Cap09 Sw en Arenas Arcillosas

PETROFÍSICA E INTERPRETACIÓN DE REGISTROS DE POZO Herramientas – Control de Calidad - Principios de Interpretación

Saturación de Agua en Areniscas Arcillosas Ing. Andrés E. Mantilla Z., Ph.D. Geol. Ricardo Bueno Silva, M.Sc.

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Conductividad en Rocas Limpias vs. Arcillosas

Roca Limpia Ro = F Rw Co =

,o

Co Cw/F

Cw

1 F

Cw

F

Roca Arcillosa Co =

Cw

+X

Co

F

X

Cw/F

X es el exceso de conductividad causado por los minerales arcillosos, que son conductores de corriente Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

1 F

Cw 2

“Missed Pay” en Areniscas Arcillosas • El exceso de conductividad de las arcillas hace que los registros presenten lecturas bajas de resistividad profunda en areniscas arcillosas.

• La Saturación de Agua es inversamente proporcional a Rt

Sw

n

FRw = Rt

• El cálculo de saturación con el método convencional de Archie puede dar como resultado valores anómalamente altos de Sw ⇒ una zona petrolífera en una arena arcillosa se podría calificar como poco atractiva Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

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Conductividad en Rocas Limpias vs. Arcillosas El efecto de exceso de conductividad de las arcillas es función de la conductividad del agua de la formación.

F = Cw/Co

La sobreestimación de Sw en arenas arcillosas es más significativa en presencia de aguas de formación de relativa baja salinidad. Si el agua de formación es de alta salinidad, la sobreestimación de Sw es menor. Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

Arenisca Limpia a illos c r A sca i n sa e o Ar l l i rc A uy M a sc i en Ar

Cw

Cw +X Co = F 4

Modelos de Saturación de Agua • Se han desarrollado ~40 modelos para calcular la saturación de agua • El modelo de Archie es para formaciones limpias, y asume que la roca es un aislante eléctrico perfecto

Sw

n

FRw = Rt

Todos los otros modelos tienen en cuenta la conductividad de los minerales arcillosos presentes en la roca Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

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Algunos Modelos de Sw en Areniscas Arcillosas ƒ Algunas ecuaciones usadas para arenas arcillosas son: ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

Simandoux Indonesia Waxman-Smits Doble-Agua Nigeria

ƒ Dos tipos de modelos para arenas arcillosas:

ƒ Modelos basados en Vsh ƒ i.e,, Simandoux, Indonesia y Nigeria

ƒ Modelos de “Doble Capa” (Evitan el uso de Vsh) ƒ i.e., Waxman-Smits y Doble Agua Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

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Predicción de Sw en Areniscas Arcillosas

ƒ No hay un modelo que funcione de manera general. ƒ Lo importante es obtener la calibración de algun modelo vs. resultados de campo, de modo tal que el modelo prediga adecuadamente la saturación de agua, el corte de agua, etc. ƒ Generalmente, con los modelos de Archie y Doble Agua se pueden resolver la mayoría de los problemas. ƒ En ciertos casos, Simandoux, Indonesia, u otros modelos producen resultados satisfactorios.

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Modelo Simple para Areniscas Arcillosas Areniscas limpias Matriz arenosa limpia

Swirr

φefectiva

Areniscas arcillosas Matriz arenosa limpia

HCs

Arcilla S + Limo wb

Swirr

HCs

φtotal Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

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Método Simple de Sw para Areniscas Arcillosas

a Rw Sw = n m φ Rt

Si Vshale < 20% :

Donde φ es la porosidad TOTAL (fracción) obtenida del crossplot de D-N φ N + φD zonas de aceite y/o agua φ = t

2 2 2 φ N + φD φt = 2

zonas gasíferas

Si Vshale > 20% : Utilizar como Waxman-Smits, Doble Agua, Simandoux, Indonesia. Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

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Archie vs. Modelos de Vshale

ƒ Archie

ƒ Simandoux ƒ Indonesia ƒ Nigeria

Ct = C w

φe m

Ct = C w

a

Sw

φe m

n

n

Sw n −1 + S w VshCsh a (1 − Vsh )

Cw n / 2 1− (V / 2 ) n/2 Ct = S w + Vsh sh Csh S w F 2 ⎛ φ m/2 ⎞ n/2 V 1 sh ⎟S w =⎜ + Rt ⎜⎝ aRw Rsh ⎟⎠

Todos los modelos de Vsh son similares: Ct = Cclean + Cshale Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

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Predicción de Sw en con Modelos de Vshale ƒ Los modelos de Vsh solo dependen de parámetros que se pueden obtener —en principio— de los registros convencionales. Esto ha hecho que su uso sea frecuente. ƒ Los métodos de estimación de Vsh tienden a sobreestimar el valor real de la fracción arcilla. ƒ Un problema de los modelos de Vsh es la suposición de que los shales circundantes: ƒ Son representativos de los minerales arcillosos en la zona de interés. ƒ Están compuestos por 100% arcilla. ƒ Intuitivamente, los modelos de Vsh deberían funcionar bien para areniscas con arcilla laminada, pero tienden a fallar en areniscas con arcilla dispersa. Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

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Distribución de Arcillas en la Roca

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El Modelo de Doble Capa ƒ Las arcillas tienen un déficit de carga eléctrica.

(Stern, 1924) ƒ Para balancear la carga, en presencia de electrolitos se adsorbe una capa de cationes cerca de la superficie de las láminas de arcilla. Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

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Capacidad de Intercambio Catiónico de las Arcillas

Tipo de Arcilla

CEC, meq/gr

Caolinita

0.02 - 0.15

Ilita

0.20 – 0.30

Esmectita

0.80 – 1.50

Clorita

0.05 – 0.35

Glauconita

0.20 – 0.40

Capa Mezclada

~0.20 – 0.70

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Modelo de Waxman-Smits

⎛ φt m ⎞ n ⎛ φt m ⎞ n −1 ⎟ S wt + BQv ⎜ ⎟ S wt Ct = Cw ⎜⎜ ⎟ ⎜ a ⎟ a ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ƒBQv: Conductividad de la arcilla (1/Ωm) en una arena 100% Sw ƒReorganizando términos en función de Resistividades:

F ⎛ 1 BQv ⎞ n ⎟⎟ S wt = ⎜⎜ + Rt ⎝ Rw S wt ⎠ Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

F=

a

φt

m

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Nuevos términos:

ƒ Qv: En (meq/ml), es una función de la Capacidad de Intercambio Catiónico (meq/gm arcilla seca) ƒ Mide la cantidad de cationes intercambiables presentes

QV =

CEC (1 − φt )ρ ma

φt

ƒ B: La conductividad especifica de los iones intercambiables (mho/m por meq/cc) ƒ Indica que tan efectivamente los cationes conducirán la electricidad. Es un factor para convertir concentración en unidades de actividad (Qv), a conductividad Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

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Waxman-Smits

Swt es obtenido iterativamente: F ⎡ ⎢ Rt S wt i +1 = ⎢ ⎢ 1 + BQ / S V wt ⎢⎣ Rw

(

1

i

⎤n ⎥ ⎥ ⎥ ⎥⎦

)

Donde Swt|i+1 es el valor de Swt en la iteración i +1, y Swt|i es la Swt en la iteración i. Se requiere entonces una suposición de Swt para la iteración inicial (Swt |0)

(

B = 1 − 0.83e

− (0.5 / Rw )

)B

max

Nota : Rw en la ecuación de B es a 75 ºF Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

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Máxima Conductancia equivalente de intercambio de Iones de Sodio, Bmax, o λNa vs. Temperatura

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Bmax

El comportamiento de Bmax vs. logaritmo de temperatura es mas o menos lineal

Bmax = (51.31)Ln( T ) - 317.2 donde la temperatura está en grados Rankine

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Máxima Conductancia Equivalente de Intercambio de Iones vs. Rw y Temperatura

(Waxman and Thomas, 1974) Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

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Capacidad de Intercambio Catiónico de las Arcillas

Tipo de Arcilla

CEC, meq/gr

Qv, meq/ml

Rarcilla doble capa, ohm-m

Salinidad Equivalente de NaCl, ppm

Caolinita

0.02 - 0.15

0.05 – 0.40

0.178

15000

Ilita

0.20 – 0.30

0.55 – 0.83

0.086

32000

Esmectita

0.80 – 1.50

2.00 – 3.90

0.018

300000

Clorita

0.05 – 0.35

0.15 – 1.10

0.065

45000

Glauconita

0.20 – 0.40

0.56 – 1.10

0.065

45000

Capa Mezclada

~0.20 – 0.70

0.54 – 1.90

0.038

90000

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Valores para Qv ƒ La medición de CEC y/o Qven el laboratoriono es trivial, y depende de la técnica de preparación de la muestra. ƒ El conocimiento del tipo de arcillas presentes y su distribución, es importante para asumir valores de Qv si no se tienen medidas de laboratorio ƒ Sin embargo, algunas reglas de dedo gordo para Qv: Arenisca Muy Arcillosa: Arcilla Arcillosa: Arenisca Moderadamente Arcillosa: Arenisca Poco Arcillosa: Arenisca Limpia:

Qv =1.50 Qv =1.00 Qv =0.50 Qv =0.25 Qv =0.00

ƒ Qv se puede correlacionar con registros (e.g.,GR, SP, φ ), pero las correlaciones son específicaspara ciertas áreas , y no deben extrapolarse a otros ambientes/lugares. Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

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Modelo de Doble Agua ƒ El modelo de Doble Agua es una forma mas general del modelo de Waxman-Smits. ƒ Considera la exclusión de aniones (e.g., Cl-) en la vecindad inmediata de las láminas de arcilla. ƒ Esto hace que el agua ligada a las arcillas sea menos conductiva que el agua libre de la formación, dando origen al nombre de “Doble Agua” Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

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Modelo de Doble Agua ⎛ φt m ⎞ n ⎛ φt m ⎞ n −1 ⎟ S wt + S wb (Cwb − C w )⎜ ⎟ S wt Ct = C w ⎜⎜ ⎟ ⎜ a ⎟ a ⎝ ⎠ ⎝ ⎠

Para determinar Sw, hay que usar métodos iterativos, al igual que con W-S ⎤ ⎡ F ⎢ ⎥ Rt ⎢ ⎥ S wt i +1 = ⎢ 1 S wb ⎛ 1 1 ⎞⎥ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎥ + − ⎢ ⎢⎣ Rw S wt i ⎝ Rwb Rw ⎠ ⎥⎦ Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

1 n

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Modelo de Doble Agua

ƒ Nuevos términos: ƒAmbos dependen de CEC ƒSwb: Saturación del agua ligada a las arcillas (bound water) ƒSwb = f(CEC, Cw) ƒSwb = vQQv ƒ Cwb: Conductividad del agua ligada a las arcillas ƒCwb = g(CEC, Swb) ƒCwb = β/vQ Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

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Valores de vQ y Cwb para el Modelo de Doble Agua

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Predicción de Sw en con Modelos de Doble Capa

ƒ Los modelos de Doble Capa son mejores aproximaciones al fenómeno de conductividad en areniscas arcillosas, y por tanto deben dar como resultado mejores predicciones de Sw ƒ Sin embargo, requieren calibración con corazones para que los estimativos de Sw sean precisos

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Conclusiones

ƒ No hay un modelo perfecto, lo importante es la calibración de alguno. ƒ Generalmente, con los modelos de Archie y Doble Agua se pueden resolver la mayoría de los problemas.

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Ejemplo Pozo X

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