La Roca Yacimiento y sus fluidos
Parte 1. La Roca Yacimiento Yacimiento y sus fluidos. En esta primera parte se presentará de manera resumida lo relacionado con los factores que se encuentran directamente relacionados con el análisis de yacimientos petrolíferos. La misma se basa en el conocimiento de las propiedades físicas de la formación y los aspectos geológicos, que conllevan a una evaluación petrofísica de las rocas productoras. El contenido será el siguiente: Generalidades Propiedades Rocas
Sedimentarias
Clasificación Rocas Rocas
Físicas de la Roca de las Rocas Sedimentarias
Detríticas o Clásticas
Químicas y Orgánicas Rocas Productoras
Parte 1. La Roca Yacimiento Yacimiento y sus fluidos. En esta primera parte se presentará de manera resumida lo relacionado con los factores que se encuentran directamente relacionados con el análisis de yacimientos petrolíferos. La misma se basa en el conocimiento de las propiedades físicas de la formación y los aspectos geológicos, que conllevan a una evaluación petrofísica de las rocas productoras. El contenido será el siguiente: Generalidades Propiedades Rocas
Sedimentarias
Clasificación Rocas Rocas
Físicas de la Roca de las Rocas Sedimentarias
Detríticas o Clásticas
Químicas y Orgánicas Rocas Productoras
Conceptos Básicos
Conceptos Básicos
La Formación de las rocas
Siliciclasticas Carbonaticas
Conceptos Básicos
Ciclo de las Rocas
Fuente: http: //insutecmza.blogspot.com Los agentes geológicos internos y externos transforman las rocas permanentemente. El magma se enfría y forma las rocas ígneas. Las Rocas superficiales se rompen convirtiéndose en rocas
Son rocas formadas por acumulación y consolidación de sedimentos también por precipitaciones químicas de soluciones o por secreción de organismos vivientes y se clasifican en:
Rocas clásticas
Son rocas que se forman por acumulación de sedimentos, provenientes de rocas pre existentes que son transportadas por el agua, el hielo o el aire y depositados en una cuenca sedimentaria
Rocas Carbonáticas
Son rocas que se forman por precicipitación bioquímica de CACO3 obtenido de restos de organismos ricos en estos minerales.
Procesos geológicos externos que actúan sobre las rocas preexistentes alterándolas y destruyéndolas parcialmente; estos agentes las meteorizan y erosionan para luego ser transportados (por el agua, hielo, gravedad y viento) y son depositados en depresiones naturales denominados cuencas de sedimentación, donde se van uniendo y consolidando hasta convertirse en rocas sedimentarias por medio de la diagénesis.
Se llama meteorización a la desintegración y descomposición de una roca en la superficie de la tierra, o en su defecto, próxima a la misma, como resultado de la exposición a agentes atmosféricos y con participación de agentes biológicos.
Meteorización física
Meteorización Química
Produce la ruptura o desintegración en la roca, es decir, la pieza se va disgregando en facilitando el proceso de erosión y su posterior transporte.
Produce una transformación en la roca, provocándole pérdida de cohesión y alteración. Los procesos que intervienen son los llamados atmosféricos tales como el oxígeno, el agua y el dióxido de carbono
Meteorización Biológica Consiste en la transformación que provocan en las rocas algunos seres vivientes. Por ejemplo, las raíces de las plantas se introducen entre las grietas y actúan como cuñas
Es la degradación y el transporte del suelo o roca que producen distintos procesos en la superficie de la Tierra. Entre estos agentes está la circulación de agua o hielo, el viento, o los cambios térmicos.
Factores que influyen en la erosión de las rocas: Pendiente: al aumentar el grado de pendiente se erosiona más que en un suelo llano.
Peso de los materiales: en una pendiente si los materiales más pesados se encuentran arriba de los más ligeros por acción de la gravedad se caerán.
Cohesión: la unión de las partículas que constituye las rocas si están muy cohesionadas la erosión es menos.
Grado de fractura: no todos las rocas se erosionen de las misma maneras (unas se erosionan más que otras)
Presencia de agua: el agua es un factor muy importante en la erosión y en el transporte.
Es el medio por el cual las partículas y fragmentos rocosos meteorizados son desplazados hacia las cuencas de sedimentación. Selectivo: los materiales se trasladan más o menos lejos dependiendo del tamaño y se depositan los más pesados antes que los ligeros. También depende de la energía del agente (ríos, viento..).
No selectivo: se transportan los sedimentos si depender de su peso, tamaño, forma..(el agente es hielo).
Los modos de transporte de las partículas sedimentarias son: tracción o arrastre; rodadura; saltación en el sustrato, flotación; suspensión y solución. El flujo de los fluidos puede ser flujo laminar o flujo turbulento.
Tipos de transporte en un medio acuso
Las rocas detríticas (terrígenas o clásticas) están formadas por fragmentos de rocas o minerales procedentes de rocas preexistentes que han quedado expuestas a la meteorización en la superficie de la tierra. Estos fragmentos suelen estar formados por minerales estables en las condiciones de la Limolitas más resistentes es el superficie terrestre. Como generalmente uno de los minerales cuarzo, este tipo de rocas suelen contener una gran proporción de este mineral. Se consideran como rocas detríticas aquellas que poseen más de un 50% de terrígenos
Las rocas sedimentarias de origen detrítico o siliciclástico están conformadas por cuatro Elementos componentes: Esqueleto de la roca : es el armazón del deposito sedimentario y esta conformado por los granos minerales y posibles restos de fósiles Cemento: es material químico precipitado que amalgama los granos del esqueleto Matriz: Es material fino tipo limo o arcilla de menor tamaño que el esqueleto Genéticamente puede ser deposicional (infiltrada o no infiltrada) o diagenética. Poros: Son los espacios vacíos o intersticios entre los granos donde se alojan los fluidos
Cemento sintaxial: Son los que crecen en continuidad óptica con los granos monocristalinos formando un sobrecrecimiento alrededor del grano detrítico.
Arenisca con cemento sintaxial sobre granos de Cemento sintaxial (Qc) en una arenisca, y otra cuarzo monocristalino. La presencia de generación de cemento de calcita (Ca) y por impurezas en la superficie de los granos facilita pore-filling de caolinita (K) que corroe al
Arenisca con porosidad primaria intergranular entre de granos detríticos de cuarzo monocristalino y algunos feldespatos. EH = 2MM NP.
Arenisca con porosidad secundaria por disolución parcial de un granos inestables de feldespatos y minerales de arcilla. EH = 1MM NP.
Las rocas carbonáticas: Son aquellas rocas sedimentarias conformadas por un alto porcentaje de sedimentos carbonatados(aragonito, calcita alta en Mg, calcita baja en Mg, dolomita, etc). El 90% de las rocas carbonáticas están compuestas por calizas y dolomías. ORIGEN DE LOS SEDIMENTOS CARBONÁTICOS Los carbonatos se forman en ambientes sedimentarios específicos, y son el resultado de procesos biológicos y químicos.
Precipitación Química : Son los derivados de precipitación directa de soluciones acuosas .
Fisicoquímica: Alteración de minerales portadores de calcio (feldespatos), o como producto de la disminución de las cantidades de dióxido de carbono en el agua.
Bioquímica: Procede de la desintegración y/o precipitación de organismos vivos. Las plantas y
MINERALOGIA
Los minerales carbonáticos están divididos cristalográficamente en tres grupos: • Grupo de la Calcita (Hexagonal): CaCO3 • Grupo de la Dolomita (Hexagonal): MgCO3 • Grupo del Aragonito (Ortorrombico): CaCO3 (menos estable).
Minerales accesorios importantes incluyen fosfatos, pirita, glauconía, siderita ankerita, etc. •
Bioclastos: Moluscos- Cefalópodos
Fragmento de ammonites Fm Machiques Cretacico inferior Venezuela .
Calizas con abundantes ammonites.
Calizas
abundantes Belemmites
PROCESOS DIAGENETICOS:
Cementación: Precipitación de nuevo material entre los espacios porosos primarios o secundarios de la roca.
EH = 2MM
Foraminíferos totalmente cementados Fm Apón, Venezuela
EH = 1MM
Cementación de ooides Grupo cogollo. Venezuela
Rocas Productoras:
La Roca Yacimiento y sus fluidos
En su mayoría todo el petróleo y el gas producido en el mundo proviene de rocas sedimentarias. Para ubicar los yacimientos que contienen petróleo, se requiere del conocimiento de la naturaleza de los sedimentos.
SIMPLE ARENAS
CALIZAS
LUTITA
ARCILLOSAS
ARENA
COMPLEJA
MICA LUTITA
DOLOMITAS
Rocas Productoras:
La Roca Yacimiento y sus fluidos
Arenisca expulsando Petróleo
Emanaciones de Aceite a la superficie
La Roca Yacimiento y sus fluidos Evaluación de las Rocas Productoras Los registros de pozos representan uno de los métodos más importantes de adquisición de las medidas de las propiedades físicas del material de la roca matriz y los fluidos que ocupan los poros. Estos datos también son obtenidos por análisis de núcleos y análisis de muestra de pared. Los datos de núcleos y registros son comparados y usados en conjunto para definir las propiedades del yacimiento. Cuando no hay núcleo disponibles, los datos de registros son frecuentemente usados extrapolando la información de análisis de núcleo y registros de pozos vecinos. Las medidas de registros pueden definir o al menos inferir propiedades petrofísicas tales
La Roca Yacimiento y sus fluidos Evaluación de las Rocas Productoras
El análisis de registro es primeramente usado para describir un solo pozo. Sin embargo, cuando hay una serie de registros corridos en varios pozos representativos en un área geográfica específica, esto puede ser usado como una herramienta geológica para describir estructura local, estratigráficas, facies, ambientales de depositación y geometría de yacimiento.
La Roca Yacimiento y sus fluidos Propiedades físicas de las rocas
Porosidad: Se define como la capacidad que tiene una roca de almacenar fluidos y es denotada por la letra griega porcentajes (%).
Ф.
Dicha propiedad es
determinada en
Por definición, porosidad es el espacio vacío de la roca dividido por el volumen total de la roca y puede ser expresada como fracción o como porcentaje. Este espacio es ocupado por el fluido que satura a la roca en el subsuelo. Este espacio es ocupado por el fluido que satura a la roca en el subsuelo.
Vp
∅= Vt
Como determinar la Porosidad
ú = é
4 = ∗ ∗ 2 3
r
∅ = 0.476 = 47.6%
∅=
Como determinar la Porosidad
Vtotal = ( 2r )3 r
Vporoso= 8r 3- 4/3 *p*r3 f = (8- 4/3 *p)r3
f = 0.476= 47.6 %
No depende del radio de las esferas
8r 3 f = 1- P /6
Como determinar la Porosidad
Rómbico 39.5 %
Hexagonal 25.9 %
Porosidad Efectiva MATERIAL CEMENTANTE
Es la relación entre el volumen de poros interconectado y el volumen total de poro
GRANO DE ARENA POROSIDAD EFECTIVA 25%
POROSIDAD NO EFECTIVA 5%
POROSIDAD TOTAL 30%
Como determinar la Porosidad?????? Se puede estimar de varias maneras: •
•
•
•
Mediante núcleos usando análisis convencionales o especiales Mediante perfiles usando propiedades inferidas de medidas eléctricas, acústicas, radioactivas, etc. Mediante métodos sísmicos, usando relaciones entre atributos Estimación visual usando microscopios petrográficos y electrónicos
Criterios de clasificación •
•
Tamaño o geometría de los poros y su relación con el origen de los poros Interconectividad Relación entre la litología y las alteraciones diagenéticas
Porosidad Clasificación de la Porosidad según la distribución y forma de los poros:
Porosidad Primaria: La matriz de la roca esta compuesta de granos individuales, los cuales son más o menos esféricos y se encuentran empacados de alguna forma donde existen poros entre ellos, que es conocida como porosidad intergranular o de la matriz.
Porosidad Secundaria: La porosidad secundaria es causada por la acción de las agua de formación (Formando cavidades de disolución o pequeñas cavernas) o de las fuerzas tectónicas (Causadas por redes de fracturas o fisuras) sobre la matriz de la roca después de la depositación .
1.2.2. Porosidad. (∅ ) : Incluye poros conectados y no conectados Porosidad
Porosidad Primaria
Total
Porosidad
Incluye (∅ ) : conectados Poros conectados
Poros no conectados
Efectiva
poros
Intercristalina
•
Primaria
Intergranular
•
Intragranular
•
Tipos de Porosidad Disolución
•
Secundaria
Dolomitización Fracturamiento Vugular
•
•
•
Tipos de Porosidad
Tomado de Pittman, 1977
Interparticle
FR
Intraparticle
WP
Intercrystal
BC
Moldic
MO
Channel *
VUG* Fenestral
CH
VUG
FE Cavern*
Shelter
SH
Growthframework
GF
CV
PROCESOS DIAGENETICOS:
Tipos de porosidad:
Clasificación de porosidad según Choquette and Pray (1970)
Fotomicrografía de una arenisca se observa una disolución parcial y total de granos inestables de feldespatos y arcillas, generando porosidad secundaria.
Fotomicrografía de una arenisca se observa una disolución parcial de granos inestables de feldespatos y arcillas, generando porosidad secundaria, así como porosidad intergranular.
Tipos de porosidad
EH = 2.5MM Procesos de disolución de ooides Holoceno Mexico.
Disolución parcial de un bioclasto Fm Apón.
POROSIDAD:
Porosidad interparticula Eoceno USA.
Porosidad intraparticula pozo Perla II.
POROSIDAD:
Tipos de porosidad
Porosidad por fractura Grupo cogollo. Porosidad intraparticula pozo Perla II.
P o r o s Ir r e g u l ar e s e n D o l o m i t as
P o r o s M ól d i c o s
Poros Moldicos
Fractu ra Parcialmente Cemen tada por Calcita
Que controla los tipos de porosidad? a. Facies Sedimentarias
(Porosidad Primaria)
Cantidad de matriz Madurez Textural Tamaño de grano Grado de selección Redondez
b. Procesos Diagenéticos
(Porosidad Secundaria)
Creadores
Destructores
Disolución Fracturamiento Dolomitización
Cementación Compactación Bioturbación Dolomitización
Variaciones de la porosidad
Efecto de Empaquetamiento
25.9 29.5 % % Efecto de la selección
47.6 %
Efecto de Arcillosidad Calidad de Porosidad < 5 % Muy Pobre 5 a 10 % Pobre 10 a 15 % Moderada 15 a 20 % Buena 20 a 30 % Muy Buena > 30 % Excelente
El término textura, cuando se aplica a una roca sedimentaria, se refiere a la fabrica de la misma y se utiliza para describir el aspecto general que presenta, en función del tamaño, forma, disposición, orientación y relaciones entre los granos o partículas constituyentes de la roca.
1. El tamaño de grano de los componentes clásticos es el criterio fundamental para clasificar las rocas sedimentarias detríticas, siendo su morfología y su naturaleza composicional criterios adicionales para adjetivar las rocas.
2.Redondez y esfericidad: Aunque existen expresiones numéricas para describir la forma de los granos, visualmente se pueden clasificar en función de sus grados de redondez y de esfericidad . La redondez de un grano clástico es la granularidad de sus bordes y esquinas, varían de muy redondeados, redondeados, subredondeados, subangulosos, angulosos y muy angulosos; por su parte la esfericidad se define como el grado de aproximación de un sedimento determinado a la forma de una esfera puede ser de alta y baja esfericidad.
Fotomicrografía de una arenisca con clastos redondeados de cuarzo
Fotomicrografía de una arenisca con clastos angulosos y cemento carbonático
3. Grado de selección de los granos: Es un índice estadístico sobre la distribución de tamaños de los clastos del esqueleto que expresa la cantidad de clases clastométricas representadas. Reste es un parámetro textural muy importante ya que esta ligado a variables petrofisicas como la porosidad y la permeabilidad.
Muy Bien Seleccionados
Bien Seleccionados
Moderadamente Seleccionados
Pobremente Seleccionado
Muy Pobremente Seleccionados
. Empaquetamiento de los granos: Representa la forma como están dispuestos los granos entro de una roca. Estos tienen un valor de porosidad diferente para cada uno. El incremento n la presión de confinamiento hace que los granos pobremente clasificados y angulares muestren un cambio progresivo de empaquetamiento aleatorio a un empaque más cerrado, reduciendo con ello la porosidad con el avance de la diagénesis.
Fotomicrografía de una arenisca con clastos longitudinales
Fotomicrografía de una arenisca con clastos concavo/convexos
4.Madurez textural: Referida al contenido en material fino, al grado de redondez de los clastos y dispersión de los tamaños de grano del sedimento. Sedimentos inmaduros: texturalmente son aquellos que tienen más del 5% de matriz fina, los cantos están poco redondeados y la dispersión de los tamaños de grano es elevada (coeficiente alto).
Sedimentos maduros: son aquellos que no presentan fracción fina, los granos están bien redondeados y la dispersión de los tamaños de grano es baja (coeficiente bajo).
Distribución de minerales arcillosos influye sobre porosidad efectiva
Distribución de minerales arcillosos influye sobre porosidad efectiva
Distribución de minerales arcillosos influye sobre porosidad efectiva
Caolinita Autigénica
Diagénesis: Es el conjunto de cambios físico-químicos, modificaciones y transformaciones post depositacionales que ocurren en las partículas desde el mismo instante en que son sedimentadas y cambian sus condiciones originales de depositación. –
Efecto de los procesos diagenéticos sobre los sedimentos depositados: •
Disolución parcial o total de granos existentes.
•
Cambio del espaciamiento original de las partículas a unos mas pequeños.
•
Precipitación de nuevos materiales en espacios porosos.
•
Reemplazo de minerales existentes por los minerales nuevos.
•
Cambio de tamaño, morfología y composición por alteración.
•
Cambio de tamaño, morfología y estructura cristalina por recristalización sin que cambie su composición.
1. Compactación mecánica:
Reducción de porosidad original y permeabilidad a medida que aumenta la presión o carga sedimentaria al incrementarse la profundidad de soterramiento y se expresa como una disminución del volumen de los sedimentos .
Efectos de la compactación sobre las particulas 1.- REACOMODAMIENTO GRANOS/DESLIZAMIENTOS A LO LARGO DE LOS PUNTOS DE CONTACTOS
2.- ROTURA DE GRANOS FRAGILES 3.- DEFORMACIÓN DE GRANOS DUCTILES (FRAGMENTOS LITICOS, MICAS)
4.- PRESIÓN-SOLUCIÓN EN TERMINOS DE GRANOS SUTURADOS Y
Evolución de los contactos entre los granos por compactación
1. Compactació Compactación n mecánica:
Fotomicrografía de una arenisca con clastos un empaquetamiento apretado. Por efectos de la compactación compactación mecánica
Fotomicrografía de una arenisca se observa la deformación de un grano ductil de mica muscovita.
PROCESOS DIAGENETICOS:
Compactación Mecánica: Mecánica: Perdida de volumen por deformación o reorientación de granos y/o deshidratación.
EH = 1MM
Abundantes fragmentos de algas rojas rotas por compactación. Mioceno Venezuela
Ooides deformados Grupo Cogollo. Venezuela Venezuela
1. Cementació Cementación: n:
Cemento poquilotópico de calcita ocupando la porosidad primaria intergranular. Los granos están corroídos por el cemento
Cemento sintaxial de cuarzo en una cuarzoarenita. La presencia de impurezas en la superficie de los granos facilita su delimitación.
PROCESOS DIAGENETICOS:
Cementación: Precipitación de nuevo material entre los espacios porosos primarios o secundarios de la roca.
EH = 2MM
Foraminíferos totalmente cementados Fm Apón, Venezuela
EH = 1MM
Cementación de ooides Grupo cogollo. Venezuela
Permeabilidad. Permeabilidad : Es la medida de la facilidad con que los fluidos se desplazan en un medio poroso. En términos de física de yacimiento, no es más que la capacidad de flujo del medio.
=
Donde: K: Darcy : cps L: pies A: pies2 ∆P: Lpc
∗∗ ∗ ∆ Flujo
Almacenamiento
Permeabilidad ( K , darcy): Define la capacidad de la roca de permitir el movimiento de fluidos dentro de sus poros. Se puede estimar de varias maneras : Mediante núcleos usando Análisis Convencionales o Especiales Mediante Perfiles usando Propiedades inferidas de medidas de resonancia magnética o correlacionando con Núcleos Mediante Correlaciones Empíricas Mediante las Pruebas de Presión •
•
•
•
K darcy
qbarriles cp L pies A pies P lpc 2
Permeabilidad. Absoluta (K)
Permeabilidad
Efectiva (Ko, Kw , Kg)
Relativa (Krw, Kro, Krg)
Clasificación de la permeabilidad •
Absoluta (K ): medio poroso que está completamente saturado (100%) con el fluido que se mueve a través de los canales porosos. Es inherente a la roca e independiente del fluido saturante.
•
Efectiva (Ke): facilidad con que una roca permite el flujo de un fluido, en presencia de otro u otros fluidos. Cuando en una roca coexisten dos o más fluidos, cada uno de ellos se mueve usando sus propios canales de flujo. La permeabilidad en cada uno de esos canales es la permeabilidad efectiva a ese fluido. Kefec < Kabs.
Permeabilidad relativa, K r La permeabilidad efectiva a un fluido, expresada como fracción de una permeabilidad base, se denomina permeabilidad relativa al fluido K r
=
K e
/ K base
Hay tres permeabilidades base de uso normal: •
Permeabilidad absoluta al aire, Ka
•
Permeabilidad absoluta al agua, Kw
•
Permeabilidad efectiva al petróleo a la saturación residual de la fase mojante, Ko
Permeabilidad. PERMEABILIDAD RELATIVA AGUA-PETROLEO
=
Saturación de fluidos. Saturación de Fluidos: La Saturación de una formación es la fracción del volumen de poros ocupados por el fluido considerado. El símbolo para la Saturación es S; varios subíndices son utilizados para denotar saturación de un fluido en particular (Sw para Saturación de Agua, So para Saturación de Petróleo, Sh para Saturación de hidrocarburos, etc.). La Saturación de Petróleo o Gas, es la fracción del volumen de poros que contiene petróleo o gas. Los poros deben estar saturados con algún líquido. Así, la sumatoria de todas las saturaciones en una roca de formación dada,debe ser del 100 %, por lo tanto se cumple: Sw + So + Sg = 1
Saturación de fluidos. Saturación de Agua Irreducible (Swirr): Representa la saturación de agua connata y es la fracción de agua que esta adherida al grano y la cual no se mueve. Se obtiene a partir de pruebas de laboratorio ( Presiones Capilares, Permeabilidades Relativas Agua-Petróleo). Su valor varía entre 5% en formaciones de granos muy gruesos hasta 45% en formaciones de granos muy finos.
Saturación de Petróleo Residual (Sor): Es la fracción del hidrocarburo que no puede ser desplazada por métodos convencionales de producción. Se obtiene a partir de pruebas de laboratorio (Permeabilidades Relativas ). Su valor varia entre 5 % y 60 % dependiendo de la gravedad API del crudo y su viscosidad.
Saturaciones de fluidos: Define la cantidad de cada fluido almacenado dentro del espacio poroso. Se puede determinar de las siguientes maneras: •
•
•
Mediante núcleos usando análisis convencionales o especiales Mediante perfiles usando ecuaciones apropiadas en mayor o menor grado, según las áreas Estimación visual usando métodos prácticos
Saturación irreducible Fracción de fluido mojante que permanece en una roca después de un proceso de extracción de ese fluido.
Fenómeno de Capilaridad P2 Fase no-mojante
Fase mojante
P1
Interfaz
Saturación residual Fracción de fluido mojante entrampado en medio poroso después de proceso de extracción ese fluido
no el un de
Fase mojante SISTEMA AGUA/PETRÓLEO/ROCA
AGUA
SISTEMA LÍQUIDO/GAS/ROCA
LÍQUIDO
