2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 1. Antecedentes Propiedades Radioactivas de las Rocas Tipo Radioactividad
Naturaleza
Carga
Penetración
Energia
Alpha (α)
2 protonws & 2 neutronws
+
Baja, detenida por papel
4 – 6 MeV
Beta (β)
electronws
-
Limitada por carga negative, detenida detenida por 0.125’’ de aluminio
0.016 – 3.65 3.65 MeV MeV
Gamma (γ)
Radiación El Electromagnética
Longitud Longitud de onda baja, alta penetración, se require require varios cm de plomo
0.01 – 10 MeV
Decaimiento Gamma El protón viaja a la velocidad de la luz (c) y es caracterizado por su energía (E), frecuencia (f) y amplitud de onda . Los rayos gamma son producidos producidos naturalmente, naturalmente, y el nucleus primario decae produciendo produciendo un nucleo secundario que puede o no ser radioactivo, radioactivo, al tener cada proton una energía y amplitud de onda
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 1. Antecedentes Propiedades Radioactivas de las Rocas Las rocas contienen diferentes cantidades de elementos inestables, por lo tanto exhiben una propiedad característica. Estos elementos importantes para identificarlos se dividen en las series de Uranio, Torio y Potasio 40. Estos elementos radioactivos tienden a concentrarse en arcillas donde la superficie reactiva absorbe minerales radioactivos. Este ambiente químico amigable con la radioactividad no será favorable en los carbonatos o acumulaciones siliclásticas. Sediment
Potassium (%)
Thorium (ppm)
Uranium (ppm)
Shale
3
20
6
Sandstone
1
20
6
Carbonate
0 .3
2
2
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 2. Gamm Gamma a Ray Ray Log Diseño Geiger Mul Geiger Muller ler Cou Counte nterr & ion ionizat ization ion Cha Chambe mber r Poca eficiencia 1 a 5 % taza de detección Camara larga de 30 pulgadas, poca resolución vertical vertical •
•
Scintillation Scintillatio n Coun Counter ter Los rayos gamma gamma entran por la placa de Nal y produce un flash Este flash choca con los fotocátodos y emite un numero primario de electrones Los electrodos están unidos a la primera seria de ánodos para incrementar su potencial Cada ánodo emite una serie de electrones por cada electrón recibido El ultimo ánodo esta conectado a un circuito electrónico que graba el pulso eléctrico, el cual su magnitud es proporcional a los rayos gammas registrados Tiene una eficiencia de 50-60% • •
•
•
•
•
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 2. Gamm Gamma a Ray Ray Log Respuesta de Herramienta Las unidades en que mostrara la respuesta son API El punto de medición es el punto medio de la parte activa del detector Ya que los rayos gamma son atenuados y absorbidos por la herramienta, solamente detecta radiación desde un volumen esférico relativamente pequeño alrededor del detector Su radio de investigación es de 60 cm El volumen esférico de detección puede ser deformado por: Energía del Gamma Ray Densidad de Formación Densidad del Lodo Tamaño del pozo •
• •
•
La resolución vertical será igual al diámetro de la esfera de investigación, por lo tanto variara con la
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 2. Gamma Ray Log
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 2. Gamma Ray Log Factores que Afectan las Lecturas Variación estadística Velocidad de Logging Condiciones de pozo •
•
• •
•
•
Fluido de Pozo Volumen- Posición – Densidad- Composición Tubing y Casing Espesor, Densidad, Material Cemento Espesor, Densidad, Tipo, Aditivos
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 2. Gamma Ray Log Corrección de Lectura Un log de rayos gamma muestra una lectura de 36 API en un pozo con un diámetro de 12 in (Dh), el cual contiene un lodo de densidad 12 lb/g (Wmud). El diámetro de la sonda es 3.325 in (Dsonde) y ha estado centrada en el momento de la medición. Corregir la lectura
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 2. Gamma Ray Log Corrección de Lectura Un log de rayos gamma muestra una lectura de 36 API en un pozo con un diámetro de 12 in (Dh), el cual contiene un lodo de densidad 12 lb/g (Wmud). El diámetro de la sonda es 3.325 in (Dsonde) y ha estado centrada en el momento de la medición. Corregir la lectura
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 2. Gamma Ray Log Corrección de Lectura Un log de rayos gamma muestra una lectura de 36 API en un pozo con un diámetro de 12 in (Dh), el cual contiene un lodo de densidad 12 lb/g (Wmud). El diámetro de la sonda es 3.325 in (Dsonde) y ha estado centrada en el momento de la medición. Corregir la lectura
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 2. Gamma Ray Log Calibración 1 unidad API es igual a 1/200 de la deflexión medida entre dos niveles de referencia de actividad de rayos gamma medido en un pozo (Know How). En campo es posible una calibración por una capa de un material radioactivo conocido.
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 2. Gamma Ray Log Display Unidades API Escala típica 0- 150 API Otras escalas 0- 100 API 0- 200 API 0-250 API Algunas veces representado con una envolvente x1 a altos valores de GR (A)
(A) Normalmente es el primer track de un log compuesto, y es ploteado junto con el Caliper Log
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 2. Gamma Ray Log Aplicaciones •
Evaluación Litológica
•
Cuantificación del volumen de Shale
•
Identificación de fracturas
•
Correlación de pozos y control de profundidad
•
Detección de inconformidades
•
Sedimentología
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 2. Gamma Ray Log Aplicaciones Evaluación Litológica Su principal función es la identificación del shale ya que los materiales radioactivos tienen a concentrarse en este tipo de rocas •
Se denomina “Clean Rocks” a las rocas con poca
radioactividad, es decir areniscas Los carbonatos puros no son radioactivos pero en ciertos facies, logran contener materias rico en Uranio. Los valores no son únicos y muestran superposición entre las lecturas Algunos materiales como feldespato, mica y componentes pesados pueden generar lecturas
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 2. Gamma Ray Log Aplicaciones Cuantificación del volumen de Shale •
A
Ejemplo: Determinar el volumen de shale en los puntos A, B y C. 1. Establecer el GR Shale – 100 API 2. Establecer el GR Clean- 15 API 3. Leer las lecturas en los puntos A, B, C 4. Calcular el volumen de shale Vsh
ℎ ( ) =
ℎ
C
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 2. Gamma Ray Log Aplicaciones Cuantificación del volumen de Shale •
A
Ejemplo: Determinar el volumen de shale en los puntos A, B y C. 1. 2. 3. 4.
Establecer el GR Shale – 100 API Establecer el GR Clean- 15 API Leer las lecturas en los puntos A, B, C Calcular el volumen de shale Vsh ℎ ( ) = Depth
ℎ
GR (API)
Shale Volume (v/v)
A
75
0.706
B
35
0.235
C
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 2. Gamma Ray Log Aplicaciones Cuantificación del volumen de Shale P1, P5, P10 son pueden ser GR Clean dependiendo de la frecuencia de areniscas •
P90 es GR Shale
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 2. Gamma Ray Log Aplicaciones Correlación de pozos y control de profundidad •
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 2. Gamma Ray Log LWD Azimuthal GR 1 a 3 Scintillation Detectors Localizado en los bolsillos exteriores de un drill collar. Conteo alto de los detectores proveen un GR log bastante preciso para facilitar una correlación de pozo a pozo en aplicaciones de geonavegación. La herramienta también incluye magnetómetros x-Y para registrar la posición azimutal del detector a medida que la herramienta gira- esto permite la adquisición de total del registro de GR en tiempo real.
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 2. Gamma Ray Log Ejercicio Evaluar las siguientes profundidades y llenar la tabla. Depth (ft)
GR Shale (API)
GR Clean (API)
GR Reading (API)
Shale Volume (v/v)
70 100 160
Encontrar el Cut-Off de Vsh Encontrar la altura potencial de reservorio, considerando que si el Volumen de Shale es mayor a 0.50 v/v el segmento es muy arcilloso para considerarlo. ℎ () = ℎ
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 2. Gamma Ray Log Ejercicio
Depth (ft)
GR Shale (API)
GR Clean (API)
GR Reading (API)
Shale Volume (v/v)
70
125
25
90
0.65
100
125
25
25
0.00
160
125
25
45
0.20
ℎ () =
ℎ
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 2. Gamma Ray Log Ejercicio
Siendo GR Clean=25 API y GR Shale= 125 entonces la lectura de GR Cut-off = 75 API
25 (ft)
110 (ft)
ℎ () =
ℎ
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 2. Gamma Ray Log Ejercicio
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 3. Density Log Diseño de Herramienta Una fuente de Cesio 137 emite rayos gamma a 0.66 MeV La herramienta es empujada hacia la formación por un caliper para reducir efectos del lodo y mudcake La tener una forma de navaja corta el mudcake antes de hacer la lectura Los rayos Gamma interactúan con los electrones de la formación a través de un efecto fotoeléctrico y el efecto Compton de dispersión Los niveles de energía gamma son detectados por dos detectores diferentes de largo y corto alcance
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 3. Density Log Calibración Element / Compound
Electron Density (ρe) (g/cc)
Apparent True Bulk Log Density Density (ρa) (g/cc) (ρb) (g/cc)
Quartz
2.650
2.648
2.654
Limestone
2.708
2.710
2.710
Dolomite
2.863
2.850
2.850
Anhydrite
2.957
2.977
2.960
Sylvite
1.916
1.863
1.984
Halite
2.074
2.032
2.165
Gypsum
2.372
2.351
2.320
Fresh Water
1.110
1.000
1.000
Salt Water
1.237
1.135
1.146
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 3. Density Log Corrección Si no hay mud cake en el momento de leer la lectura del detector de largo y corto alcance, la lectura sea la misma Si el mudcake esta presente, este afecta al detector de corto alcance en vez del de largo alcance En el ejemplo vemos como incrementando el espesor del mudcake con una densidad de 1.5 g/cc impacta la densidad de formación a 2 g/cc ρb (RHOB) = ρls + Δρ Δρ (DRHO ) es computado de una familia de diferentes
curvas experimentales para los detectores de corto y largo alcance
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 3. Density Log Corrección Ejemplo Determinar la desidad real de la matriz, sabiendo que la lectura de ρls (densidad largo alcance) es 1.90 g/cc y la ρ ss (densidad corto alcance) es 1.50 g/cc ρb (RHOB) = ρls + Δρ
ρb (RHOB) = 1.90 + 0.3 ρb (RHOB) =2.1 g/cc
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 3. Density Log Factores Ambientales Radio de investigación Aproximadamente 6 pulgadas dentro de la zona de invasión A medida que la densidad de roca incrementa, el radio de investigación es menor La resolución vertical es aproximadamente de 10 pulgadas El punto de medición es al medio del los detectores de largo y corto alcance Pozos con diámetro mayor a 10 pulgadas es necesario corregir los GR por volumen La densidad del fluido de perforación impactara los rayos gamma detectados El mud cake hara que cada correcion de los detectores de largo y corto alcance sean diferentes
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 3. Density Log Factores Ambientales Ejemplo 1 La lectura de un log de densidad aparente FDC es de 2.40 g/cc en un pozo de 14 pulgadas lleno de lodo. Determinar la lectura corregida del density log Corrección por pozo= 0.03 g/cc, por lo tanto la densidad real es 2.43 g/cc
Ejemplo 2 Un log de densidad LDT detecta una lectura de 2.25 g/cc en un pozo de 10 pulgadas lleno de lodo de densidad 1.2 g/cc. Cual es la densidad corregida del log
(dh – 8) * (ρb – ρm) = (10 – 8) * (2.25 – 1.2) = 2.1
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 3. Density Log Evolución Histórica 1960’s to 1980’s
1980’s to Present Day
Present Day
Schlumberger
Formation Density Compensated (FDC)
Litho-Density Tool (LDT)
Three Detector Lithology Density (TLD)
Baker Hughes
Compensated Densilog (CDL)
Compensated Z-Density (ZDL)
2
2
3
Counter
Counter and spectrum analyzer
Counter and highresolution spectrum analyzer
Density, caliper & density correction
Density, caliper, density correction & photoelectric log
High-resolution density, caliper, density correction & high-resolution photoelectric log
Spine and Rib
Spine and Rib
Inversion of a forward
Detectors Acquisition Method
Outputs
Processing Method
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 3. Density Log Display Las unidades son g/cc (ocasionalmente kg/cc) La escala de la grafica es linear desde 1.95 a 2.95 g/cc Otras escalas 2.0 a 3.0 g/cc, 1.7 a 2.7 g/cc Corrección de la densidad (DRHO) escala linear desde -0.75 a 0.25 g/cc Normalmente presentada con el log de gamma ray, caliper log y tensión (A) Algunas veces el log de densidad es sustituido por el log directo de porosidad calculada. Considerarlo como potencial fuente de errores
A
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 3. Density Log Aplicaciones Detección de porosidad y litología Compactación y sobrepresión Identificación de Roca Madre Estudios Geofísicos
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 3. Density Log Aplicaciones – Porosidad
Ø=
ρ ρ ρ ρ
Donde: Ø = Porosidad (v/v) ρb = Bulk Density (g/cc) (Densidad Leida) ρfl = Fluid Density (g/cc) ρma = Matrix Density (g/cc) Ejemplo Si la densidad leida de un log es 2.35 g/cc en una arenisca de densidad de matriz de 2.65 g/cc y el fluido es agua fresca de 1 g/cc, Cual es la porosidad?
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 3. Density Log Aplicaciones – Porosidad
Ø=
ρ ρ ρ ρ
Donde: Ø = Porosidad (v/v) ρb = Bulk Density (g/cc) (Densidad Leida) ρfl = Fluid Density (g/cc) ρma = Matrix Density (g/cc) Ejemplo Si la densidad leida de un log es 2.35 g/cc en una arenisca de densidad de matriz de 2.65 g/cc y el fluido es agua fresca de 1 g/cc, Cual es la porosidad? Ø=
2.65−2.35
= 0.18 v/v or 18 %
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 3. Density Log Aplicaciones- Impacto de la densidad de Matriz en la porosidad El log de densidad solo no es suficiente para un diagnostico (excepto en las evaporitas presentando valores negativos) La densidad de matriz es dependiente de la litología y su impacto es fuerte en el calculo Sandstone (2.62 g/cc) = 0.17 v/v Sandstone (2.67 g/cc) = 0.19 v/v Limestone (2.71 g/cc) = 0.21 v/v Dolomite (2.82 g/cc) = 0.26 v/v Dolomite (2.89 g/cc) = 0.29 v/v 0.01 g/cc en cambio de la densidad de la matriz significa un 0.6% cambio en la porosidad Por lo tanto la matriz es ponderada por el volumen de sus componenetes, por ejemplo una arenisca cementada con calcita (50:50) tendra una densidad de 2.68 g/cc Esto es determinado por: •
Densidad de Matriz del Core
•
Descripción de cuttings
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 3. Density Log Aplicaciones- Impacto de la densidad de Matriz en la porosidad La densidad del fluido estará en función del tipo, salinidad, presión y temperatura, y el impacto será alto en el calculo de la porosidad Saline water (1.2 g/cc) = 0.0.21 v/v Oil (0.85 g/cc) = 0.17 v/v Gas (0.15 g/cc) = 0.12 v/v 0.1g/cc cambio en la densidad del fluido ocasionara un 1% de cambio en la porosidad Ya que el log de densidad alcanza a leer la zona de invasión, el fluido dentro de la roca tendrá parte de lodo y se distinguirá del fluido original Se lo determina de: Muestras de Fluido Calibración de la densidad de matriz del core y la porosidad Suposiciones y modelo geológico
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 3. Density Log Aplicaciones- Compactación y Sobrepresión En la escala geológica la porosidad de shale decrece a medida que la profundidad y el overburden la compactan. Correspondientemente, al ser compactado la densidad crece debido a la reducción de agua Zonas con sobrepresión reducen la taza de compactación, por lo que la porosidad crece Es necesario ver la composición del shale Se lo utiliza constantemente antes y durante la perforación para determinar la densidad de lodo y controlar la perforación.
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 3. Density Log Aplicaciones- Estudios Geofísicos Mediciones de gravedad En combinación con los logs sónicos se puede determinar • • •
•
La impedancia acústica La impedancia elástica La sustitución de fluido Predicciones de las propiedades de roca
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 3. Density Log LWD Azimuthal Density La herramienta ALD contiene un suministro de Cesio 137 y un par de detectores que están instalados en los estabilizadores El Cesio 137 es el emisor de rayos gamma La taza de emisiones a los detectores son registrados cada 20ms y asignados a uno de los 16 compartimientos azimutales Cada compartimiento es orientado usando información de los magnetómetros Limitaciones por los pulsos telemétricos del lodo puede hacer que los datos solo sean leidos por 4 compatimientos, superior, inferior derecho e izquierdo
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 3. Density Log LWD Azimuthal Density La herramienta ALD contiene un suministro de Cesio 137 y un par de detectores que están instalados en los estabilizadores El Cesio 137 es el emisor de rayos gamma La taza de emisiones a los detectores son registrados cada 20ms y asignados a uno de los 16 compartimientos azimutales Cada compartimiento es orientado usando información de los magnetómetros Limitaciones por los pulsos telemétricos del lodo puede hacer que los datos solo sean leidos por 4 compatimientos, superior, inferior derecho e izquierdo
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 3. Density Log Ejercicio Calcular la porosidad de Sandstone 2.65 g/cc y Limestone 2.71 g/cc para las siguientes profundidades con una densidad de fluido de 1 g/cc, además encontrar una porosidad de sandstone con un lodo salino en 100-110 ft. Intervalo
Rango
A
40 to 50
B
62 to 72
C
100 to 110
D
112 to 122
E
173 to 183
Densidad (g/cc)
Sandstone Porosity (v/v)
Sandstone Porosity For Salty Mud (v/v)
Limestone Porosity (v/v)
∅
=
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 3. Density Log Ejercicio Es razonable la porosidad en el intervalo B? Maque los intervalos que tienen acumulación de Mud-cake, que significado le encuentra?
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 3. Density Log Ejercicio Intervalo
Rango
Densidad (g/cc)
Sandstone Porosity (v/v)
Sandstone Porosity For Salty Mud (v/v)
A
40 to 50
2.45
0.12
0.15
B
62 to 72
1.97
0.41
0.43
C
100 to 110
2.30
0.21
D
112 to 122
2.65
0.00
0.04
E
173 to 183
2.25
0.24
0.27
0.23
Limestone Porosity (v/v)
0.24
2. HERRAMIENTAS NUCLEARES 3. Density Log Ejercicio
Washout y su correspondiente correccion de densidad
