EXPERIENCIA 4. DETERMINACIÓN DE LA POROSIDAD POR EL MÉTODO DEL POROSÍMETRO RUSKA DE EXPANSIÓN DE HELIO.
DÍAZ GUTIERREZ JUAN SEBASTIAN
CÓD. 201311 2013111!43 1!43
POLANIA BARRAGAN "RANCISCO JOSE
CÓD. 201311 2013111!#!# 1!#!#
ROA OSORIO PAOLA PAOLA ANDREA
CÓD. 2013111!!3
$ALENCI $ALENCIA A MU%OZ LAURA SO"IA SO"I A
CÓD. 2013111!30
TRABAJO PRESENTADO EN LA ASIGNATURA AN&LISIS DE N'CLEOS CÓDIGO BEINPE0(130)* GRUPO 01 PRO"ESOR TITULAR+ JA J A$IER ANDRES MARTINEZ PEREZ
UNI$ERSIDAD SURCOLOMBIANA "ACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE PETRÓLEOS NEI$A* MARZO 1! 201#
ÍNDICE
Pág.
1. OBJETI$OS
3
2. ELEMENTOS TEÓRICOS
4
3. PROCEDIMIENTO ,DIAGRAMA DE "LUJO-
4. TABLA DE D ATOS
)
!. RESULT RESULTADOS MUESTRA MUESTRA DE C&LCULOS C&LCULOS
/
#. AN&LIS AN&LISIS IS DE RESUL RESULT TADOS
11
. DESARROL DESARROLLO LO DEL TALLER TALLER
12
). CONC CONCLU LUSI SION ONES ES
1
/. CUES CUESTI TION ONA ARIO RIO
1)
RE RECOMENDACIONES
2
BIBLIOGR A"ÍA BI
2)
OBJETI$OS OBJETI$O GENERAL •
Determinar la porosidad efectiva de una muestra usando el porosímetro de expansión de helio.
OBJETI$OS ESPECÍ"ICOS •
•
•
•
•
Conocer los diferentes tipos de porosidad y que otros métodos se usan para hallarla, y cuáles son los factores que la afectan. Comprender el concepto de porosidad y reconocer cual es la importancia de esta propiedad. Adquirir habilidad habilidad en el maneo maneo del del porosímetro porosímetro de expansión expansión de !elio para obtener los resultados dentro del menor ran"o posible de error. Anali#ar los factores factores que afectan los cálculos cálculos de la la porosidad porosidad efectiva efectiva y absoluta absoluta de una muestra. $econocer el promedio de porosidad como una herramienta %til para dar un valor "eneral de porosidad de un yacimiento y así miti"ar la hetero"eneidad que se presenta en el mismo.
Determinación de la porosidad por el método del Porosímetro Ruska de expansión de Helio. 3
ELEMENTOS TEÓRICOS LE DE BOLEMARIOTTE &l estado de un "as está caracteri#ado por tres ma"nitudes físicas que son' su (resión )(*, +olumen )+* y su temperatura )*. Durante un cambio de estado pueden variar dos de estas tres ma"nitudes permaneciendo constante la tercera. -i la temperatura no varía se cumple entonces la ey formulada por $obert /oyle y &dme 0ariotte'
“El volumen de una masa fija de gas es inversamente proporcional a su presión cuando su temperatura permanece constante. O sea: PV = constante” Así, por eemplo, si un "as encerrado en un recipiente cilíndrico provisto de un émbolo se somete a diversas presiones ( 1, (2, y los vol%menes son en cada caso +1, +2, respectivamente, se cumple que' ( 1+1 3 (2+24 -iempre que la temperatura no haya variado. -i la presión aumenta, el volumen disminuye. a teoría cinética de los "ases permite explicar la ey de /oyle 5 0ariotte. &n efecto, al disminuir el volumen de un "as, el n%mero de moléculas que en cada momento chocan con las paredes del recipiente aumenta porque tienen menos espacio para moverse y por consi"uiente hay un aumento de presión. o contrario sucede si hay un aumento de volumen. a velocidad de las moléculas no cambia por permanecer constante la temperatura. &l PORO!"E#RO $E E%P&'()', se basa en una de las tres leyes de los "ases ideales, la enuncia por /oyle5 0ariotte, que "obierna la expansión isotérmica para determinar el volumen desconocido de sólidos colocados en una cámara de expansión )volumen conocido*. a ley de /oyle enuncia que para un peso dado de "as a temperatura constante, el volumen varía inversamente con la presión absoluta4 esto es' v ∝ )1 6(*. &l helio esta inicialmente contenido en una cámara fuente a presión y volumen conocidos )(1, +1*. &l helio es expandido hacia una cámara, donde se encuentra la muestra, de volumen conocido, +2 y la presión (2 es medida. Aplicando la ley de /oyle, se calcula el volumen de "ranos de la muestra y midiendo el volumen total, se calcula la porosidad efectiva.
POROSIDAD (ropiedad petrofísica que representa el espacio en la roca que no está ocupado por nin"%n material o mineral, con lo que permite el almacenae de fluidos, es una relación entre el volumen poroso respecto al volumen total de la roca, matemáticamente es una fracción que puede tener valores entre 7 y 1, que además es expresada porcentualmente. Determinación de la porosidad por el método del Porosímetro Ruska de expansión de Helio. 4
a forma en la que se distribuye el espacio poroso en una roca depende del empaquetamiento y tama8o de los "ranos, por eemplo en las "ravas y arena la porosidad es mucho mayor respecto a las areniscas y con"lomerados, esto se debe al "rado de consolidación y compactación, dado en el proceso de sedimentación de la roca, pues los menos consolidados presentan mayor porosidad. A medida que los sedimentos sufren el proceso de litificación, la porosidad se pierde pro"resivamente, y si hay formación de un material cementante, éste entra a ocupar los espacios porosos restantes, disminuyendo más la porosidad de la roca. 0atemáticamente se expresa como' ∅=
V p V T
T 56 7585+ 1* (orosidad se"%n la comunicación de los poros. 2* -e"%n el ori"en de la porosidad. 1. (or los procesos de litificación, al"unos de los espacios vacíos quedaron aislados de los demás, debido a la excesiva cementación, mientras otros quedaron interconectados. &s por ello que en las rocas í"neas y metamórficas sufren procesos de cristali#ación, entonces es casi nula la interconexión entre poros4 en cambio en las rocas sedimentarias los procesos de formación de roca se dan en ambientes tranquilos ya que todo depende de los sedimentos depositados y las capas que se forman pro"resivamente, siendo más notoria la conexión entre "ranos, a su ve# muestra mayor porosidad. -e"%n la comunicación de los poros, se tienen las si"uientes clases de porosidades' (orosidad Absoluta' $elación entre el espacio poroso total de la roca )+p* y el volumen bruto )+t* de ésta, y matemáticamente se define así, siendo )+"* +olumen de los "ranos' V p V t −V g ∅
=
V T
=
V t
(orosidad &fectiva' $elación entre el espacio poroso interconectado y el volumen bruto de roca, éste tipo de porosidad es la de mayor interés para la industria petrolera ya que permite reali#ar los estudios de cantidad de petróleo y "as in situ, teniendo en cuenta que los hidrocarburos almacenados en los espacios porosos interconectados son los que pueden explotarse parcialmente de un yacimiento. 9ormalmente varía entre ran"os del :; y mayores al 27;4 siendo mayores al 27; como porosidades muy buenas, Determinación de la porosidad por el método del Porosímetro Ruska de expansión de Helio. 5
entre el 1:; y 27; como porosidades buenas, entre 17; y 1:; como porosidades moderadas, entre :; y 17; como porosidades pobres y menores al :; como muy pobres. 0atemáticamente se representa así' Vp orosointerconectado ∅ Ef
=
V total
2. -e"%n el ori"en de la porosidad' a* (orosidad (rimaria' (orosidad inter"ranular, se formó a medida que los sedimentos se depositaban quedando espacios vacíos entre los "ranos y fra"mentos minerales. b* (orosidad -ecundaria' -e conoce también como porosidad inducida o vu"ular, y se formó debido a procesos "eoló"icos posteriores a la depositación de sedimentos, se tiene las si"uientes subclases' 5(orosidad por lixiviación de a"uas subterráneas' -u aparición depende de las topo"rafías de superficies anti"uas de erosión, se requiere tiempo suficiente de erosión, nivel de superficie mayor que el nivel hidrostático para permitir la acción disolvente de a"uas meteóricas. 5(orosidad por
"89:76 ;<6 8=69:8> ?8 7585+ •
•
•
ipo de &mpaque' a eficiencia en esta propiedad petrofísica depende del empaquetamiento de los "ranos, ideali#ando los "ranos de la roca como fi"uras perfectas )esferas*, se puede tener empaques c%bicos, rombohedrales, ortorrómbicos y tetra"onales esferoidales. 0aterial Cementante' (osee incidencia en la firme#a y compactación de la roca sedimentaria, entre mayor contenido exista mayor será su solide#, a medida que aumente la cantidad de material cementante así mismo disminuirá la porosidad ya que éste se aloaría en los espacios disponibles para la acumulación de fluidos. &l material cementante afecta la porosidad ori"inal, el tama8o, la forma y la continuidad de los canales porosos. =eometría y Distribución de los =ranos' &l "rado de erosión, las condiciones de transporte y sedimentación, las acciones de compresión sobre las rocas, así mismo será la irre"ularidad de los "ranos, para ello se tiene en cuenta al"unos criterios "eoló"icos que definen el "rado de redonde# y esfericidad de los "ranos'
Determinación de la porosidad por el método del Porosímetro Ruska de expansión de Helio. 6
•
•
(resencia de (artículas
PROCEDIMIENTO ,DIAGRAMA DE "LUJO-
CALIBRACIÓN DEL EQUIPO
1. Cerrar as válvulas de de vac!" su#$%$s&r! ' e%&rada de (el$!" a)r$r válvula de e*+a%s$,% ' lue-! e%ce%der el +!r!s#e&r!
. E%c$e%da la )!#)a de vac! ' e*&ra$-a &!das las $#+ure/as 0ue c!%&e%-a el +!r!s#e&r!.
5. C$erre las válvulas de e%&rada ' de su#$%$s&r! de (e" re-$s&re la +res$,% P1
4. Aus&ar el #ed$d!r de +res,% a 2 +s$" ' a)ra la válvula de su#$%s&r! de (e as&a 0ue la +res$,% sea de 122 +s$-
3. C!l!car el c$l$%dr! e% el +!r&a#ues&ra ' +!s&er$!r#e%&e e% el e0u$+!" re-$s&re el v!lu#e% del +!r&a#ues&ra
6. A)ra la válvula de e*+a%s$,% ' la +res$,% leda re-s&rela c!#! P " +asar la válvula de vac! a la +!s$c$,% de ve%&e!
+r!ced$#$e%&! desde el +as! u%as &res veces c!% cada c$l$%dr! as&a 0ue la relac$,% de +res$!%es %! sea #a'!r de
. A)ra la celda ' ca#)$e el cl$%dr! de +res$c$,% +!r !&r! ' re+$&e &!d! el +r!ced$#$e%&!.
Re+$&a &!d! el +r!ced$#$e%&! a%&er$!r" +er! &a#)$:% re-$s&re el v!lu#e% de su %9cle!
8elecc$!%e u% +!r&a#ues&ras adecuad! +ara su %9cle!" +ara ev$&ar err!res de #ed$c$,%
DEER7INACIÓN DE LA PORO8IDAD
. Re+e&$r el
2"221 +s$-
Re-$s&re da&!s ' +r!ceda a l!s cálcul!s. ;IN
Determinación de la porosidad por el método del Porosímetro Ruska de expansión de Helio.
TABLA DE DATOS abla 1. >dentificación de la muestra
N<@67 56 @<6:78 L>:<5 ,9@D@6>>6 D@6:7 ,9@$?<@6> 56 @<6:78 ,9@3$?<@6> 56 7:8 @<6:78 ,9@ 3-
1?@ :.?:@ ?.@@ B7.? @.:
abla 2. Calibración del equipo
C?>57
$?<@6> ,9@3-
1
B.:
2
.B:
P76>* P P1
P2
177 177 177 . . 177
?.1: ?.7@ ?.7B 2.@ 2.: 2.:
P76> P7@65 P P1 P2 177
?.7
.
2.::
abla ?. Datos de la muestra
N 56 @<6:78 1?@
$?<@6> ,9@3B7.?
P76>* P P1
P2
177 177 177
2.2B 2.: 2.1
P76> 7@65* P P1 P2 177
2.?
Determinación de la porosidad por el método del Porosímetro Ruska de expansión de Helio.
MUESTRA DE C&LCULOS ´ V = P ´ V P 1 1 2 2 ´ V = P ´ ( V + V −V − V ) P r r c ca pm 1 2
Donde' +r 3 volumen de la cámara de referencia +c3 volumen de la cámara donde es introducida la muestra +ca3 volumen del cilindro de acero (1 y (23 presiones promedio +pm3 +olumen del porta muestras Esando los datos de la tabla 2 de calibración del equipo reempla#a en la ecuación anterior y se obtienen dos ecuaciones con dos incó"nitas' •
&cuación 1
100 V r
´ 1 V r = P ´ 2 ( V r + V c −V ca −V pm ) P
=34.09 ( V r + V c −68.59−7.5 ) 100 V r−34.09 V r =34.09 V c −2593.9081
65.91 V r
=34.0 9 V c −2593.9081
V r =0.51722 V c − 39.3553
•
&cuación 2
Determinación de la porosidad por el método del Porosímetro Ruska de expansión de Helio. <
´ 1 V r = P ´ 2 ( V r + V c −V ca −V pm ) P 99.99 V r
= 28.55 ( V r + V c − 49.65−7.5 )
99.99 V r− 28.55 V r =28.55 V c −1631.6325
71.44 V r
=28.55 V c −1631.6325
V r =0.3996 V c −22.8392
>"ualando la ecuación 1 y la ecuación 2, se puede despear las dos incó"nitas' 0.51722 V c −39.3553=0.3996 V c − 22.8392
V c =140.4191 cm
3
$eempla#ando el valor de +c en la ecuación 1, se obtiene' V r =0.51722 ( 140.4191 )−39.3553 =33.2723 cm
3
Ahora se halla el volumen de "rano mediante el despee de la si"uiente ecuación'
´ 1 V r = P ´ 2 ( V r + V c −V g −V pm ) P
V g =V c −V r
( ) ´ P 1 ´ P 2
−1 − V pm
V g =140.4191 −33.2723
(
100 28.34
)
−1 −7.5
3
V g =48.7874 cm
F la porosidad efectiva se calcula de la si"uiente manera' Determinación de la porosidad por el método del Porosímetro Ruska de expansión de Helio. 12
=
∅
V t −V g V g
=
60.34
−48.7874
48.7874
=0.257=25.7
AN&LISIS DE RESULTADOS os resultados obtenidos revelan que la muestra asi"nada, el n%cleo 9o.1@ posee buenas propiedades petrofísicas, prueba de ello es su porosidad efectiva ya que supera el 27;, lo que indica que es muy buena, éste resultado si se compara con las porosidades de las rocas sedimentarias indica que la muestra es arenisca, posiblemente el yacimiento de donde fue extraída tiene como formación productora una arenisca. A pesar de los buenos resultados, hay que se8alar que las presiones leídas, no eran 177 psi, y para que la práctica se llevara a cabo sin már"enes de error, tales presiones deberían ser 177 psi, con ello se incurre en errores de cálculo de la porosidad efectiva, sin embar"o, para efectos peda"ó"icos y de aplicación de conceptos básicos de leyes de "ases y propiedades petrofísicas, la estimación hecha en el laboratorio fue muy aceptable y puede tomarse como un buen dato para estudio de yacimientos. ambién se puede decir que la muestra presenta muy buena interconexión entre sus espacios porosos, por lo que sería un buen almacén para hidrocarburos y a"ua.
Determinación de la porosidad por el método del Porosímetro Ruska de expansión de Helio. 11
DESARROLLO DE TALLER 4. DETERMINACION DE LA POROSIDAD POR EL METODO DEL POROSIMETRO RUSKA DE EXPANSION DE HELIO
1. Calcule el volumen de las cámaras del porosímetro de expansión de helio y la porosidad de su muestra asi"nada. ´ V = P ´ V P 1 1 2 2 ´ V = P ´ V + V −V − V P 1 2( r r c ca pm )
Donde' +r 3 volumen de la cámara de referencia +c3 volumen de la cámara donde es introducida la muestra +ca3 volumen del cilindro de acero (1 y (23 presiones promedio +pm3 +olumen del porta muestras
Determinación de la porosidad por el método del Porosímetro Ruska de expansión de Helio. 1.
Esando los datos de la tabla 2 de calibración del equipo reempla#a en la ecuación anterior y se obtienen dos ecuaciones con dos incó"nitas' •
&cuación 1
100 V r
´ 1 V r = P ´ 2 ( V r + V c −V ca −V pm ) P
=34.09 ( V r + V c −68.59−7.5 ) V r =0.51722 V c − 39.3553
•
&cuación 2
´ 1 V r = P ´ 2 ( V r + V c −V ca −V pm ) P 99.99 V r
= 28.55 ( V r + V c − 49.65−7.5 )
V r =0.3996 V c −22.8392
>"ualando la ecuación 1 y la ecuación 2, se puede despear las dos incó"nitas' 0.51722 V c −39.3553=0.3996 V c − 22.8392
V c =140.4191 cm
3
$eempla#ando el valor de +c en la ecuación 1, se obtiene' V r =0.51722 ( 140.4191 )−39.3553 =33.2723 cm
3
Ahora se halla el volumen de "rano mediante el despee de la si"uiente ecuación'
´ 1 V r = P ´ 2 ( V r + V c −V g −V pm ) P
V g =V c −V r
( ) ´ P 1 ´ P 2
−1 − V pm
Determinación de la porosidad por el método del Porosímetro Ruska de expansión de Helio. 13
V g =140.4191 −33.2723
(
100 28.34
)
−1 −7.5
3
V g =48.7874 cm
F la porosidad efectiva se calcula de la si"uiente manera'
=
∅
V t −V g V g
=
60.34
−48.7874
48.7874
=0.257=25.7
2. >nvesti"ue el ran"o de variación de la porosidad o la porosidad promedio de los Facimientos de petróleo del !uila y olima
C8@ 56? H<?8
R8> 56 7585 ,-
Dina terciario Dina cretáceo (alo"rande Cebu /risas (iao enay -anta clara ello Andalucia sur -an francisco /alcón 0an"os Fa"uara $io ceibas =i"ante a hocha
115 1 151 1 1:521 1 1? 151@ 152? 2 51 1251: 1251? B51 1:521 1: 1
C8@ 56? T?@8
R8> 56 7585 ,-
=uando oldado Abanico
1:527 1 1B52B
?. :77 mililitros de a"ua fueron vertidos dentro de un recipiente. &l recipiente y el a"ua pesan 77 "ramos. (edacitos de roca cali#a fueron adicionados al recipiente Determinación de la porosidad por el método del Porosímetro Ruska de expansión de Helio. 14
hasta que el nivel de los pedacitos coincidía con la superficie del a"ua en el recipiente. Calcular el volumen total y la porosidad del material en el recipiente, si el total del peso del recipiente es de ?7BB "ramos. Ga porosidad calculada es total o efectiva, expliqueH a densidad de la cali#a es de 2.@2 "6cc
W agua + recipiente =900 g W agua + recipiente +caliza =3066 g W caliza =3066 g −900 g =2166 g
V caliza=
W caliza ρ
=
2166 g
3
=796.32 cm
g
2.72
3
cm
V t =V caliza + V agua =796.32 ml +500 ml =1296.32 ml
=
∅
V t −V g V g
=
1296.32
−796.32
796.32
=0.628= 62.8
a porosidad calculada es la total, porque ese volumen de "rano es el total mas no el volumen de "rano interconectado. . En vaso de precipitado fue llenado hasta 2:77 mililitros con dolomita. &l peso de la dolomita colocada en el recipiente es ::11"ramos. Calcule la porosidad, Ga porosidad calculada es total o efectiva, expliqueH a densidad de la dolomita es de 2.B "6cc V t =2500 mldedolomita W dolomita =5511 g
V dolomita =
W dolomita ρ
=
5511 g 2.86
g 3 cm
=1926.92 cm
3
Determinación de la porosidad por el método del Porosímetro Ruska de expansión de Helio. 15
∅=
V t −V g V g
=
2500−1926.92 1926.92
=0.297 = 29.7
a porosidad calculada es la total, debido a que el volumen de "rano utili#ado es el volumen de "rano total, es decir, el interconectado y el que no lo está. :. GCuáles son las ventaas de las diferentes herramientas de re"istros, para determinar la porosidad se"%n la litolo"ía de la rocaH a porosidad puede ser determinada a partir de re"istros como el de absorción de rayos "amma )lito densidad* y los re"istros sónicos y de neutrón. os re"istros de densidad son muy sencillos y prácticos, en formaciones limpias cuyos poros se encuentran saturados con a"ua o aceite el re"istro presenta la cantidad de porosidad saturada de fluido. F se puede calcular si se conoce las densidades de la matri# y el fluido. &l re"istro sónico se basa en el material que constituye la roca, por eemplo en las rocas sedimentarias se puede medir la velocidad del sonido y con ello la porosidad fácilmente. F el re"istro neutrón se basa en la presencia de átomos de hidro"eno y debido a que la cantidad de hidro"eno por unidad de volumen contenido en el a"ua y en el petróleo es similar, el resultado obtenido por este re"istro corresponde a la porosidad.
"UENTES DE ERROR Determinación de la porosidad por el método del Porosímetro Ruska de expansión de Helio. 16
&xiste la posibilidad de presentarse taponamientos en los ductos de "as, que impiden la completa expansión del mismo, lo que no permite la saturación de la muestra, también es posible que la bomba de vacío no haya cumplido con la totalidad de su labor, por ello los errores posiblemente se dieron, aparte del deterioro de los equipos, se pueden incluir errores humanos, pues se necesita sincroni#ación para el auste de las válvulas de apertura y cierre, además del momento de activación de la bomba.
Debido a que en el procedimiento se debe hacer vacío para un buen re"istro de resultados, puede que el equipo presente fu"as en las man"ueras o dentro de las cámaras, lo que hace difícil mantener un equilibrio en la presión, de ahí los datos tomados pueden "enerar errores en el cálculo de los vol%menes.
Determinación de la porosidad por el método del Porosímetro Ruska de expansión de Helio. 1
CONCLUSIONES •
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•
•
a porosidad efectiva es una propiedad de alto interés para la industria petrolera ya que indica la capacidad de almacenamiento de las rocas. a muestra anali#ada posee buna porosidad efectiva por lo que es apta para el almacenamiento y la extracción de hidrocarburo. os valores altos de porosidad indican que la roca posee buena interconexión entre sus espacios porosos. &s importante el efecto que tienen los tipos de empaque, el material cementante, la distribución y "eometría de los "ranos en la porosidad de las rocas. 0ientras más an"uloso sea el "rano y mientras haya buena selección, la roca presentará buenos valores de porosidad. a porosidad medida en laboratorio representa una buena estimación de las condiciones petrofísicas del yacimiento.
Determinación de la porosidad por el método del Porosímetro Ruska de expansión de Helio. 1
CUESTIONARIO 1- &xplique los métodos para determinar el volumen poroso de una muestra. M:5 56 5F?6 96?58 56 ?8 ?6 56 F?6 ,9 56 78>+ Con este método se calcula directamente el volumen del "rano, con este dato se puede obtener el volumen poroso mediante la si"uiente relacion' Vp=Vt −Vg Vp 3 +olumen poroso
Vt = ¿ +olumen total de la muestra Vg=¿ +olumen del "rano
&l principio en el cual se basa este método es la ey de /oyle la cual afirma que a condiciones isotérmicas y masa constante en un sistema se obtiene la si"uiente relación' (1+1 3 (2+2 &l volumen de "rano se mide en un aparato que consiste de dos cámaras conectadas de vol%menes conocidos. (ara obtener mediciones precisas es importante incorporar una válvula que ten"a un volumen cero de despla#amiento. (rocedimiento, se especificó en el dia"rama de fluo descrito anteriormente, pues este fue el método utili#ado en la experiencia.
M:5 56 96?58 6>9??8 56 ?8 ?6 56 F?6 878 ?8 @659> 5769:8 56 ?<@6> 7+ &l volumen poroso se determina directamente utili#ando la ey de /oyle. &ste se determina en un aparato que consiste de una celda de referencia de presión inicial volumen conocido, que lue"o se ventila en el volumen poroso de una muestra. a muestra se mantiene en un portan%cleos. &quipo' -imilar al método de doble celda de la ley de boyle, difiere en el dise8o de la cámara de muestra.
Determinación de la porosidad por el método del Porosímetro Ruska de expansión de Helio. 1<
(rocedimiento' 1. Calibración del porosímetro. (ara la respectiva calibración se utili#a' Cilindros de acero de volumen conocido • introducidos en una cámara especial. Ena variedad extensa de tapones de • acero para las diferentes tipos de muestras. 2. Ibtener volumen de referencia )+ 1* y el volumen muerto del sistema )+d*. ?. (reparación del n%cleo seco. . -e aplica un esfuer#o resctrictivo de 77 psi o menos. :. -e dea entrar el helio a la cámara a una presión predeterminada )(1* )1775 277 psi*. B. -e re"istra la presión más baa de equilibrio que resulta. @. -e calcula el volumen del poro, teniendo en cuenta la ley de /oyle que plantea la si"uiente ecuación' P1 V 1= P 2( V 1+ V p + V d ) Dónde' P1 y P2 3 (resiones del sistema V 1 3 +olumen de la cámara de referencia V p 3 +olumen poroso V d 3 +olumen muerto, corresponde al volumen que queda entre la muestra y las
bandas.
M:5 56 8:<789> 56 ?8 @<6:78 9> <> ?;<5+ &ste método para determinar el volumen poroso puede emplearse en conexión con la determinación del volumen total. a muestra seca se pesa antes y después de saturarla con Jeroseno o con cualquier otro líquido apropiado4 la muestra saturada se pesa teniendo cuidado de eliminar previamente el exceso de Jeroseno. &l volumen poroso y el volumen total se pueden determinar de la misma muestra. a porosidad es i"ual al peso de Jeroseno en la muestra saturada dividido por el peso de Jeroseno despla#ado por la muestra saturada multiplicado por 177. Como se puede ver, no se necesita conocerla densidad del Jeroseno o del líquido empleado.
M:5 56 >699> 56 @679<7. Cuando una roca tiene una fracción muy peque8a de espacio vacío es difícil de medir por los métodos presentados anteriormente. &n este caso se puede recurrir a la inyección a presión de un Determinación de la porosidad por el método del Porosímetro Ruska de expansión de Helio. .2
líquido incompresible. a idea ori"inal ha sido de !orner )1*. os aparatos para este método pueden obtenerse comercialmente y uno de éstos es el porosímetro $usJa de alta presión. a porosidad de una muestra se obtiene, primero midiendo su volumen total a presión atmosférica con un fluido apropiado de despla#amiento )mercurio* en un picnómetro y, lue"o, for#ando bao presión el fluido dentro de la muestra y midiendo el volumen que penetra en el espacio poroso, &ste método es muy práctico, especialmente para muestras de baa permeabilidad en donde no se pueden obtener resultados exactos con otro equipo de porosidad. (ara determinar la porosidad de una muestra, primero se le extraen los fluidos y después se seca. &l volumen total del n%cleo se determina por despla#amiento de mercurio en un picnómetro, valor leído directamente de la escala volumétrica con aproximación de 7,71 cc. a lectura se obtiene colocando el n%cleo en el picnómetro, poniendo la tapa, y observando el instante en que la primera "ota de mercurio aparece en la válvula del picnómetro. Ena ve# que se obtiene el volumen total, se cierra la válvula, se fia la escala del espacio poroso y se somete el sistema a la presión de referencia establecido previamente, siendo "eneralmente de @:7 libras por pul"ada cuadrada. os centímetros c%bicos de mercurio requeridos para elevar la presión de 7 a @:7 lpc representan el espacio poroso de la muestra, y se lee directamente en la escala de porosidad.
2- Calcule las porosidades para empaquetamiento tipo rombohedral y ortorrómbico y tetra"onal esferoidal. &mpaquetamiento rombohedral' •
De acuerdo con la fi"ura' V t
=
a *b*c
Dónde' a
=
4r * Cos45º
b
=
c
=
4r
&l volumen total del romboedro es'
Determinación de la porosidad por el método del Porosímetro Ruska de expansión de Helio. .1
3
V t
=
64r * Cos 45º
V t
=
45.25r
3
&l volumen de los "ranos está dado por' 4 = 8 π r 3 V gr = 33.51r 3
V gr
3
F la porosidad se define entonces mediante'
V t − V gr * 100 V t 45.25r − 33.51r φ = 45.25r φ = 25.94% φ =
3
3
3
•
* 100
&mpaquetamiento ortorrómbico'
De acuerdo con la fi"ura' V t
=
a *b*c
Dónde' a
=
4r * Cos30º
b
=
c
=
4r
&l volumen total del ortorrombo es'
Determinación de la porosidad por el método del Porosímetro Ruska de expansión de Helio. ..
3
V t
=
64r * Cos30º
V t
=
55.426r
3
&l volumen de los "ranos está dado por' 4 = 8 π r 3 V gr = 33.51r 3
V gr
3
F la porosidad se define entonces mediante'
V t − V gr * 100 V t 55.426r − 33.51r φ = 55.426r φ = 39.54% φ =
3
3
3
•
* 100
&mpaquetamiento tetra"onal esferoidal '
&n este tipo de empaque, los ees de las esferas forman entre sí en todas direcciones án"ulos de B7K.
Aplicando propiedades "eométricas se tiene que' V T =2 r ( 2 rsen 60 ) 2 rsen 60 4
V S = π r
3
3
∅
=30.19
Determinación de la porosidad por el método del Porosímetro Ruska de expansión de Helio. .3
3- GCuáles son los factores petrofísicos que afectan la porosidad de una rocaH ipo de empaque' >dealmente se pueden formar los si"uientes tipos de
empaquetamientos los cuales tienen diferente valor de porosidad. &l incremento de la presión de confinamiento hace que los "ranos pobremente clasificados y an"ulares muestren un cambio pro"resivo de empaquetamiento aleatorio a un empaque más cerrado, reduciendo con ello la porosidad. -e"%n el tipo de empaque se tienen los si"uientes valores de porosidad' C%bico, porosidad 3 @.B ; $omboedral, porosidad 3 2:. ;Irtorrómbico, porosidad 3 ?.: ; etra"onal esfenoidal, porosidad 3 ?7.1 ; . =rado de Cementación o consolidación' Cemento que une los "ranos y que se forma posterior a la depositación ya sea por dilución de los mismos "ranos o por transporte. -on cementos' carbonato de calcio, carbonato de ma"nesio, carbonato de hierro, limonita, hematita, dolomita de sulfato de calcio, arcillas y combinación de éstos. as areniscas altamente cementadas presentan baas porosidades. o contrario ocurre con rocas poco consolidadas. a cementación toma lu"ar tanto en el tiempo de litificación como en el proceso de alteración de las rocas causada por a"ua circulante. De la calidad del material cementante dependerá la firme#a y compactación de la roca. -e tiene, entonces, formaciones consolidados, poco consolidados y no consolidados. =eometría y distribución de "ranos' -e debe a la uniformidad o clasificación de los "ranos. Dicha clasificación depende, a su ve#, de la distribución del tama8o del material, tipo de depositación, características actuales y duración del proceso sedimentario. Cuando los "ranos son más redondeados proporcionan más homo"eneidad al sistema y por ende la porosidad será mayor. (resencia de (artículas
4- GCuáles son los métodos matemáticos para determinar la porosidad promedio de un yacimientoH Determinación de la porosidad por el método del Porosímetro Ruska de expansión de Helio. .4
as medidas de porosidad en un yacimiento varían un poco dependiendo del lu"ar y al #ona donde se toma, además de las diferentes técnicas puestas en práctica, por ello se hace necesario asi"nar una porosidad a todo el yacimiento que represente el promedio de todos los valores disponibles. (ara calcularla existen distintas formas, entre ellas'
Promedio aritm*tico Consiste en determinar la media aritmética de las porosidades.
n3 n%mero total de muestras4 L3 porosidad de cada muestra.
Promedio ponderado o pesado a. (or espesor de arena' Diferentes capas de arena de espesor conocido
b.
(or área de drenae de cada po#o'
c.
(or volumen'
Promedio estad+stico: -e basa en los datos estadísticos clasificados en ran"os de la variable en consideración, en este caso porosidad, y el n%mero de ocurrencia de la variable en cada ran"o tabulado,
Determinación de la porosidad por el método del Porosímetro Ruska de expansión de Helio. .5
Donde L a es la porosidad aritmética promedio4 Li la porosidad en el punto medio de
cada ran"o4 i la frecuencia de cada intervalo o ran"o y n el n%mero de clases de intervalos.
!- GCuáles son las ventaas y desventaas de este métodoH Ventajas: M M M M M
a cantidad de !elio requerida para la prueba es peque8a, por lo que esta medición resulta ser económica. a muestra no se destruye ni sufre da8os de nin"una manera, por esta ra#ón puede ser utili#ada en otras mediciones. &l método es directo, por tanto hay menos fuente de error. a operación es rápida, sencilla y tiene un excelente nivel de repetibilidad. -e pueden probar muestras que ten"an formas irre"ulares o fisuras
$esventajas: M
-e requiere una calibración extremadamente cuidadosa y frecuente para poder obtener un buen nivel de exactitud M os cambios en temperatura o presión barométrica deben ser contabili#ados en los cálculos. M &l valor de porosidad resultante será más alto que el valor de porosidad verdadero si se absorbe el "as en las superficies de la muestra. &l uso de helio minimi#a esta posibilidad. #- G(or qué la presión de paso de !elio es de 177 psiH a presión de paso de !e debe ser menor a 177 psi porque a esta presión el !e se comporta como un "as ideal, lo que hace posible la aplicación sin nin"%n inconveniente de la ley de /oyle de los "ases ideales. &n el proceso de calibración del equipo, se utili#a un re"ulador de presión con el obetivo de que al aplicar presión por medio del pistón micrométrico el mercurio alcance la marca de referencia en el manómetro y en consecuencia obtener las dos lecturas de presión para la misma referencia del manómetro, ya que la relación de presiones no puede diferir en más de 7.771.
- G(or qué se usa helio en la determinación de la porosidadH a utili#ación de !elio en el desarrollo de esta prueba, es de "ran importancia debido principalmente a las si"uientes ra#ones' =
= =
&l !elio es un "as noble monoatómico que tiene un tama8o muy peque8o y una "ran capacidad de penetración en la "ran mayoría de poros más finos del n%cleo muestra y en micro5fisuras de la roca, aproximadamente de 17 517 m. &l !elio es un "as noble, que se comporta como "as ideal, lo cual hace que la ley de /oyle pueda ser aplicada en este procedimiento. Al ser un "as inerte desaparece el ries"o para salud, al no ser toxico.
Determinación de la porosidad por el método del Porosímetro Ruska de expansión de Helio. .6
=
&l !elio presenta "ran fluide#, lo cual "aranti#a que el "as estará presente en la totalidad del volumen poroso efectivo de la muestra. = Al ser puro y estable, no producirá reacciones ni nin"%n tipo de alteración en la muestra. )- G(or qué es necesario hacer el vacío a los cilindros de referencia )acero* y de muestraH Con el vacío se "aranti#a que las cámara estén totalmente desocupadas )no esté presente nin"%n "as como el aire* para que cuando sean abiertas las válvulas que dan paso al !elio, éste no se me#cle con nin"%n otro componente )"as*, porque si esto ocurre se altera su composición, su peso molecular y otras propiedades que se desconocerían al ser ya una me#cla de "ases y por lo tanto no se podría asumir como un "as ideal y por ende sería totalmente erróneo aplicar la ey de /oyle en este procedimiento.
/- GCuál es el porcentae de error cometido se"%n los resultados de calibraciónH (ara determinar el porcentae de error en los resultados de la calibración se emplean como vol%menes teóricos de + 1 y +2 son ?2.B cm? y 17 cm? respectivamente, y los calculados son extraídos de la muestra de cálculo, obteniendo como resultado' M
(ara el volumen de la cámara de referencia, + r ' ValorTeórico −ValorCalculado %Error = × 100 Valor Teórico
| |
%Error =
M
|
3
32.86 cm −33.2723 cm
3
3
32.86 cm
|
× 100 =1.25
(ara el volumen de la cámara en donde se introduce la muestra, + c' ValorTeórico −ValorCalculado %Error = × 100 Valor Teórico
| |
%Error =
|
140 cm
3
3
−140.4191 cm
140 cm
3
|
× 100 =0.29
eóricamente se establece que, un sistema bien calibrado determinará el volumen de "rano con una precisión de N 7.2 ; del valor real. &sto corresponde a aproximadamente N7.7? cm ? en muestras de una pul"ada de diámetro y aproximadamente 1 pul"ada de lar"o y N7.1 cm? en muestras de 1 O pul"adas de diámetro y 2 pul"adas de lon"itud. Determinación de la porosidad por el método del Porosímetro Ruska de expansión de Helio. .
RECOMENDACIONES
•
•
•
(ara evitar errores en la lectura de presiones y posterior cálculo o estimación de la porosidad, es necesario actuali#ar los equipos, o calibrarlos y hacerles mantenimiento constante. 0ás interacción de los estudiantes con los equipos del laboratorio, con ello se incrementará el conocimiento y se afian#arán los conceptos aprendidos. $eali#ar un buen vacío al porosímetro, con ello se disminuye de forma importante el mar"en de error en la estimación de la porosidad.
Determinación de la porosidad por el método del Porosímetro Ruska de expansión de Helio. .
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=uía de laboratorio de la asi"natura de Análisis de 9%cleos. &xperiencia Determinación de la (orosidad por el método del porosímetro $usJa de expansión de !elio, laboratorio de yacimientos .
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