el equipo de per-foracin alcanza la TD, la tubera de revesti-miento se cementa en su lugar.22

Los petrofsicos y gelogos de Schlumberger y Northern Cross adquirieron datos con el servicio Litho Scanner en la seccin entubada. Si bien los datos espectroscpicos pueden ser adquiridos en pozo entubado, la influencia del acero y el cemento presente por detrs de la tubera de revesti-miento genera desplazamientos en los datos que requieren correcciones. Aunque no existan regis-tros adquiridos en agujero descubierto en la sec-cin perforada con tubera de revestimiento para la comparacin, ciertas porciones de la seccin entubada se superponan con algunos intervalos

> La herramienta Litho Scanner como alternativa a la extraccin de ncleos convencionales. Debido al costo y la eficiencia de la perforacin, la extraccin de ncleos convencionales quizs no sea una eleccin ideal para los pozos de exploracin del rtico; los escasos datos de pozos vecinos proporcionan poca orientacin para la determinacin de los intervalos de extraccin de ncleos. Los gelogos de Northern Cross utilizaron los datos mineralgicos continuos de la herramienta Litho Scanner (carril 1) y el contenido del TOC computado a partir de los datos de carbono (carril 2, sombreado gris) para identificar zonas con potencial hidrocarburfero. Luego, aplicaron el software TerraTek HRA para identificar tipos de rocas similares (carril 4) y determinar las mejores profundidades para la extraccin de ncleos laterales con herramientas rotativas (carril 5, puntos negros). Las mediciones del TOC obtenidas en esos ncleos (carril 2, puntos rojos) son comparables con las mediciones del TOC obtenidas con el servicio Litho Scanner. La integracin de estos diversos tipos de datos condujo a un proceso de muestreo que proporcion ncleos representativos sin necesidad de sobremuestreo. Tambin se presentan los valores de la porosidad neutrn (carril 3, azul), la porosidad derivada del registro de densidad (rojo) y la porosidad corregida del servicio Litho Scanner (negro), computados utilizando la mineraloga verdadera; la porosidad corregida por la litologa demuestra cmo los datos Litho Scanner mejoran las mediciones petrofsicas.


Arcilla TOC

Calcita

Doloma

Pirita

Siderita

Anhidrita

MineralogaLitho Scanner

Cuarzo+Feldespato+Mica

Prof., m

Porosidad derivada del registro de densidad

Tipos de rocas obtenidoscon el servicioTerraTek HRA Pr

ofun

dida

d de

ext

racc

in

de n

cle

os ro

tativ

os

Porosidad neutrn

Porosidad corregida



0 12%

0 12%

X 700

X 750

30 10%

30 10%

30 10%

Volumen 26, no.1 49

registrados previamente en agujero descubierto. Mediante la comparacin de los datos adquiridos en agujero descubierto con los registros de pozo obtenidos dentro de la tubera de revestimiento, los ingenieros pudieron aplicar las compensacio-nes y las correcciones por las contribuciones del acero y el cemento (arriba). Conforme con la com-paracin entre los datos de la seccin de agujero descubierto registrada previamente y los registros de la seccin entubada, Northern Cross confi en que los datos representaban fehacientemente la litologa y el contenido del TOC de la seccin recin perforada.

Northern Cross tiene previsto continuar con su programa de exploracin en Yukn y est adquiriendo datos ssmicos 3D en el rea conce-

> Datos espectroscpicos a travs de la tubera de revestimiento. Durante la perforacin de un pozo de exploracin de la cuenca Eagle Plain, en el territorio de Yukn, en Canad, los ingenieros de perforacin de Northern Cross experimentaron problemas con el pozo que exigieron su perforacin con tubera de revestimiento para alcanzar la TD. El intervalo entubado incluy secciones registradas previamente en agujero descubierto y secciones no registradas antes de colocar la tubera de revestimiento. Los gelogos decidieron adquirir datos dsde el interior de la tubera de revestimiento con la herramienta Litho Scanner y compararlos con los datos obtenidos en carreras en agujero descubierto. Los registros de rayos gamma (carril 1), obtenidos en los pases en agujero descubierto (magenta) y en pozo entubado (negro), fueron corregidos por los efectos de la tubera de revestimiento y el cemento. Los datos litolgicos y mineralgicos obtenidos con la herramienta Litho Scanner corrida en agujero descubierto (carril 2) y en pozo entubado (carril 3) muestran buena concordancia. Los datos del TOC derivados de las mediciones adquiridas en agujero descubierto (carril 4, magenta) y en pozo entubado (curva negra, sombreado gris) difieren en cierto grado, pero se encuentran dentro de los lmites estadsticos de precisin de las mediciones.

TOC


Arcilla

Calcita

Doloma

Pirita

Anhidrita

Mineraloga enagujero descubierto


Arcilla

Calcita

Doloma

Pirita

Anhidrita


Prof., m

Rayos gamma enagujero descubierto

Rayos gamma enpozo entubado

0 100%

Mineraloga enpozo entubado

0 100%

0 150API

0 150

X 600

X 650

APITOC obtenido con el

servicio Litho Scanner en agujero descubierto


en pozo entubado

3 12%

3 12%

sionada. La interpretacin de los datos derivados de los registros indica la presencia tanto de potencial gasfero como petrolfero en la cuenca.

Qu implica un nombre?Cuando se refieren a los recursos, algunos profesio-nales de la industria aplican el trmino lutita en sentido amplio a los yacimientos no convencionales. Si bien muchos yacimientos no convencionales no satisfacen necesariamente la definicin geolgica estndar de lutita, el trmino se utiliza para des-cribir las rocas yacimiento que a menudo son ricas en contenido de arcilla y poseen una per-meabilidad muy baja.23 A los objetivos explorato-rios se alude generalmente como lutitas ricas en contenido orgnico porque poseen volmenes

relativamente considerables de quergeno, que es una fuente de hidrocarburos. Para contar con el potencial para la produccin de hidrocarburos, estas rocas deben exhibir la correcta mineraloga, porosidad, saturacin de hidrocarburos, contenido orgnico y madurez trmica.24 Otro de los aspectos de las extensiones productivas ms exitosas es la presencia de grandes cantidades volumtricas de componentes que no son arcilla, tales como cuarzo, feldespato y carbonatos. A diferencia de la arcilla, que tiende a poseer baja resistencia y puede ser altamente dctil, estos minerales que no son minerales de arcilla exhiben alta resistencia y contribuyen a la facilidad de fracturamiento de una roca.

La mayora de los desarrollos en lutitas, tales como las lutitas Barnett, Marcellus y Haynesville, se centran en rocas con una gran proporcin de cuarzo, feldespato y mica (QFM); un grupo de minerales de silicatos comunes en las rocas sedi-mentarias. La abundancia de estos minerales en la matriz de la lutita puede traducirse en pozos no convencionales exitosos. Una excepcin con respecto al modelo de yacimientos ricos en QFM es la lutita Eagle Ford del sur de Texas, en EUA. Esta formacin, que constituye la roca generadora para la prolfica creta Austin, ha producido tanto hidrocarburos lquidos como gaseosos en volme-nes relativamente grandes. La lutita Eagle Ford difiere de muchas extensiones productivas de lutitas por su alto contenido de carbonatos, que la hacen adecuada para los tratamientos de esti-mulacin por fracturamiento hidrulico.25

La lutita Eagle Ford se extiende desde el sur de Texas hasta el nordeste de Mxico, con un ancho de aproximadamente 80 km [50 mi] y una

22. Para obtener ms informacin sobre la tcnica de perforacin con tubera de revestimiento, consulte: Fontenot KR, Lesso B, Strickler RD y Warren TM: Perforacin de pozos direccionales con tubera de revestimiento, Oilfield Review 17, no. 2 (Otoo de 2005): 4665.

23. Las lutitas son rocas de granos finos que se forman a partir de la compactacin de las partculas del tamao del limo y de la arcilla. Dado que se forman a partir del lodo, tambin se conocen con el nombre de fangolitas. Las lutitas se diferencian de otras arcilitas y fangolitas por ser laminadas finamente estratificadas y fisibles, lo que significa que pueden fracturarse o separarse en lminas a lo largo de su propia estructura laminar.

Para obtener ms informacin sobre las lutitas y su exploracin, consulte: Alexander et al, referencia 12.

24. Para obtener ms informacin sobre las caractersticas para apuntar a las lutitas orgnicas como objetivo, consulte: Glaser KS, Miller CK, Johnson GM, Toelle B, Kleinberg RL, Miller P y Pennington WD: En busca del punto dulce: Calidad del yacimiento y calidad de la terminacin en las lutitas orgnicas, Oilfield Review 25, no. 4 (Junio de 2014): 1833.

25. Para obtener ms informacin sobre las rocas generadoras potencialmente petrolferas y su evaluacin, consulte: Passey et al, referencia 13.

50 Oilfield Review

longitud de unos 644 km [400 mi] (arriba). El espesor promedio del yacimiento es de 76 m [250 pies] , cuya profundidad oscila entre 1 220 y 3 660 m [4 000 y 12 000 pies] aproximadamente. Esta formacin se encuentra geolgicamente encajonada entre la creta Austin y la caliza Buda. En ciertas reas, la formacin Maness Shale puede yacer entre la lutita Eagle Ford y la caliza Buda.

Los resultados de un pozo perforado reciente-mente por BHP Billiton demuestran el valor de los datos espectroscpicos para evaluar la minera-loga compleja de la lutita Eagle Ford, especial-mente si se combinan con la informacin obtenida con la herramienta combinable de resonancia magntica CMR-Plus. La herramienta CMR-Plus fue operada en un modo recin desarrollado de precisin mejorada de 50 pulsos que resuelve los poros pequeos habitualmente existentes en las rocas yacimiento no convencionales.26 El conte-nido del TOC computado a partir de las medicio-nes de carbono de la herramienta Litho Scanner consiste en todas las formas del carbono org-nico, incluido el quergeno, el bitumen, el carbn y el petrleo. Las mediciones de resonancia

magntica son sensibles solamente a los fluidos. La integracin de las mediciones de las propieda-des de los fluidos obtenidas con la herramienta CMR-Plus con los datos TOC derivados del servicio Litho Scanner permite a los gelogos diferenciar los hidrocarburos slidos de los lquidos y cuantifi-car el potencial de petrleo correspondiente al yacimiento. Los operadores pueden utilizar esta informacin para planificar el posicionamiento de los tramos laterales y tomar decisiones relaciona-das con las operaciones de terminacin de pozos.

Para el programa de evaluacin de formacio-nes, BHP extrajo ncleos convencionales de la sec-cin Eagle Ford; los ncleos de muestras fueron tomados a intervalos de 0,3 a 1,5 m [1 a 5 pies] y se analizaron para determinar el % en peso del TOC, utilizando un analizador de carbono LECO. El pro-grama de adquisicin de registros con cable incluy un conjunto tradicional de herramientas de tipo triple combo Platform Express, adems de las herramientas CMR-Plus y Litho Scanner.

Los datos mineralgicos Litho Scanner diferen-cian claramente las composiciones de las lutitas Maness y Eagle Ford (prxima pgina). En compa-racin con la seccin de Eagle Ford, la seccin de

Maness contiene un gran volumen de illita y esmec-tita, que son arcillas dctiles no adecuadas para los tratamientos de estimulacin por fractura-miento hidrulico. No obstante, la diferencia ms explcita entre las dos formaciones es el gran volumen del TOC de la lutita Eagle Ford, que no existe en la formacin Maness. El gran volumen de carbono orgnico de la lutita Eagle Ford la convierte en un objetivo exploratorio.

En la lutita Eagle Ford, el % en peso del TOC derivado del anlisis de ncleos y de los datos procesados obtenidos con la herramienta Litho Scanner oscila entre 2 y 7 % en peso. El contenido orgnico puede asociarse tanto con el quergeno como con el petrleo presente en la formacin; por consiguiente, sin ms informacin sobre la compo-sicin del TOC, sera dificultoso evaluar exhaustiva-mente el potencial de recursos de este yacimiento. Los datos de resonancia magntica nuclear (RMN) obtenidos con la herramienta CMR-Plus ayudaron a resolver esta incertidumbre.

Las herramientas de RMN responden a los flui-dos presentes en las rocas de las formaciones. Si el espacio poroso est relleno con petrleo o agua, la porosidad RMN debe reproducir la porosidad

> La lutita Eagle Ford. La lutita Eagle Ford constituye la roca generadora de petrleo y gas para la prolfica creta Austin. En Mxico, se ubica a lo largo del lmite entre Mxico y EUA (rojo) y luego se extiende hacia el norte a travs de la porcin central de Texas Sur (verde). Diversas compaas de E&P estn evaluando la lutita Eagle Ford para la produccin tanto de petrleo como de gas.

M X I C O


300

km0 300

millas0

T e x a s

LutitaEagle Ford

E S T A D O S U N I D O S

> Columna estratigrfica de la cuenca de Nafud. Los gelogos consideran que la lutita Qusaiba de la formacin silrica Qalibah, rica en contenido orgnico, es la roca generadora de hidrocarburos de muchos campos de petrleo y gas de Medio Oriente. Dado que los registros de rayos gamma de la lutita Qusaiba exhiben conteos muy altos, la lutita se considera una lutita caliente (ideal). Los conteos altos de rayos gamma indican la presencia de lutitas ricas en contenido orgnico y los gelogos apuntan a estas formaciones para la exploracin. (Adaptado de Al-Salim et al, referencia 27.)


Cronoestratigrafa

Columna estratigrfica de la cuenca de Nafud

Form

aci

n Qa

libah

Fo

rmac

in

Qasi

m

Litoestratigrafa

MiembroSharawra

Formacin Sarah

Facies Zarqa

MiembroQuwarah

MiembroRaan

MiembroKahfah

MiembroHanadir

MiembroQusaiba LutitacalienteLutita

caliente

Homeriano

Sheinwoodiano

Telychiano

Aeroniano

Rudaniano

Himantiano

Katiano

Sandbiano

Darriwiliano

Dapingiano

Floiano

TremadocianoFormacin Saq

Sil

rico

Ordo

vci

co

Wenlockiano

Etapa Perodo poca

Llandoveriano

Caradociano

Llandeiliano

Llanvirniano

Arenigiano

Tremadociano

Ashgiliano

Volumen 26, no.1 51

26. Para obtener ms informacin sobre el modo de precisin mejorada de 50 pulsos, consulte: Hook P, Fairhurst D, Rylander E, Badry R, Bachman N, Crary S, Chatawanich K y Taylor T: Improved Precision Magnetic Resonance Acquisition: Application to Shale Evaluation, artculo SPE 146883, presentado en la Conferencia y Exhibicin Tcnica Anual de la SPE, Denver, 30 de octubre al 2 de noviembre de 2011.

27. Al-Salim A, Meridji Y, Musharfi N, Al-Waheed H, Saldungaray P, Herron S y Polyakov M: Using a New Spectroscopy Tool to Quantify Elemental Concentrations and TOC in an Unconventional Shale Gas Reservoir: Case Studies from Saudi Arabia, artculo SPE-SAS-312, presentado en el Simposio y Exhibicin Tcnica Anual de la SPE, Al-Khobar, Arabia Saudita, 21 al 24 de abril de 2014.

determinada con la herramienta Litho-Density. Dado que el gas posee baja densidad y el quergeno es un slido, la porosidad RMN medida en las rocas que contienen estas sustancias ser ms baja que la computada con herramientas de densidad.

Los poros de los yacimientos no convenciona-les, tales como la lutita Eagle Ford, son pequeos y, por consiguiente, la mayora de las herramien-tas de RMN son incapaces de medir correcta-mente el volumen total de fluidos. La herramienta

CMR-Plus posee el espaciamiento entre ecos ms corto de la industria, lo que le confiere la capaci-dad para resolver poros pequeos y computar un volumen de fluidos ms exacto que el que pueden computar otras herramientas en ambientes simila-res, especialmente cuando la herramienta opera en modo de precisin mejorada. La medicin de la porosidad RMN incluye el agua tanto libre como ligada y el petrleo. En las rocas ricas en contenido de arcilla, la mayor parte del agua medida con la herramienta CMR-Plus es agua ligada, asociada con las arcillas.

Para los recursos no convencionales ricos en contenido de fluidos, tales como la lutita Eagle Ford, los petrofsicos pueden comparar los volme-nes de fluidos computados a partir de los datos de la herramienta CMR-Plus con el volumen del TOC obtenido con el servicio Litho Scanner y derivar un componente de petrleo volumtrico. Luego, los ingenieros de yacimientos pueden utilizar esta informacin para determinar el volumen de petr-leo en sitio, estimar el potencial de produccin de

petrleo y tomar decisiones mejor informadas acerca de dnde asentar el tramo lateral.

Yacimiento no convencional en Arabia SauditaSaudi Aramco utiliz la herramienta Litho Scanner para evaluar las formaciones de la cuenca de Nafud y determinar su potencial como recursos no convencionales.27 La cuenca se caracteriza por una secuencia de rocas paleozoicas de gran espe-sor cuya edad se extiende desde el perodo Cmbrico hasta el Devnico. La lutita Qusaiba de edad Silrico el objetivo para estos pozos corresponde a la formacin Qalibah (pgina anterior, abajo). Dicho miembro, rico en conte-

, Optimizacin de la produccin de fluidos de la lutita Eagle Ford. Los operadores a cargo del desarrollo de la lutita Eagle Ford (intervalo sombreado azul) han descubierto que es posible la produccin rentable de petrleo. En base a los datos mineralgicos SpectroLith (carril 1), la formacin Eagle Ford es rica en calcita (azul claro), a diferencia de la lutita Maness, rica en contenido de arcilla (sombreado tostado), que la infrayace; la creta Austin que la suprayace est compuesta casi totalmente por calcita pura. La calcita de la lutita Eagle Ford facilita los tratamientos de estimulacin hidrulica. Como se observa en los datos mineralgicos ELANPlus (carril 2), la lutita Eagle Ford posee un contenido del TOC significativo (carril 2, sombreado bermelln) que es la fuente de su petrleo; el TOC se compone tanto de petrleo como de quergeno; la porcin de hidrocarburos slidos no productivos. Los petrofsicos utilizaron los resultados de una combinacin de herramientas para determinar el intervalo ptimo para el asentamiento del tramo lateral, posicionando el pozo en el mejor tipo de roca para los tratamientos de estimulacin a la vez que se aprovecha la seccin rica en contenido de fluidos. Por ejemplo, la componente de arcilla de la lutita Eagle Ford consta de cantidades variables de montmorillonita, caolinita e illita (carril 2); la illita puede ser menos dctil que otros tipos de arcilla y, por ende, constituir un objetivo para los tratamientos de estimulacin por fracturamiento. Adems, los ingenieros asentaron el tramo lateral en los intervalos con rocas ms rgidas, tales como las secciones ricas en contenido de calcita. Para determinar los intervalos petrolferos, primero se corrigi el valor de la porosidad derivada del registro de densidad por la densidad de la matriz derivada de la mineraloga Litho Scanner. Esta porosidad (carril 3) es la suma de los volmenes de todos los fluidos y los hidrocarburos slidos (quergeno). La porosidad total CMR-Plus (carril 3, curva negra gruesa) es la suma de todos los volmenes de fluidos; agua ligada a la arcilla (azul claro), agua libre (azul) y petrleo (verde). La diferencia entre la porosidad total CMR y la porosidad derivada del registro de densidad corregida por la mineraloga es la porcin de quergeno no productivo del volumen del TOC (carril 3, sombreado bermelln). El volumen del TOC remanente, no asociado con el quergeno, debe ser el volumen de petrleo lquido.


Prof.,pies

X 450

X 475

X 500

X 525

X 550

X 575

X 600

X 625

Arcilla IllitaCaolinita

Montmorillonita

TOCPetrleo

Agua

Agua ligadaAgua librePetrleo

Quergeno

Agua ligada



Calcita

Calcita

Doloma

DolomaPirita

Pirita 0 25%

PorosidadCMR-Plus total

Nomb

re de

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Aus

tinLu

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tita

Man

ess

52 Oilfield Review

nido orgnico, es una fuente prolfica de hidro-carburos que genera un volumen estimado del 90% del petrleo liviano y el gas de edad Paleozoico descubierto en Medio Oriente, y cons-tituye la roca generadora para m

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