REGISTROS DE POZOS II

Por: Ruddy Katherine León Hidalgo

Fecha: 16-abr-2012

MÉTODOS PARA EVALUAR FORMACIONES NO LIMPIAS

Desde la página 60 hasta la página 65, tomado de: http://www.cedip.edu.mx/tomos/tomo06.pdf

INTERPRETACIÓN EN FORMACIONES ARCILLOSAS

Cuando la roca contenga mineral conductivo, la interpretación del registro debe tomar en cuenta dicha conductividad.

Las arcillas y lutitas no son raras, y contribuyen a la conductividad de la formación. La lutita muestra conductividad debido al electrolito que contiene y a un proceso de intercambio de iones por medio del cual éstos se mueven bajo la influencia de un campo eléctrico aplicado entre lugares de intercambio en la superficie de las partículas de arcilla. El efecto de la arcillosidad en la conductividad de la arena arcillosa es con frecuencia muy desproporcionado en relación a la cantidad de lutita. El efecto real depende de la cantidad, tipo y distribución relativa de las lutitas y de la naturaleza y cantidades relativas de aguas de formación.

A través de los años, los investigadores han propuesto varios modelos de interpretación para el caso de arenas arcillosas. En ciertos casos el modelo se basa en la lutita presente en una geometría específica dentro de una arena arcillosa; por ejemplo, la lutita puede estar presente en forma de láminas delgadas entre las capas de la arena limpia, o como granos o nódulos en la estructura de la matriz de arena; o puede encontrarse dispersa, a través del sistema poroso, en forma de acumulaciones que se adhieren o recubren los granos de arena.

Tomado de: http://christian3306.files.wordpress.com/2010/10/modulo-iii-evaluacion-de-formaciones-integrada.pdf

Distribución de las Arcillas

Tipos y Distribución de la Arcilla Dispersa

DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN DE ARCILLA (Vsh)

- A partir de GR (Modelo Lineal)

o Deflexión del Gamma Ray

IGR= GR−GRcleanGRshale−GRclean

El primer paso es determinar un “cut-off” en el registro GR para definir una línea base de las arenas. Luego, en relación a los valores máximo y mínimo de GR se obtiene el IGR (índice de GR)

IGR=GRleído−GRmin

GRmax−GRmin

Donde:

IGR = índice de rayos gammaGRmax = gamma ray leído en la zona de arcillaGRmin = gamma ray leído en la zona de arenaGRleído = gamma ray puntual del registro

A continuación, se determina el Vsh (volumen de arcilla) de la roca. Se pueden usar las siguientes ecuaciones (Dresser Atlas, 1979) para un registro de rayos gamma, usando la ecuación para rocas cretácicas o consolidadas, o la de rocas del terciario o no consolidadas.

1) Por la relación de Clavier (1971): V shCLAVIER=1,7−¿

Donde:

V shCLAVIER = Volumen de arcilla por ClavierIGR = Índice de arcillosidad por GR

2) Por la relación de Steiber (1961):

V shSteiber=0,5∗IGR1,5−IGR

Donde:

V shSteiber = Volumen de arcilla por SteiberIGR = Índice de arcillosidad por GR

3) Por la relación de Larinov (Pre-terciario):Vsh=0,33¿)

4) Por la relación de Larinov (Terciario): Vsh=0,083¿)

Se ha observado que la arcillosidad calculada a partir de estas relaciones, generalmente resulta ser mayor que el volumen de arcilla real de la formación, por eso muchos petrofísicos los llaman indicadores de Arcillosidad (lsh) y no volumen de arcilla. El siguiente gráfico muestra algunas de las relaciones que se usan actualmente.

- A partir de la curva de SP

El volumen de arcilla calculado a partir de la curva del SP está dado por:

V shSP=

SPleído−SParena

SPa rcilla−SParena

Donde:

VshSP = Volumen de arcilla SPSPleído = SP leído en la zona a evaluarSParena = SP en la arena más limpia en el mismo intervalo geológicoSParcilla = SP en las arcillas del intervalo geológico

Esta metodología se empleará para pozos con información de perfiles antiguos, dependiendo en alto grado de la condición del registro para cada pozo evaluado.

- A partir de los perfiles Densidad-Neutrón

El volumen de arcilla calculado a partir de las curvas de Densidad y Neutrón, está definido por:

V shDN=

ϕN−ϕD

ϕ Nsh−ϕ Dsh

Donde:

VshDN = Volumen de arcilla a partir de las curvas de Densidad-Neutrón.ϕ N = Porosidad neutrón leída en la zona a evaluarϕ D = Porosidad densidad leída en la zona a evaluarϕ Nsh = Porosidad neutrón de la lutitaϕ Dsh = Porosidad densidad de la lutita

Esta metodología se empleará para pozos con información de perfiles antiguos, dependiendo en alto grado de la condición del registro para cada pozo evaluado.

Determinación del Modelo de Porosidad

- Porosidad del Sónico: ϕs=Δt−Δ tma

Δt f−Δtma

o Raymond-Hunt: ϕs=0,63∗¿))

- Porosidad del Densidad: ϕd=ρma−ρb

ρma−ρ f

- Porosidad del Densidad Neutrón: ϕe=¿ϕd c=ϕd−ϕdsh∗Vcl

ϕnc=ϕn−ϕnsh∗Vcl

Segundo paso: Una vez que se ha determinado el volumen de arcilla, se puede usar este dato para calcular la porosidad “corregida” por efectos de ésta, pero siempre y cuando se conozca la litología y los parámetros de la matriz (tiempo de tránsito, densidad, etc).

En este análisis se va a emplear la fórmula del registro sónico:

Donde:

Δt log = tiempo de tránsito de la FormaciónΔtma = tiempo de tránsito de la matriz de la FormaciónΔt f = tiempo de tránsito del fluido (189 para lodo fresco y 185 para salado)Δt sh = tiempo de tránsito de la arcilla adyacenteVsh = volumen de arcilla

Determinación del Modelo de Sw

- Arcillas Laminadas

Swn = a

ϕm [( 1Rt

−V sh

R sh

)×Rw

(1−V sh)]

- Arcillas Dispersas (Simandoux): Este modelo está basado en el concepto de la fracción volumétrica de arcilla y es usado para calcular la saturación de agua en arenas arcillosas.No necesita parámetros determinados a partir de análisis de núcleos. La arcilla es un componente muy importante de la roca a analizar de registros. Además de afectar en la porosidad y permeabilidad, es importante por sus propiedades eléctricas que tiene gran influencia en la determinación de saturación de fluidos.La presencia de arcilla en la roca reservorio es un factor muy perturbador al evaluar una formación. Por un lado complica la determinación de hidrocarburos en el lugar, y por otra afecta la habilidad del reservorio para producirlos.

Sw=[ a∗Rw

ϕme∗R t

+( a∗Rw∗V sh

2∗ϕme∗Rsh

)2]1 /n

−( a∗Rw∗V sh

2∗ϕme∗Rsh

)Donde:

Sw = Saturación de aguaa = coeficiente de tortuosidadm = factor de cementaciónn = exponente de saturaciónRw = Resistividad del agua de formación, ohm-m.Rt = Resistividad verdadera de la formación, ohm-m.Rsh = Resistividad frente a la arcilla, ohm-m.Vsh = Volumen de arcilla (Larinov), fracción.ϕe = Porosidad efectiva, fracción.

(Simandoux Modificada:)

Sw=0,4 Rw

ϕ2(−V sh

Rc

+√(V sh

Rc

)2

+5( ϕ2

Rt Rw

))

- Arcillas Dispersas (Waxman-Smits, 1968): Teniendo buenas bases, en 1968 propusieron una relación de saturación-resistividad para formaciones arcillosas que vinculaban la contribución de la resistividad de la lutita con la resistividad total de la

formación y la capacidad de intercambio catiónico de la lutita (CEC, Caption Exchange Capacity).

Sw=¿

Qv=CEC (1−ϕ)× ρma ×ϕ−1 [meq/cc]

Donde:

Sw = Saturación de agua en la zona virgen, fricción.Rt = Resistividad verdadera en la zona virgen, ohm-m.Rw = Resistividad del agua de formación, ohm-m.ϕ = Porosidad, fracción.m = factor de cementación corregido por arcilla.n = exponente de saturación corregida por arcillosidad.A = constante de ArchieQv = Capacidad de intercambio catiónico en la zona virgen, meq/ccB = Conductancia equivalente de la zona (calculada en base a la temperatura y Rw), la cual se obtuvo a partir de:

B=[ 0,225∗T−0,000406∗T 2−1,281+Rw

1,23(0,045∗T−0,27) ]Donde:

T = Temperatura de la formaciónRw = Resistividad de agua de formación, ohm-m.

Tercer paso: Cuando ya se tienen tabulados los datos de volumen de arcilla y porosidad, se procede a calcular la saturación de agua de la(s) zona(s) de interés. Como se mencionó, hay varios modelos a utilizar y aquí se van a emplear dos de las ecuaciones que más comúnmente se usan para arenas arcillosas:

Simandoux (1963):

Sw=0,4 Rw

ϕ2(−V sh

Rc

+√(V sh

Rc

)2

+5( ϕ2

Rt Rw

))

Schlumberger (1975):

Sw=

−V sh

Rc

+√(V sh

Rsh

)2

+ ϕ2

0,2∗R t∗Rw∗(1−V sh)

ϕ2

0,4∗Rw∗(1−V sh)

Donde:

Sw = saturación de agua de zona no invadida corregida por efectos de arcillaRw = resistividad de agua de Formación a temperatura de FormaciónRt = resistividad verdadera de Formaciónϕ = porosidad corregida por efectos de arcillaVsh = volumen de arcillaRsh = resistividad de arcilla adyacente

Los pasos primero, segundo y tercero fueron sacados de: http://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/3395/1/5918.pdf

PDF desde página 83 hasta página 91. “TESIS: REINTERPRETACIÓN FÍSICA DE LAS ARENAS BASALES DE LA FORMACIÓN PAUJÍ Y FM. MISOA DEL CAMPO BARÚA, CUENCA DEL LAGO DE MARACAIBO, EDO. ZULIA.”; CHENG RIVERO, Francisco José; Caracas, febrero 2003.

Método de doble agua

Generalmente, todos los modelos se reducen a la ecuación de saturación de agua de Archie cuando la fracción de lutita es cero.

Uno de estos modelos es este, modelo que propone que una formación arcillosa se comporta como una formación limpia con la misma porosidad, tortuosidad y contenido de fluido, excepto que el agua parece ser más conductiva que lo esperado de su salinidad volumétrica. El exceso de salinidad es debido a cationes adicionales ligados levemente en una capa difusa que rodea las partículas de arcilla para compensar la deficiencia de cargas eléctricas en el cristal de arcilla. Este modelo no toma en cuenta la exclusión de sal de parte del volumen de poros cercanos a la superficie arcillosa. La distribución de iones cerca de la superficie es como se muestra en la figura 42.

En otras palabras, la capa de agua ligada a la superficie de arcilla contiene más iones positivos (Na+) que iones negativos (Cl-). Este hecho es necesario para balancear la distribución de carga interna negativa de las partículas de arcilla. El espesor de la capa difusa de iones positivos (Na+), Xd, se relaciona con la salinidad de la formación, siendo más pequeña para aguas más salinas. De aquí que la conducción del flujo de corriente a través de esta agua ligada es principalmente por transporte de iones positivos.

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

Como consecuencia, el espesor de la capa difusa no puede ser menor que Xd. Sin embargo, Xd=Xh cuando el agua connata es suficientemente salina. En otras palabras cuando el agua de formación tiene poca salinidad, la resistividad del agua ligada es relativamente constante.

Para arcillas con sodio, las distancia Xh es cerca de 6 angstroms y los iones Na+ se apilan en el plano de Helmholtz, siempre que la resistividad de la salmuera en los poros sea menor de 0,0425 ohm a 24ºC.

Esta lámina delgada de agua libre de sal (el agua de arcilla) es importante porque las arcillas tienen un área superficial muy grande, tanto como 91071 ha/m3 comparada con de 1.5 a 3.0 ha/m3 para una arena típica, y el volumen de agua de arcila está lejos de ser despreciable en comparación con el volumen total de poros.

Algunas definiciones o conceptos utilizados en este método son:

Agua ligada: Es el agua adherida a las lutitas como se describió. Además del agua ligada, las lutitas pueden contener agua atrapada dentro de su estructura y no expulsada por la compactación de la roca. Esta agua no tiene la misma distribución de iones que el agua ligada y tendrá una diferente conductividad. En el caso de que la resistividad del agua ligada definida aquí como RWB se derive de una zona cien por ciento arcillosa, el valor de RWB se afectará por esta agua atrapada. Por consiguiente, cuando RWB se usa como la resistividad del agua ligada de la arcilla contenida en yacimientos cercanos podría ser incorrecta. En la práctica, se encuentra que esto no es problema y generalmente la RWB derivada de las lutitas puede ser usada en capas adyyacentes.

Agua libre: Es toda el agua que no está ligada: Se debe notar que el agua libre, aunque normalmente está asociada con el espacio poral, no es necesariamente producible. Contiene la porción de agua que es irreducible.

Porosidad total FT: Fracción de un volumen unitario de formación ocupado por los fluidos, esto es, por agua ligada, agua libre e hidrocarburos.

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

Saturación de agua total SWT: Se define como la fracción de la porosidad tota restando el agua ligada por unidad de volumen de formación.

Saturación de agua total SWT: Fracción de la porosidad total ocupada por agua libre y ligada.

Saturación de agua ligada SWB: Fracción de la porosidad total ocupada por agua ligada.

Saturación de agua libre SWF: Fracción de la porosidad total ocupada por agua libre.

Saturación de agua efectiva SWE: Fracción de la porosidad efectiva ocupada por agua libre.

Fórmulas aplicables al modelo de doble agua:

El objetivo principal del método de doble agua es reconstruir la resisitividad de formación mojada, RO.

Consideremos una formación mojada arcillosa en donde:

Dado lo anterior, entonces ϕT=ϕ F+ϕB y por lo tanto:

SWB=ϕWB

ϕT

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

SWT=ϕWF+ϕWB

ϕT

ϕT=ϕWF+ϕWB+ϕT

De la relación de Archie:

F= 1

ϕT2 y F= Ro

Rw , Rw=ϕT

2 Ro

Lo cual nos da:

Co=ϕT2Cw

En donde:

Cw es la conductivdad de la mezcla de agua ligada y libre.

Considerando volúmenes, tenemos:

ϕT CW=ϕWB CWB+ϕF CWF

CW=ϕB CWB

ϕT

+ϕ F CWF

ϕT

=SWBCWB+(1−SWB)CWF

Por lo tanto:

CO=ϕT2 [SWBCWB+(1−SWB)CWF]

O en resistividad:

RO=RWF RWB

ϕT2 [SWB RWF+(1−SWB ) RWB]

De manera gráfica los resultados se verían como sigue:

Saturación de agua y porosidad efectiva:

SWT=√ RoRT

ϕT CW=ϕWB CWB+ϕF CWF

ϕC=ϕT (1−SWB )

V bwe=ϕc SW

Procedimiento para usar el modelo de doble agua

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

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

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

RWB=ϕTSG2 × RSH

ϕT=ϕNSH +ϕDSH

2

F= 1

ϕT2

3. ΦT: Porosidad total del promedio de ΦN y ΦD después de corregir por efecto de gas, si es necesario.

4. SWB: Relaciona a VSH, y para nuestro propósito puede ser igualada a VSH, entonces SWB = VSH.Hasta este punto, hemos calculado RW y VSH para nuestro ejemplo, y hemos determinado una porosidad corregida por gas ΦT. Todo lo que se requiere ahora es calcular RWB. Esto se puede hacer utilizando los mismos valores de ΦNSH y ΦDSH determinados previamente, junto con el valor de RSH en el mismo punto(s) sobre el registro.Utilizando todos estos datos se puede determinar un valor de resistividad mojada R0 de:

Usando:

SWT2 =

R0RT

Donde RT= RILD corregida por efectos ambientales si se requiere.

Para llegar a la saturación de agua efectiva un paso más se requiere:

SWB=SWT−SWB

1−SWB

, donde VSH = SWB

Ejemplo de cálculo de Sw usando el modelo de doble agua.

En la arena arcillosa de las figuras, calcular SWE usando el método de doble agua. Considerar los datos siguientes:

Resistividad del lodo: 2,86 ohms a 19ºC

Resistividad del filtrado: 2,435 ohms a 24ºC

Temperatura de fondo: 24ºC

(Ejercicio en la página 64 de la bibliografía citada en la primera página).