DIAGENESIS DE MINERALES ARCILLOSOS- DAÑO EN LA FORMACION 1. Arcilla Termino Termino textural, referente a un tamaño, a una fracción de tamaño. En una roca, la fracción arcilla puede presentar cuarzo, feldesa!o " #i$erales
arcillosos
Dia%&$esis de sedi#e$!os !a#a'o li#o-arcilla( Ca#)ia dr*s!ica#e$!e sus roiedades co#osicio$ales " !e+!urales. . Mi$era Mi$erales les arcill arcilloso osos( s( término que se relaciona a un grupo mineral, es deci decirr un grup grupo o con con carac caracte terí ríst stic icas as quím químic icas as den denid idas as y estr estruc uctur tura a cristalina propia. So$ silica!os idra!ados de alu#i$io, co$ %ruos
O.
Los Los mine minera rale les s arci arcill llos osos os dan dan info inforrmaci mación ón acer acerca ca de los los proc proces esos os de meteorización, transporte desde la tierra asta el mar y procesos diagenéticos tempra tempranos nos y tardío tardíos, s, !odo es!o co$ i#licacio$es e$ las roiedades
e!rof/sicas de 0arios !ios de are$iscas.
Filosilica!os! "rupos #i$ % donde donde tres tres de los cuatr cuatro o oxíge oxígenos nos del tetrae tetraedr dro o est&n compartidos con los tetraedros 'ecinos resultando una relación de #i!$ de (!). Los losilicatos est&n dispuestos en o*as de extensión indenida. El silicio puede estar, en parte, sustituido por +l o -e -e
Los losilicatos consisten &sicamente de dos tipos de capas de &tomos. /na capa presenta #i y $ en forma de tetraedro que se une con otro formando una estructura exagonal. El segundo comprende &tomos de +l y $ 0o $12 que se unen entre sí formando un octaedro, es decir solo est&n ocupadas dos tercios de las posiciones octaédricas y el tercio restante est& 'acante y el +l 3 es el catión octaédrico dominante. +sí, los losilicatos pueden estar formados por dos capas! tetraédrica m&s octaédrica y se denominan ilaminares, 4!4, o T!$5 o ien ien por tres tres capas! capas! una octaé octaédri drica ca y dos tetraé tetraédri dricas cas,, denomi denomin&n n&ndos dose e trilaminares, (!4 o T!$!T.
En algunos losilicatos 0esmectitas, 'ermiculitas, micas...2 las l&minas no son eléctricamente neutras deido a las sustituciones de unos cationes por otros de distinta carga. El alance de carga se mantiene por la presencia, en el espacio interlaminar, o espacio existente entre dos l&minas consecuti'as, de cationes 0como por e*emplo en el grupo de las micas2, cationes idratados 0como en las 'ermiculitas y esmectitas2 o grupos idroxilo coordinados octaédricamente, similares a las capas octaédricas, como sucede en las cloritas. + éstas 6ltimas tamién se las denomina T!$!T!$ o (!4!4. Los cationes interlaminares m&s frecuentes son alcalinos 07a y 82 o alcalinotérreos 09g y :a2. ;or todas sus características cristalinas, los losilicatos tienen las siguientes propiedades! • •
•
1aito o*oso
ios de #i$erales arcillosos #*s i#or!a$!es 1ay cuatro grupos de minerales arcillosos principales! La :aolinita +l (#i($) 0$12% consiste de un tetraedro de #i y uno octaédrico de +l, ellos asoren agua 6nicamente alrededor de las esquinas y no entre las capas, por ello la caolinita no se inca. El grupo de la esmectita 0+l %#i>$4?.n1($0$12%2 anteriormente denominado de la #o$!#orillo$i!a, consiste de tres capas! /na capa octaédrica de +l con dos
tetradricas de #i, por ello el agua puede entrar entre las dos capas tetraédricas y por lo tanto la esmectita si se inca en presencia de agua y tiende a dispersarse en pequeñas placas. La esmectita durante el proceso de perforación ace una torta de lodo impermeale, aciendo que la perdida de agua del lodo durante dico proceso sea a*a. •
@entonita! :eniza 'olc&nica alterada compuesta principalmente por montmorillonita. Tiene la propiedad de aumentar 'arias 'eces su 'olumen cuando es sumergida en agua.
El %ruo de la illi!a( La illita es un mineral arcilloso relacionado a la esmectita, sin emargo en su estructura, el 8 se alo*a en la estructura exagonal formada por los tetraedros de #i, entonces el 8 enlaza amas capas y por ello esta illita no se inca en el contacto con el agua. :uando la illita se deposita en los poros forma una estructura de panal o rosa que causa una pérdida de porosidad efecti'a. Las partículas de illita se caracterizan porque no se incan en contacto con agua dulce, como si ocurre con la esmectita pero la illita puede migrar a tra'és de las gargantas de los poros, ocasionando una pérdida de permeailidad. +nteriormente se pensaa que el daño en la permeailidad era deida al incamiento de la esmectita pero la caolinita es adem&s un mineral arcilloso muy per*udicial deido a que sus laminas son delicadamente pegadas al poro y f&cilmente desplazales. ;or ello La caolinita loquea los poros. Las caolinitas son menos solules en &cidos y la migración de las partículas a tra'és de los poros puede ser pre'enida por el tratamiento con ciertos polímeros como el poliidróxido de aluminio inmediatamente después del completamiento del pozo. El daño ocasionado por las illitas puede ser pre'enido utilizando agua salada o una solución de cloruro de potasio.
Las clori!as( :ontienen altas cantidades de -e y 9g, y se disuel'en en acido idroclórico pero forma un precipitado gelatinoso de idróxido de ierro que es extremadamente per*udicial para la permeailidad. 9ucos pozos cuando son tratados con este acido en 'ez de aumentar su 'elocidad de producción, la disminuyen. La estructura de los minerales arcillosos a sido estudiada a tra'és de estudios de difracción de rayos A 0
Caoli$i!a SEM
Caoli$i!a 2suerior3 " #o$!#orillo$i!a 2i$ferior3
Illi!a co#o ce#e$!o e$ are$iscas. De)ido a 4ue for#a$ 5)ras 4ue ac!ua$ co#o ue$!es so)re los oros, des!ru"e !o!al#e$!e la orosidad de u$a are$isca
Es#ec!i!a, $6!ese su for#a o7osa, co#o o7uelas 4ue e$ co$7u$!o for#a$ es!ruc!uras se#e7a$!es a u$ a$al de a)e7as + los minerales arcillosos, cuando entran en contacto con agua con sales disueltas, les sucede que los iones metalicos se pegan a la estuctura de ellas, es decir ay intercamio cationico de ases! 8 y amonio desplazan al :a. La
ca$!idad de )ases i$!erca#)ia)les se de$o#i$a caacidad de i$!erca#)io ca!io$ico 2CEC3 #e4ui08%r . La esmectita tiene una gran :E: deido a que los cationes pueden ser asoridos entre las capas tetraedricas. ;or lo tanto estos cationes se pueden mo'er como los iones disueltos en el agua a tra'es de los poros de la roca, lo que ace que la conducti'idad de las areniscas que contienen minerales arcillosos depende de la conducti'idad de los iones en el agua y de la conducti'idad de los iones en los minerales arcillosos #i :o es la :onducti'idad de la roca, completamente saturada con agua 218Ro3 y :C es la conducti'idad del agua 04DBC2. El exceso de la conducti'idad es deida a la cantidad de cationes intercamiales en las arcillas.
Ecuaci6$ de 9a+#a$ : S#i!s 04DBt24D- 004DBC23@F'22 @! 8te F'! :E: miliequi'alentes de 7aD4 cm de poros BC! Besisti'idad del agua Bt5 Besisti'idad de la roca -! -actor de formación de +rcie
El efec!o de la co$duc!i0idad de los #i$erales arcillosos ace 4ue la resis!i0idad de la roca R! sea #*s )a7a de lo 4ue es e$ realidad. Si S;
=. Dia%&$esis de las rocas arcillosas
Es!ruc!uras ri#arias( Bepresentan una importante fuente de interpretación amiental
a. Es!ra!i5caci6$ orizo$!al( Fisi)ilidad( ;ropiedad de la roca a partirse a lo largo de supercies planas, paralelas a la estraticación, es producida por l&minas ricas en 9$ y por la orientación paralela de los losilicatos. Las Laminas en sales son unidades depositacionales con limites netos o agradacionales, representan e'entos episódicos en la cantidad y naturaleza del suministro de clastos, dicos e'entos son controlados a su 'ez por 'ariaciones clim&tica, retraa*amiento y redepositación
relacionados a tormentas, camios en la química del agua que permite por e*., la precipitación de minerales como calcita y yeso y a 'ariaciones en la producti'idad de organismos planctónicos, suministrando calcita, #i$(, ;$% y 9$
). Es!ra!i5caci6$ aralela $o co$!i$ua( :ominación de depositación de partículas en suspensión y alguna acción de corrientes en el fondo oce&nico
c. Es!ra!i5caci6$ le$!icular( Episodios de transporte de partículas en tracción formando ripples de limo y arena intercalados con depósitos nos en suspensión tamaño lodo.
d. Es!ra!i5caci6$ %radacio$al!
>ioer!ur)aci6$! Las areniscas en la playa pueden ser atra'esadas por gusanos marinos y otros organismos. T6neles, formas comple*as. Las arcillas aquí son introducidas por organismos 0iogénica2
•
Es!ruc!uras !e#ra$as de co#ac!aci6$ " defor#aci6$ ! #e desarrollan durante e inmediatamente después de la depositación e indican camios amientales! camios por gra'edad, compresión 'ertical, camios en densidad entre los diferentes constituyentes, mo'imientos de los =uidos, procesos de desecación por exposición suaérea 0mudcracGs2, lie%ues si$sedi#e$!arios 2rerese$!a$
es!ruc!uras su)acu*!icas i$dica$do aleocorrie$!e3 !ur)idi!as dis!ales. Es!ruc!uras
direccio$es
de
dia%e$&!icas(
=.1.
Sales( Bocas generadoras y sello.
losilicatos sufren camios principalmente como efecto del aumento en la temperatura y de la composición química m&s que la p resión.
Co#ac!aci6$ e$ sales( #us efectos son críticos en la e'olución de la porosidad desde los sedimentos 0losilicatos2 asta la condición nal de roca.
En los primeros )?? m de profundidad la 'elocidad en la que disminuye la porosidad es alta y luego disminuye. La tasa a la cual disminuye la 'elocidad depende del tipo y tamaño de las Ko*as de los losilicatos, cationes asoridos, composición y p1 de los =uidos que circulan por los intersticios, temperatura de enterramiento, tiempo. /no de los efectos de la compactación es la siilidad de los sales, la cual es proporcional al grado de orientación preferencial de los losilicatos, es claro que la sorepresión contriuye a dica disposición, pero tamién otros factores relacionados a la presencia y cantidad de cuarzo y feldespato, estos 6ltimos limitan la orientación. La concentración de 9$ act6a como un agente dispersante que fa'orece la orientación paralela.
Color e$ los sales( El color es de origen detrítico y representa el color original de los diferentes tipos de losilicatos o de los pigmentos de ematita traídos desde los suelos ro*os. Es principalmente controlado por la proporción -e3(D-e3 y 9$. +ltas proporciones generan colores ro*izos y a*as concentraciones, tonalidades 'erdes.
ios de sales( El tipo de losilicatos controla la densidad, plasticidad, siilidad, compactailidad y reacción a la meteorización. Los sales pueden tener! losilicatos, cuarzo y feldespatos. +dem&s óxidos de ierro, calcita, fosfatos y sulfatos y materia org&nica. +dem&s se identican fragmentos de carón 0estudios de 'itrinita para conocer istoria térmica de la cuenca2 •
• •
#ales calc&reos! + mayor contenido de calcita y dolomita 0precipitados en amientes marinos y de agua dulce2, menor siilidad #ales silíceos! ;orcelanitas y liditas. J#i$ ( >)J, a*a porosidad #ales ituminosos! laminación con alternancia de l&minas de losilicatos y caronatos. +n&lisis de Gerógeno.
?. Dia%e$esis e$ Are$iscas( Las areniscas no son omogéneas.
Es!ruc!uras sedi#e$!arias( La#i$aci6$ i$cli$ada 2cross)eddi$%3
Marcas de olea7e 2rile #ar@s3( En la supercie de los planos de estraticación, representan las olas 'istas en aguas someras a lo largo de corrientes y playas
Meca$is#os de dia%&$esis( :ompactación, cementación, recristalización y disolución, todos son resultado del =u*o de agua a tra'és de la roca.
Fac!ores 4ue des!ru"e$ orosidad( La ;orosidad es destruida por la depositación de sílice secundaria en los granos, dica sílice pro'iene de la disolución de los granos de cuarzo en puntos de contacto entre ellos y donde se concentran los esfuerzos! resi6$ soluci6$. La sílice secundaria cure los granos originales de arenisca y crece en los poros de adentro acia afuera, quedando como cristales de sílice. Este proceso puede continuar asta que la porosidad es pr&cticamente destruida. Es frecuente 'er que una arenisca tenga una uena porosidad en una localidad y luego en otra estar totalmente cementada.
recii!acio$ de calci!a! Es el primer mineral secundario precipitado en los poros.
Mi$erales arcillosos e$ Are$iscas( Los minerales arcillosos que se alo*an dentro de los poros tienen efectos importantes en las propiedades de la roca reser'orio.
ios de arcillas se%B$ su ori%e$( a. Arcillas alo%&$icas(
fra%#e$!os de lodo e#)e)idos e$ las are$iscas o la arcilla uede ser i$!roducida or acci6$ de or%a$is#os 2)ioer!ur)aci6$3.
). Arcillas au!i%&$icas( Las partículas arcillosas se pueden depositar al mismo tiempo que las partículas arena y pueden tener un origen igual o diferente. Tamién puede pasar que las lodolitas se ayan depositado en un amiente le*ano al de las areniscas 0en amientes de aguas quietas y profundas2 y si ay =uidos calientes que atra'iesen la secuencia de sales 'an a acarrear en solución minerales arcillosos. +l llegar a las areniscas, la solución entrar& por los poros y depositar& cristales de minerales arcillosos en ellos! arcillas au!i%&$icas ya que aunque 'ienen de otro lado diferente al de las arenas, se precipitan donde se encuentran depositadas dicas areniscas. Las arcillas en las areniscas ocurren en cuatro formas diferentes! com6nmente ellas se Kpegan a las supercies de los granos y rodean los poros 0pore lining2 o pueden extenderse asta que llenen completamente los poros 0pore lling2. +lgo que ocurre menos frecuentemente se relaciona a que la arcilla reemplace granos minerales, especialmente de feldespatos 0pseudomorfous replacement2 o que las arcillas rellenen fracturas 0fracture lling2.
EFECOS ERDICIALES DE LAS ARCILLAS AIGENICAS EN LAS ROCAS RESERORIO Las arcillas autigenicas intereren con el desarrollo de los campos petroliferos en cuatro formas! 4. ;erdida de porosidad primaria! La precipitacion de los minerales arcillosos parcialmente pueden llenar los poros originales (. 9icroporosidad! Belacionada a Los intersticios entre las laminas de las arcillas, la cual es una porosidad no efecti'a es decir que no permite el paso de aceite ni tampoco lo almacena deido a que las fuerzas capilares y moleculares mantienen el agua en estos espacios pequeños y no de*an entrar a otra fase 0aceite o gas2. En el calculo de las reser'as esta porosidad no dee ser incluida sino que dee deducirse de la cantidad de poros ocupados con agua, por ello la porosidad usada para calcular reser'as deeria ser M04N#C2, factor denominado
2"drocar)o$ ore olu#e3
. Extraconducti'idad! Los cationes intercamiales en los minerales arcillosos conducen electricidad y por lo tanto reducen la resisti'idad de las areniscas aciendo que se pueda soreestimar la cantidad de agua en la formacion y suestimar el contenido de aceite %.
orosidad secu$daria :omo anteriormente se señala, la porosidad de las areniscas tiende a disminuir al aumentar la profundidad deido a la reorganizacion de los granos por accion
de la sorecarga, dando como resultado la depositacion de caronatos secundarios y de silice en los poros. + una profundidad mayor a H???O 0(.4??m2 la M secundaria empieza a aparecer. Esta se forma por el mo'imiento de =uidos calientes los cuales disuel'en ciertos granos minerales 0calcita, feldespatos y líticos2 aumentando la porosidad. Evidencias de disolución: :orrosión
en los granos y moldes 0ca'idades de antiguos granos que ya fueron completamente disueltos2 ;ara que la Msec sea económicamente signicati'a la Mprimaria deió aer sido completamente destruida
Efec!os del lodo de erforaci6$ so)re las are$iscas ;erforación! Mud cake. ;ara disminuir la in'asión del lodo y del ltrado del lodo se toman ciertas medidas para disminuir la permeailidad de la torta y por ello mucos de los solidos del lodo permanecen en la torta y no entran a los poros de las areniscas. #in emargo una pequeña cantidad de partículas nas entra a la formación y tiende a loquear los poros en las cercanías al ueco. El ltrado del lodo entra a la formación 0zona in'adida2, si la arenisca contiene arcillas expansi'as, estas pueden =ocular por acción del agua salada de formación. P si al sistema entra agua dulce, se da la expansión de las arcillas que allí estén. ;ara e'itar esto, se aplican ciertos compuestos químicos en el lodo de perforación que pueden acer que las arcillas se disgreguen 0rompan los =óculos2 en los poros de la arenisca. +un, si no ay incamiento de las arcillas el =u*o del agua puede acer que las partículas de la arcilla se mue'an y loqueen los poros #i ay aceite en la formación, el agua puede formar emulsiones estales o películas de asfalto que loquean los poros. #i los químicos que 'ienen en el lodo de perforación reaccionan con los componentes que ay en el agua de formación se forman precipitados que tamién pueden loquear los poros. Los sólidos que 'ienen en el lodo pueden causar que el aceite sea desplazado de tal manera que la permeailidad de la arena al aceite disminuya signicati'amente La cantidad por la cual la producti'idad del pozo es reducida se denomina skin efect Es muy difícil, y en algunos casos imposile, corregir el daño eco a la formación por el ltrado del lodo de perforación. La 6nica solución es fracturar idr&ulicamente la arenisca mas all& de la zona de in'asión pero no es practico para unidades Klandas.
Efec!os de la erforaci6$ e$ lodoli!as 2sales3( El agua en el lodo de perforación tiene efectos noci'os sore los sales. ;rimero causa que mucos sales se incen, lo cual causa que las paredes del pozo colapsen, por lo que grandes trozos de sales caen de las paredes y
deen ser e'acuados. En el peor de los casos, el sale pega la tuería y el agua dispersa las partículas de esas rocas. Los fragmentos disgregados son muy pequeños y traspasan el mud cake e incrementan los solidos que pasan al lodo y por ende aumenta la cantidad de sólidos que pueden pasar a la formación 0zona in'adida2. Los an&lisis de laoratorio y de campo an demostrado que los polímeros añadidos al lodo ayudan a controlar la dispersión, pero no su expansión ni su colapso. El cloruro de potasio en el lodo a una concentración de N)J ayuda a controlar la dispersión y el colapso, ya que los iones de 8 entran en los espacios del #i en las capas tetraédricas los cuales mantienen a las capas *untas.
