EVALUACIÓN DE FORMACIONES LIMPIAS Y ARCILLOSAS
8.1. METODOLOGÍA A SEGUIR PARA EVALUAR FORMACIONES LIMPIAS UTILIZANDO EL MODELO DE SATURACIÓN DE AGUA DE GUSTAVO ARCHIE
Al hablar de formaciones limpias nos referimos a aquellas formaciones donde se muestra poca presencia de arcillas y sus poros se encuentran saturados de agua o hidrocarburo. La Saturación de un medio poroso con respecto a un fluido se define como la fracción del volumen poroso de una roca que está ocupada por dicho fluido. La resistividad de una formación limpia es proporcional a la resistividad de la mezcla con la que este saturada. La constante de proporcionalidad se conoce como factor de formación. Considerando un factor de formación con una cantidad dada de porosidad, y supongamos que la porosidad se encuentra totalmente llena de agua salina de formación f ormación de resistividad dada.
Modelo de formación: 100% saturado de agua
La Resistividad de agua de formación (Rw), es muy baja, debido a que el agua salina es capaz de conducir la corriente eléctrica. La resistividad de la formación en si misma (Ro, o resistividad mojada donde la porosidad esta100% llena de agua) dependerá de la resistividad de la formación y algunos factores de resistividad de formación (Fr).
F: Factor de resistividad de la formación.
Ro: Resistividad de una roca de formación no arcillosa. Rw: Resistividad con agua saturada al 100%
Archie desarrolla una relación entre la resistividad de cada formación y la porosidad. Archie analizo registros eléctricos de varios pozos, y porosidad de núcleos de zonas productoras de los mismos pozos. Él notó que había cierta relación entre la resistividad y la porosidad, y fue capaz de identificar las zonas de interés utilizando solo registros eléctricos. Esto lo realizo solo con el propósito de saber si existía una relación que hiciera posible la determinación de donde una zona podía ser productiva, basándose en mediciones de resistividad y porosidad de núcleo. Los cambios en la porosidad de una formación pueden tener efectos diferentes simplemente con incrementar o disminuir la cantidad de flujo disponible para conducir una corriente eléctrica. El factor d4 resistividad de la formación (Fr) podría variar con el tipo de yacimiento. Esos cambios son expresados por el factor de tortuosidad (A) y el exponente de cementación (m).
Luego de diversos experimentos y análisis Archie dedujo la siguiente fórmula:
Sw= Saturación de agua n= Exponente de saturación f= Porosidad m= Exponente de cementación a= Factor de formación para f=100% Rw= Resistividad del agua
Rt= Resistividad de la roca a Sw Con el conocimiento de la saturación de agua, es posible determinar el porcentaje de espacio porosos lleno con un fluido diferentes de agua y de a allí las reservas de hidrocarburo.
8.2. FORMACIONES ARCILLOSAS.
Las formaciones arcillosas de cierta magnitud se presentan formando parte de cuencas sedimentarias. En éstas, generalmente la relación longitud a profundidad suele presentar grandes valores, y los gradientes topográficos son comparativamente pequeños. Las evaluaciones de las formaciones arcillosas, por lo general, son hasta cierto punto complejas. La lutita modifica todas las mediciones del registro, y se requieren correcciones debido al contenido de lutitas. A través de los años, los investigadores han propuesto varios modelos de interpretación para el caso de arenas arcillosa. En ciertos casos el modelo se basa en la lutita presente en una geometría específica dentro de una arena arcillosa. La determinación de las características de permeabilidad de las formaciones arcillosas requiere, además del estudio directo de las mismas, el estudio indirecto mediante el análisis y ensayo hidrológico de las formaciones suprayacetes e infrayacentes de mayor permeabilidad, y el establecimiento de un modelo a la escala global de la cuenca.
8.2.1. DEFINICIÓN DE ARENAS ARCILLOSAS.
La Arcilla es un tipo de Roca Natural Sedimentaria. Proviene de la descomposición de las Rocas Feldespato, siendo un silicato alumínico hidratado. Puede ser un elemento suelto o puede estar formando una masa en
estado sólido, puede ser coherente o incoherente. Es un material terroso de grano generalmente fino y capas de convertirse en una masa plástica al mezclarse con cierta cantidad de agua. Los estudios de núcleos revelan que las arcillas pueden estar presente en la formación de tres maneras posibles: estructural, laminar y dispersa. Arcilla estructural: En la arcilla estructural los granos de cuarzo son sustituidos por partículas de arcillas. La porosidad de la arena es poco afe ctada en este tipo de deposición, ya que se supone que la partícula de arcilla ocupa el lugar del grano de cuarzo y deja libre el espacio poroso. Arcilla laminar: Se depositan en forma de láminas dentro de la arena, por lo que es poco afectada a porosidad y la permeabilidad propias de la arena. Arcilla dispersa: Es la forma que más afecta las porosidades y permeabilidades de las formaciones, puesto que el material arcilloso se encuentra disperso, llenando parcialmente los espacios intergranulares. Entre otro grupo podemos mencionar las siguientes: Arcilla Migajosa: Presenta unidades esféricas con bordes y caras más o menos redondeadas, con poca cantidad de puntos de contacto y con gran cantidad de espacio entre ellos, como es el caso de la arena. Arcilla Granular: Agregados sin apenas poros en su interior, de forma redondeada (no se ajustan a los agregados vecinos) Es similar a la migajosa pero con los agregados compactos de los horizontes A. Arcillas Prismáticas: Cuando los bloques se desarrollan en una dirección (vertical) más que en las dos horizontales. Presente en los horizontes más arcillosos, a veces horizonte B y en ocasiones horizonte C. Arcilla Columnar: Prismas con su cara superior redondeada. Estructura muy rara.
8.2.2 VOLUMEN DE ARCILLOSIDAD.
Algunas formaciones no son completamente limpias, contienen arcilla, un elemento muy común que afecta a la porosidad, permeabilidad y causa múltiples inconvenientes en la interpretación de registros debido a sus propiedades eléctricas. En yacimientos de arenas arcillosas (Vsh> 20%) uno de los parámetros más críticos y más difíciles es calcular exactamente el volumen de arcilla. La forma en que la arcillosidad afecta los parámetros obtenidos de los registros eléctricos depende de la proporción de arcilla presente, de sus propiedades y de la forma en que se encuentra distribuida en la formación. Para determinar es volumen de arcillosidad hay distintos métodos basados en la comparación de una curva, seleccionada de los perfiles frente a la arena que se esta evaluando, con la lectura que se considera como 100% arcilla. Las expresiones existentes para obtener el volumen de arcilla (Vsh) se indican a continuación:
Perfil de Resistividad
o
Donde:
Rsh: Resistividad de arcilla (omh-m) Rt: Resistividad de la Formación (ohm-m) Rtmax: Resistividad de una araena de hidrocarburo relativamente limpia (ohm-m)
b: 1.0, cuando la arcilla es laminal y/o porcentaje de arcilla bajo b: 2.0, cuando la arcilla es dispersa y/o porcentaje de arcilla medio a alto b: 1.5, da buenos resultados cuando no se conoce el tipo de arcilla o existen arcillas dispersasa y laminares en la arena .
Perfil de curva SP (Potencial Espontaneo)
Donde: SSP: SP estatico SP: lectura del registro de potencial espontaneo
Registro de Resistividad:
Donde: Rsh: Lectura de resistividad en la lutita Rt: Lectura de la resistividad verdadera Rsand: Lectura de resistividad en la arena
Registro de Densidad- Neutrón:
Donde: Φ D: Valor leído de porosidad, dado por el perfil densidad.
Φ N: Valor leído de porosidad, dado por el perfil neutrón. Φ Dsh: Valor leído de porosidad en la lutita, dado por el perfil densidad. Φ Nsh: Valor leído de porosidad en la arena, dado por el perfil densidad.
Perfil Sónico
Φ S: Valor leído de porosidad, dado por el perfil sónico. Φ ssh: Valor leído de porosidad en la lutita, dado por el perfil sónico.
8.2.3. TIPOS O FORMAS DE ARCILLAS, LAMINAR
Estructuras granulares y migajosas:
Son partículas individuales de arcilla agrupadas en granos pequeños casi esféricos. El agua circula muy fácilmente a través de esos suelos. Por lo general, se encuentran en el horizonte A de los perfíles de suelos.
Estructuras en bloques o bloques subangulares:
Son partículas que se agrupan en bloques casi cuadrados o angulares con los bordes más o menos pronunciados. Los bloques relativamente grandes indican que el suelo resiste la penetración y el movimiento del agua. Suelen encontrarse en el horizonte B cuando hay acumulación de arcilla.
Estructuras Prismáticas Y Columnares:
Son partículas de suelo que han formado columnas o pilares verticales separados por fisuras verticales diminutas, pero definidas. El agua circula con
mayor dificultad y el drenaje es deficiente. Normalmente se encuentran en el horizonte B cuando hay acumulación de arcilla.
Estructura laminar:
Se compone de partículas de suelo agregadas en láminas o capas finas que se acumulan horizontalmente una sobre otra. A menudo las láminas se traslapan, lo que dificulta notablemente la circulación del agua. Esta estructura se encuentra casi siempre en los suelos boscosos, en parte del horizonte A y en los suelos formados por capas de arcilla.
Distribución de las Arcillas Determinación del tipo de arcilla
El tipo de arcilla se puede determinar a partir de:
Perfiles: Para evaluar apropiadamente las formaciones arcillosas es indispensable conocer el volumen de arcilla (Vsh) que está en el interior de las arenas. En la práctica el valor de Vsh se determina a partir de las lecturas de los perfiles bien sea individual usando la curva de Rayos Gamma, la de SP y la de Resistividad o combinando dos curvas. Los métodos para determinar el volumen de arcilla están basados en la comparación de las lecturas de una curva, seleccionada de los perfiles frente a la arena que se está evaluando, con las lecturas frente a una zona considerada como limpia y una lutita vecina que se considera como 100 % arcilla.
En el laboratorio: El volumen, tipo y forma de presentarse las arcillas en una formación, puede ser determinado a partir de análisis de muestras seleccionadas de los núcleos en el laboratorio. Estas determinaciones se pueden lograr por cualquiera de los siguientes métodos:
Mediante observación directa. A través de difracción de rayos X. Haciendo uso del microscopio de barrido electrónico. Por análisis granulométrico.
A través de los análisis de laboratorio se puede determinar con cierta precisión el volumen, el tipo y forma de presentarse las arcillas. Los resultados que se obtienen son sumamente útiles para calibrar los registros y mejorar los métodos de interpretación de perfiles.
8.2.4. EFECTO DE LA ARCILLOSIDAD SOBRE LOS DIFERENTES PERFILES.
Respecto a la curva del potencial espontaneo (SP), mientras más grande sea la proporción de arcilla más reducida será la desviación o valor del SP respecto al valor de este en una formación limpia de suficiente espesor. La curva de Rayos Gamma es considerada de mayor utilidad que la del SP en interpretación de arenas arcillosas siempre y cuando no estén presentes en la misma, minerales radioactivos. En el caso de registros de resistividad, la arcilla es de menor resistividad que la de una arena, tendiendo por lo tanto a bajar la resistividad de la misma. Como el perfil de densidad, responde a la densidad electrónica del medio, la presencia de arcilla en una formación produce el aumento de la porosidad efectiva que puede obtenerse del perfil, ya que por lo general, la densidad de la lutita es del orden de 2.2 a 2.65 g/cm3.
El registro neutrónico al responder a todo el hidrogeno contenido en una formación, considera inclusive al hidrogeno del agua intersticial presente en las arcillas, esto significa que es el más afectado, pues la lectura del perfil se encuentra incrementada por la presencia de arcillas en la formación. Para el caso del perfil sónico la presencia de arcilla aumenta la lectura del registro; pero son pocos los registros sónicos disponibles para este campo. En el perfilaje eléctrico las arenas que contienen arcillas (arenas arcillosas) muestran un comportamiento eléctrico diferente al de las que no las contienen (arenas limpias). En las arenas limpias la conductividad total se debe al agua intersticial, en las arenas arcillosas existe una segunda componente de conductividad que es la que provee la arcilla hidratada por si misma.
8.2.5. Correcciones por arcillosidad. El concepto de corrección del efecto de arcillosidad en los registros significa obtener un nuevo valor década registro en la zona arcillosa que represente el valor que el registro habría obtenido en la formación si esta hubiera tenido la misma porosidad efectiva pero no hubiera tenido lutita; el concepto equivale a predecir la lectura de un registro en una formación igual a la verdadera, en la cual se substituye el volumen de lutita por matriz (para no alterar el valor de la porosidad)
La gráfica densidad-neutrón permite obtener la expresión para la porosidad de densidad del punto B (corregido por arcillosidad):
y para la porosidad de neutrón: Al comparar las porosidades aparentes corregidas por arcillosidad, se deben aplicar los siguientes criterios:
No existe efecto de hidrocarburos livianos en los registros de densidad y neutrón. Pueden existir hidrocarburos livianos en la formación, pero no están en la zona investigada por los registros al momento de la medición (la invasión profunda frecuentemente pre senta esta “anomalía”).Debe verificarse si el nivel correspondiente está realmente por debajo de la zona de hidrocarburos livianos; si no fuese así, deben verificarse todos los datos, ya que existe una contradicción Existe efecto de hidrocarburos livianos en los registros de densidad y neutrón. La porosidad es menor que la indicada por la densidad (ya corregida por arcillosidad) pero mayor que la indicada por el neutrón (ya corregida por arcillosidad), o sea que φDcorr >φ>φNcorr
y deben aplicarse los métodos
indicados para determinar el valor de la porosidad. Debe verificarse si el nivel correspondiente está realmente en la zona de hidrocarburos livianos; si no fuese así, deben verificarse todos los datos, ya que existe una contradicción. Significa que después de haber corregido los registros por los efectos de arcillosidad continúa existiendo „efecto de arcillosidad‟ con porosidad de
neutrón mayor que la porosidad de densidad. Deben verificarse todos los datos, ya que existe una contradicción
8.2.6. PROCEDIMIENTO GENERAL DE INTERPRETACIÓN.
Para la interpretación de las formaciones arcillosas los métodos principales
para
su
evaluación
se
basan
en
aspectos
calculados
cualitativamente y cuantitativamente presentes en los diferentes perfiles: Perfil de espontaneidad SP Perfil de Resistividad Perfil de Densidad Perfil Neutrónico
Perfil Sónico
Pero no solo a través de perfiles podemos interpretar las formaciones arcillosas también con evaluaciones de: Identificación de Zonas con densidad de hidrocarburos Constante Determinación de arcillosidad Determinación de Litología y Porosidad con y sin efectos de hidrocarburos Determinación de Saturación de aguas en las Zonas lavadas y vírgenes.
Que nos permiten a través de distintas ecuaciones conocer cada uno de los aspectos presente. Existen algunos métodos de interpretación de arenas arcillosas, que se desarrollan antes de la salida de los llamados perfiles de porosidad, dentro de estos métodos se encuentran:
Método de cociente de resistividades (RatioMethod) Es aplicable tanto en arenas limpias como en arenas arcillosas. Para su aplicación se requiere de los siguientes perfiles:
a) Eléctrico convencional, I E1 o LL-Curva SP b) Microperfil, MLL o PL
La base matemática de este método fue desarroll ada DOLL H.G. (“THE SP IN SHALY SANDS” TRANS AIME-1950), el cual estableció una ecuación para el factor de reducción “ά”
P: Proporción de arcilla.
Estas ecuaciones en conjunto con las desarrolladas por Poupon a, Loy m. e and Tixier m. p. para arenas arcillosas laminadas, permite transformar la ecuación de Doll en: (1) Como: y
Introduciéndolas en la ecuación 1 nos queda
(2)
Esta ecuación permite evaluar (Sw) arenas arcillosas principalmente de tipo laminar bajo las siguientes consideraciones a) Asumiendo un valor de R. C. S. b) Utilizando la siguiente relación empírica.
La Ecuación 2 quedaría expresada así:
(3)
Simplificándola podemos escribirla de la siguiente forma
(4) (5) Esta ecuación 2 se transforma de la siguiente manera para la resolución gráfica:
Método de Hill and Milburn (Método Shell)
Método desarrollado por Hill and Milburn y basado en numerosos experimentos de laboratorio.
Desarrollaron una ecuación empírica que relaciona cuantitativamente el factor de formación de una roca porosa arcillosa, resistividad del agua saturante y el contenido efectivo de arcilla (factor b).
El procedimiento de aplicación de este método es como sigue: a. Se determina Ec. (mv) b. Se determina Rw y Rmf a 77º F c. Mediante el gráfico siguiente se determina el factor de arcillosidad:
d. Se determinan mediante otro gráfico deducido experimentalmente las siguientes relaciones y
e. Finalmente se determina el factor de formación verdadero corregido por arcilla.
Luego:
Los perfiles necesarios para la aplicación de este método son: Eléctrico Convencional, IEL o LL – SP. Microperfil, MLL o PL.
Sin embargo puede aplicarse solamente con el perfil Eléctrico convencional o con el Inducción Eléctrico, este método se aplica principalmente en pozos viejos o en donde no existe perfil de porosidad.
Modelo computarizado de interpretación ( Coriband)
Es un método general de interpretación para litología compleja, el cual toma en cuenta tanto la presencia de arcilla como el efecto por hidrocarburos y la porosidad secundaria si se dispone de un perfil sónico. La información general requerida para su aplicación es: diámetro de la mecha, T fondo, Rmf, Rw y densidad de hidrocarburos y los perfiles usados son:
Perfil de Rt-SP Perfil de Rxo-Calibrador Neutron Densidad-GR Sonico
Este método de interpretación incluye además la determinación de Sw y un grafico de análisis de fluidos (M.O.P)
