REGISTRO RADIOACTIVO E N EL NORESTE DE MEXICO (*)

E . CERVERA DEL CASTILLO ( * * )

I N T R O D U C C I Ó N

El registro radioactivo completo de un pozo petrolero se compone de

dos curvas : la de los rayos gama y la del neutrón.

L a curva de los rayos gama es el resultado de la medida indirecta

de la radioactividad natural , relativa, en las diversas rocas atravesadas al

perforar un pozo petrolero, mientras que la curva del neutrón o del hi­

drógeno es el resultado de la medida de la radioactividad relativa, indu­

cida en las mismas rocas , al ser bombardeadas pe r medio de una fuente

poderosa de neutrones.

Es te registro, debidamente interpretado, iproporcSona información

l i tològica de los pozos petroleros.

Puede hacerse el registro en agujero abier to o en pozos entubados;

pero, no es posible obtener las dos curvas simultáneamente.

L a curva de los rayos gama t iene valor comerc ia l desde abri l de 1 9 4 0

y la del neutrón a part ir de sept iembre de 1 9 4 1 .

En M é x i c o se obtuvo, por pr imera vez, un registro radioact ivo de

rayos gama únicamente , del pozo Mis ión núm. 2 , el 2 6 de oc tubre de

1 9 4 5 ; poster iormente , el 2 de junio de 1 9 4 7 , se obtuvo un registro radio­

act ivo completo del pozo Camargo núm. 4 .

Pre tendemos, en este t rabajo , interpretar desde el punto de vista

práct ico del ingeniero petrolero de campo, los registros radioactivos que

se han obtenido en los pozos del Nores t e de M é x i c o y comparar los con

los registros e léct r icos respectivos y previamente indicaremos, a grandes

rasgos, la teoría física en que está basado el método.

1 . — R A Y O S G A M A

T o d a s las rocas que forman la cor teza terrestre cont ienen mater ia l

( * ) Original recibido el 20 de Febrero de 1950.

( ' * ) Gerencia de Producción. Noreste de México, Petróleos Mexicanos .

MEXICANA DE GEÓLOGOS PETROLEROS 313

E . CERNERÀ DEL CASTILLO

radioactivo en diversas concentraciones. Este material aparece original­mente en las rocas ígneas y durante los procesos de evolución y trans­porte queda desigualmente distribuido en las rocas sedimentarias. Los elementos radioactivos de las rocas se desintegran con el tiempo en otros elementos de peso atómico menor. Durante este proceso de desintegración se libera cierta energía en forma de rayos o partículas alfa y beta y rayos gama, siendo estos últimos los de mayor poder de penetración. Aproxi­madamente, los poderes relativos de penetración son del orden 1, 1 0 0 y 1 0 , 0 0 0 , respectivamente. La intensidad de emisión de los rayos gama es proporcional a las cantidades de material radioactivo contenido en las rocas.

La medida indirecta de la radioactividad natural, relativa, de las rocas atravesadas en un pozo petrolero y cuya representación gráfica cons­tituye la curva de los rayos gama, se obtiene por medio de una cámara de ionización. Esta cámara consiste de un cilindro ( 3 ' ó 4 ' de longitud y

o 4 " de diámetro) que contiene gas inerte sometido a una presión alta y con dos electrodos aislados. En condiciones normales, si se estable­ce una diferencia de potencial eléctrico entre los dos electrodos no hay flu­jo de corriente a través del gas. Por el contrarío, sí la cámara es expuesta a la acción de los rayos. gama, el gas se ioniza parcialmente y permite el flujo de cantidades pequeñísimas (unos cuantos diezbillonésimos de amperios de corriente eléctrica entre los electrodos). Esta corriente es directamente proporcional a la ionización, la cual lo es igualmente a la intensidad de los rayos gama que actúan alrededor de la cámara.

La corriente es originalmente amplificada en el instrumento subsuper-ficial y transmitida a la superficie a través de un cable aislado. En la superficie es nuevamente amplificada y registrada automáticamente como una curva continua vs. la profundidad del pozo.

Los rayos gama no son emitidos con intensidad uniforme y por tal motivo el registro debe hacerse a muy baja velocidad, con objeto de medir el promedio de intensidad.

Se ha observado que aun los rayos gama de mayor intensidad sola­mente logran atravesar espesores reducidos de roca. Por lo tanto, la curva de los rayos debe considerarse representativa únicamente de unos cuantos centímetros del material que se encuentra alrededor del agujero.

Como los rayos gama, por otra parte, son capaces de atravesar hasta cinco tuberías concéntricas de ademe, la curva de dichos rayos fué des-

314 BOLETÍN DE LA .KSÍICIACIÓN

REGISTRO RADIOACTIVO

arrollada originalmente para obtener información de pozos viejos entuba­dos, donde cualquier método de muestreo podía utilizarse y decidir sobre su reparación, terminación en otro horizonte productor o taponamiento. Posteriormente se ha utilizado en pozos entubados viejos o recientes, o en agujeros abiertos.

En general de acuerdo con los resultados obtenidos en análisis de laboratorio y en registros radioactivos combinados, se ha llegado a la con-clujión de que las lutitas contienen relativamente mayor cantidad de mate­rial radioactivo que las arenas, calizas y dolomitas. Según esos mismos resultados se han dividido las rocas, que comúnmente se encuentran en las estructuras petrolíferas, en cinco grupos de acuerdo con la intensidad de su radioactividad.

Grupo 1.—Radioactividad muy baja: anhidrita, sal. Grupo 2.—Radioactividad baja-, arena, caliza dolomita. Grupo 3.—Radioactividad media: arena arcillosa, caliza arcillosa,

lutita arenosa, lutita calcárea. Grupo 4.—Radioactividad alta : lutita, arcilla, limo. Grupo 5.—Radioactividad muy alta: bcntonita, ceniza volcánica, lu­

tita orgánica marina, granito. En general, las arenas, calizas y dolomitas tienen radioactividad baja

similar y por tal motivo es necesario tener algún conocimiento de la estra­tigrafía local para poder diferenciarlas. La intensidad de la radioactividad en estas rocas es independíente de la porosidad y en términos generales, también del agua congènita que contengan.

En las lutitas se ha observado cierta relación entre la radioactividad y el color que presentan. Dentro de su grupo las lutitas negras tienen un máximo de radioactividad y en orden decreciente siguen las lutitas cafés, grises y rojas.

La curva de los rayos gama no es influenciada por el cambio de diá­metro del agujero ni por el fluido de perforación. En general, es similar en su forma a la curva del potencial natural en el registro eléctrico.

2.— N E U T R O N El bombardeo de las rocas atravesadas en un pozo petrolero, por

medio de una fuente poderosa de neutrones muy veloces, produce una excitación que se traduce en la emisión de rayos gama secundarios.

MEXICANA DE GEÓLOGOS PETROLEROS 3 1 5

CERVERA DEL CASTILLO

Dos procesos se consideran en el bombardeo : reducción de la velo­cidad y captura. Como los neutrones carecen de carga eléctrica, chocan en su trayectoria con los núcleos atómicos, se reduce su velocidad y por tanto, su poder de penetración. Muchos elementos tienen la propiedad de capturar neutrones, siendo el resultado de este proceso la emisión de rayos gama secundarios.

El núcleo del hidrógeno (único elemento que carece de neutrones) tiene una masa similar a la de los neutrones y es el factor dominante para reducir la velocidad de los mismos y por consecuencia, disminuye la cantidad disponible para ser capturados. Por la razón apuntada a la curva del neutrón también puede denominársele curva del hidrógeno.

Cuando en las rocas existen átomos de hidrógeno (lutita con alto con­tenido de agua intersticial y agua qiu'micamente combinada) se obtiene, en la curva del neutrón, una indicación baja y por el contrario, la ausen­cia de hidrógeno o un contenido bajo determina un máximo.

Como la fuente de neutrones es poderosa, los rayos gama emitidos por el estímulo del bombardeo resultan de mayor intensidad que los rayos gama naturales y la medida de la radiación inducida no es interferida por la radiación natural.

En la obtención de esta curva se emplea un aparato subsuperficial similar al empleado en la curva de los rayos gama, con la adición de una fuente de neutrones, localizada en la parte inferior de la cámara de ioni­zación que con el objeto de hacerla menos sensible a la radiación natural, es de menor longitud. El cable y el aparato superficial son los mismos. Esta curva también debe registrarse a muy baja velocidad.

La curva del neutrón puede considerarse como la medida de la can­tidad de fluido, ya sea aceite, gas, destilado o agua, que se encuentra al­rededor de la cámara de ionización, pues, como apuntamos antes, dicha curva es influenciada decisivamente por el contenido de hidrógeno de los fluidos. Deben considerarse dos tipos de fluidos: de perforación y de formación. El mismo es normalmente constante, excepto en los casos en que un mismo pozo tiene diferentes diámetros. Si se conocen las profun­didades en las cuales cambia el diámetro, no presentan esos casos problema alguno y únicamente es necesario tenerlo presente al hacer la interpretación.

Las lutitas, contienen en general la mayor cantidad de fluido total (hasta 4 4 % ) , incluyendo agua intersticial y agua químicamente combina-

316 BOLETÍN DE LA ASOCIACIÓN

' REGISTRO RADIOACTIVO

da, presentan un valor bajo en la curva. Las arenas carec iendo de agua químicamente combinada , cuando son muy porosas presentan valores que se aproximan a los de las lutitas y aumentan a medida que disminuye la porosidad. Cal izas y dolomitas improductivas que cont ienen un volumen muy reducido de fluido presentan los valores más altos.

Esta curva es semejante en su forma a la de la resistividad (sonda normal) en el registro e léct r ico.

3 . _ I N T E R P R E T A C I O N Para expl ica r el procedimiento más conveniente , seguido en la inter­

pretación general de un registro radioact ivo, hemos elegido una sección del pozo Reynosa núm. 1. (Véase Fig. 1 ) .

L a interpretación se inicia apoyándose en la curva de los rayos gama. C o m o la intensidad de la radioactividad natural de las lutitas es alta,

segiin es tablecimos, se fijan pr imeramente los intervalos constituidos por dichas rocas de acuerdo con la curva de los rayos gama. Las cimas y bases de dichos intervalos se fijan en el punto medio aproximado, entre las indicaciones máx ima y mínima de la curva.

Y a hemos mencionado que las arenas, cal izas y dolomitas t ienen inten­sidades de radioactividad natural similares y que para poder distinguirlas es necesar io conoce r la litologia general de la región. En nuestro caso, es posible interpretar las secciones que presentan radioactividades bajas y medias, consti tuidas respect ivamente por arenas y arenas arcil losas.

Deb ido a que la radiación inducida resulta de m a y o r intensidad que la natural y a que la cámara de ionización es de longitud menor , la curva del neutrón permite definir mejor los contactos entre las diferentes rocas . En la columna N de la Fig. 1, hemos fijado los contactos corregidos de acuerdo con la repetida curva del neutrón.

P o r otra parte, como las lutitas, por su alto contenido de hidrógeno (agua intersticial y químicamente c o m b i n a d a ) , responden en la curva del neutrón con una indicación, podemos verif icar la interpretación que hici ­mos, basándonos en la curva de los rayos gama de las mismas.

Cuando de acuerdo con la curva de los rayos gama hemos i n t e ф r e -tado una sección como constituida por arenas y como en la curva del neutrón

se t iene una indicación muy alta, es probable que la arena sea compacta

y si es media o menor que aquélla, podemos considerar que la arena

es porosa y probablemente productora ( influencia del hidrógeno contenido

¡MEXICANA DE GEÓLOGOS PETROLEROS ' 317

E . CERVERA DEL CASTILLO

318 • BOLETÍN DE L.-\ ASOCIACIÓN

cn el fluido que impregna la a r e n a ) . En la columna P de la Fig 1, indica­mos los intervalos probablemente porosos.

4 . — R E G I S T R O S R A D I O A C T I V O S O B T E N I D O S E N E L N O R E S T E D E M E X I C O

En el Nores te de M é x i c o se han obtenido (hasta el 2 8 de oc tubre de 1 9 4 9 ) registros radioactivos en los siguientes pozos : Mis ión Núm. 2 . — O c t u b r e 2 8 de 1 9 4 9 . Tube r í a cementada de 7 " , de

la superficie a los 1 ,772.7 metros (co l la r f lo t ador ) . U n i c a m e n t e la curva de los rayos gama.

Camargo Núm. 4 . — J u n i o 2 y 2 2 de 1 9 4 7 (dos co r r i da s ) . Agujero abierto de 9 - j / g " . D e los 2 9 2 . 5 metros (zapata de 1 6 " ) a los 1 , 0 9 5 . 9 metros ( P . T ) . Ambas curvas.

Reynosa Núm. 1.—Agosto 7 de 1 9 4 8 . T u b e r í a cementada de 7 " . D e los 9 0 0 metros a los 2 , 1 6 7 . 4 metros ( tapón de c e m e n t o ) . A m b a s curvas.

Valadeces Núm. 1.—Agosto 16 de 1 9 4 8 . Tube r í a cementada de 7 " . D e los 6 0 9 . 6 metros a los 1 ,886 .4 metros (co l la r f lo t ador ) . A m b a s curvas.

5 . — I N T E R P R E T A C I Ó N D E L O S R E G I S T R O S R A D I O A C T I V O S O B T E N I D O S E N E L N O R E S T E D E M E X I C O Y C O M P A R A C I Ó N

C O N L O S R E G I S T R O S E L É C T R I C O S R E S P E C T I V O S En las figuras 2 , 3, 4 , y 5 se indica la interpretación de los registros

radioactivos obtenidos en pozos del Nores te de M é x i c o y se compara con los registros eléctricos respectivos. Se consideraron únicamente las sec­ciones más importantes de cada pozo, esto es, las que incluj 'en los des­arrollos arenosos productores.

Pozo Mis ión Núm. 2 . — (Fig. 2 ) . En este pozo únicamente se ob­tuvo la curva de los rayos gama; los desarrollos arenosos productores de gas y destilado (arenas Mis ión y H e a r d ) , así como los intervalos const i ­tuidos por arenas arcillosas y lutitas,. aparecen bien definidos por la men­cionada curva.

S e observa una buena similitud entre la curva de los rayos gama y la curva del potencial natural.

Pozo Camargo Núm. 4 . — (Fig. 3 ) . Los dos cuerpos arenosos pro­ductores de gas (arenas Camargo y Pa lma) de la estructura en la cual está perforado el pozo Camargo núm. 4 , aparecen bien definidos en el re-

REGISTRO RADIOACTIVO

gistro radioactivo correspondiente; también los intervalos constituidos por arenas arcillosas y por lutitas. En ambos desarrollos arenosos productores se lograron fijar los intervalos con probable porosidad.

Entre las curvas de los rayos gama y del neutrón y las curvas del po­tencial natural y de la resistividad existe una semejanza aceptable.

Pozo Valadeces Niim. 1 .— (Fig. 4 ) . En el registro radioactivo de este pozo, único perforado en la estructura, la arena Valadeces, produc­tora de gas y destilado, aparece bien definida. No podemos decir lo mismo para el resto de la sección interpretada, pero logró fijar el intervalo proba­blemente poroso de la mencionada arena Valadeces.

Se observa muy poca semejanza entre las curvas de los rayos gama y del neutrón y las curvas del potencial natural y la resistividad, respec­tivamente de los registros correspondientes. De los cuatro pozos que he­mos considerado, es en éste donde la similitud entre ambos registros resultó más pobre.

Pozo Reynosa Núm. 1 .— (Fig. 5 ) . Todos los desarrollos arenosos que hasta la fecha han resultado productores (dos de aceite y seis de gas y destilado) en la estructura de Reynosa, están muy bien definidos en el registro radioactivo del pozo Reynosa núm. 1, descubridor de la estruc­tura. También lo están los intervalos constituidos por arenas compactas, arenas arcillosas y lutitas. Fué posible fijar en todos los desarrollos are­nosos productores los intervalos con probable porosidad.

Entre las curvas de los rayos gama y del neutrón y las curvas del potencial natural y de la resistividad, respectivamente, de los registros co­rrespondientes al pozo Reynosa núm. 1, existe una similitud que podemos considerar magnífica. Entre los cuatro pozos que hemos estudiado es en dcnde se presenta la mayor y mejor semejanza.

En general, el registro radioactivo proporciona información semejante a la que se obtiene con el registro eléctrico, pero menos completa. Es conveniente recordar que el registro radioactivo no diferencia el tipo de fluido (aceite, gas, agua) que impregna a las rocas porosas. Entre las curvas respectivas de ambos registros existe, por lo regular, una semejanza aceptable.

La obtención del registro radioactivo, cuando menos por ahora, re­quiere un intervalo mayor de tiempo, pues, como apuntamos, sus dos cur­vas deben registrarse a muy baja velocidad (300 metros por hora) y separadamente.

r^lExicATs'A DE GEÓLOGOS PETROLEROS 319

E . CERVERA DEL CASTILLO

320 BOLETÍN DE LA ASOCIACIÓN

Por otra parte, es de inapreciable valor para obtener información en

aquellos pozos ya entubados, en los cuales durante su perforación, no se

hayan obtenido registros eléctr icos o no se disponga de ellos. P robab l e ­

mente sea litil en pozos cuya producción se obtiene de calizas y dolomitas ,

rocas en las cuales el registro eléctr ico es deficiente.

C O N C L U S I O N E S :

1.—Se considera que el registro radioactivo, cuando menos por ahora , en

los pozos (agujero abierto o entubado en el cual se haya obtenido

registro eléctr ico durante" la perforación) del Nores te de M é x i c o , no

substituye al registro eléctr ico, ni proporciona información adicional

que complementa el conocimiento li tològico de los mismos. Por tanto ,

no se recomienda que se establezca su obtención como práct ica

regular.

I I . — S e considera conveniente probarlo en campos cuya producción se

obtiene de calizas (Zonas de Tampico y Poza R i c a ) .

I I I . — S e considera conveniente utilizarlo en pozos agotados, de los cuales

se carece de registro eléctr ico (Zona Sur ) con el obje to de investigar

la existencia de otros desarrollos arenosos con probable impregnación

de aceite.

APÉNDICE

D E S A R R O L L O S A R E N O S O S

A R E N A M I S I Ó N

Productora de gas y destilado. N o se probó en el pozo Mis ión núm. 2,

pero se encuentra arr iba del nivel del agua salada. Se explota en los pozos

Mis ión núms. 1 y 4 .

A R E N A H E A R D

Productora de gas y destilado. Se probó en el pozo Mis ión núm. 2 .

L ib re de agua salada. S e explota en el pozo Mis ión núm. 2 .

A R E N A C A M A R G O

Productora de gas. S e explota en el pozo Camargo núm. 4 . L i b r e

de agua salada.

A R E N A P A L M A

Productora de gas. P robada en el pozo Camargo núm. 4 . Se explo ta

en el pozo Camargo núm. 5. L ib re de agua salada.

REGISTRO RADIOACTIVO

MEXICAX.\ DE GEÓLOGOS PETROLEROS 321

A R E N A V A L A D E C E S Produc tc ra de gas y destilado. S e explota en el pozo Valadeces

mím. 1. L ib re de agua salada. A R E N A R E Y I S Í O S A

Productora de acei te ligero. N o se probó en el pozo Reynosa núm. 1. S e explota en los pozos Reynosa núms. 2 , 8, 9 , 1 1 , 13 , 14 , 15 y 19 . En el pozo Reynosa niim. 1, se encuentra arr iba del nivel del agua salada.

A R E N A R E T A M A Productora de gas y destilado. N o se probó en el pozo Reynosa núm.

1. Se explota en los pozos Reynosa núms. lü , 17, 2 4 ( terminación d o b l e ) , 2 6 , 2 7 y 31 ( terminación d o b l e ) . L i b r e de agua salada.

A R E N A H U I Z A C H E Productora de gas y destilado. N o se probó en el pozo Reynosa

núm. 1. S e explota en los pozos Reynosa núms. 7, 2 4 ( terminación doble) y 31 ( terminación d o b l e ) . L ibre de agua salada.

A R E N A M E Z Q U I T E Productora de gas y destilado. N o se probó en el pozo Reynosa

núm. 1. S e explota en el pozo Reynosa núm. 2 3 . L ibre de agua salada A R E N A F R O N T E R A

Productora de gas y destilado. S e probó en el pozo Reynosa niím. 1, resultando con agua salada en el intervalo 6 , 5 2 4 ' — 6 , 5 2 9 ' ( 1 , 9 8 8 . 5 — 1 ,990 .0 m e t r o s ) . N o se explota en pozo alguno.

A R E N A E S C O N D I D A Productora de gas y destilado. Se probó en el pozo Reynosa núm. 1.

L i b r e de agua salada. N o se explota en pozo alguno. A R E N A B R A V O

Productora de gas y destilado. S e probó en el pozo Reynosa núm. 1, resultando con agua salada en el intervalo 6 , 9 5 1 ' — 6 . 9 5 9 ' ( 2 , 1 1 8 . 5 — 2 , 1 2 1 . 0 m e t r o s ) . S e explota en los pozos Reynosa núms. 5 y 12 .

A R E N A P E M E X Productora de acei te l igero. S e probó en el pozo Reynosa núm. 1,

resultando con agua salada en el intervalo 7 , 0 7 8 ' — 7 , 0 8 2 ' ( 2 , 1 5 7 . 4 — 2 , 1 5 8 . 5 m e t r o s ) . S e explota en el pozo Reynosa núm. 1.

R C e i O X R O RADIOACTIVO. P O Z O R E Y N O S A 1, n e s i e T R O ELÉCTRICO. R A V O B GAMA. 1 N C U X R O M P O T E N C I A L . N A T U R A L - .

D E l _ A RÍES . 1 r*< ̂ K *^ rvi 1*. n 1 ImJ D E l _ A RÍES .

RESIST IV IDAD

-ao O H M 6 M '

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Aa AREMA ARCLuOBA.

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LL¿i IHTEWWt-O PnOBA&UEMEWTE POROSO.

E S C A L A ' a - : i o o '

REGISTRO RADIOACTIVO P O Z O M I S I Ó N N Q 2 REGISTRO CUCCTRICO

RAVOS GAMA

i r - í C R E M C t S T O D e U A R A D I O A C T I V I D A D -

P O X C N C I A U N A T U R A L -

- l O O MH_IVOL .T5 -

R E S l S T i V i O A D

• 20 O H M S M M -

ARCMA H E A R D

A a , A c ,

U E Y E M D A

ARENA •• ARCIH_OaA

COMRfl.CTA UUTtTA

- AREMOaA.

tma INTERVAI-O PROBABL.CMEMTE POROSO.

EscAi_A a"=\oo'

R E G I S - r n O RADIOACTIVO P O Z O C A M A R G O N94- RESISTCIO ELÉCTRICO R A . V O S C S A 1 M A ] P R O F F30TENCIAl_ HATURAl-

— INCnCMENTO D E l_A PI A D Í O A C T I V I D A D - P l E 5 1 0 0 M l l . lVO l_T3 —

R E S I S T I V I D A D

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R E S I S T R O RADIOACTIVO POZO VALADECES N»1 R E G I S T R O C I _ E : C T R 1 C 0 .

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