EL AMBIENTE DEL HOYO

EL AMBIENTE DEL HOYO.

Antes de tratar lo concerniente a los registros elctricos es necesario describir el ambiente del hoyo. Cuando hablamos sobre la resistividad del agua, indicamos que la temperatura influa sobre ella. Mientras ms alta sea la temperatura menor ser la resistividad de un agua con una salinidad dada. La temperatura de las formaciones se determina a partir de la siguiente ecuacin:

Tf = Ts + (GG*z) / 100

(1)

donde Tf es la temperatura de la formacin y Ts es la temperatura promedio de superficie, ambas en grados farenheits, GG es el gradiente geotrmico del rea en grados farenheits/100 pies y z la profundidad de la formacin. El divisor de 100 es para compensar las unidades de expresin del gradiente geotrmico.

Debido a que el filtrado del lodo invade a las formaciones porosas durante la perforacin es necesario conocer la resistividad del lodo. Esta es medida en superficie por el ingeniero de lodo o el ingeniero de la compaa de perfiles utilizando un resistmetro de copa, y esa resistividad debe ser ajustada a la temperatura de las formaciones a evaluar. A tal efecto se utiliza la frmula:

R2 = R1 * ( T1 + 6.77) / ( T2 + 6.77) (2)

donde T1 es la temperatura de medicin de la resistividad del lodo en superficie, T2 es la temperatura de la formacin a la que se quiere calcular la resistividad del lodo R2, y R1 es la resistividad medida a la temperatura T1. Esta misma frmula se aplica para calcular resistividades de agua de formacin. Los catlogos de cartas de correccin de perfiles de las compaas de registros suministran grficos para estimacin de resistividades a diferentes temperaturas que son representaciones grficas de esta frmula.

La figura 3.1 muestra la representacin esquemtica de un pozo.

Figura 3.1.- Representacin esquemtica del ambiente del hoyo.

La resistividad del lodo que llena el hoyo de dimetro dh se expresa como Rm. Rmc es la resistividad del revoque o costra de lodo, cuyo espesor se representa como hmc. El dimetro de la zona lavada por el filtrado del lodo con resistividad Rmf se denomina di y la resistividad de esta zona es Rxo. En la zona no invadida o virgen de la formacin la resistividad verdadera Rt depende de la fraccin del volumen poroso saturada de agua, Sw, y de su resistividad, Rw. Entre ambas zonas existe una zona de transicin o nulo de dimetro dj hasta donde se extiende la influencia del filtrado, cuya resitividad se expresa como Ri, la cual depende de la resistividad Rz de la mezcla de filtrado de lodo y fluidos de formacin, siendo la saturacin de agua de esta zona Si. La resistividad de las capas adyacentes es denotada con el smbolo Rs.

Figura 3.2.- Perfil de invasin de un acufero.

Figura 3.3.- Perfil de invasin de arena petrolfera mostrando un nulo.

EL POTENCIAL ESPONTANEO (SP).

La curva de potencial espontneo SP es una medida de las corrientes elctricas que se producen dentro del pozo debido al contacto de fluidos con salinidades diferentes; por consiguiente, este registro se usa normalmente en pozos perforados con fluidos cuya base es agua dulce. La curva es un registro de la diferencia entre el potencial elctrico de un electrodo mvil en el pozo y el potencial elctrico de un electrodo fijo en la superficie que acta como tierra. Los filtrados del lodo de perforacin invaden aquellas zonas que exhiben alguna permeabilidad y en consecuencia se generan corrientes por el flujo de iones debido a los contrastes de salinidades (Figura 3.4).

Si la zona es impermeable, como en el caso de lutitas, no habr invasin por los filtrados y no se generarn corrientes SP; por lo tanto, el trazo de la curva ser relativamente recto y sin caracteres distintivos. El SP no se puede registrar en pozos perforados con lodos resistivos porque estos no permiten continuidad elctrica entre el electrodo del SP y la formacin. El potencial espontneo es el resultado de una combinacin de potenciales electroqumicos y electrocinticos que se originan en el pozo. Un potencial electroqumico de membrana se desarrolla en el contacto entre lutitas y capas permeables, debido a que los minerales de arcilla por su estructura son permeables a los cationes de Na e impermeables a los aniones de Cl. Cuando una lutita interacta con soluciones de ClNa de diferentes concentraciones en la zona de contacto con rocas permeables, los cationes de Na se desplazan a travs de la lutita desde la solucin ms concentrada hacia la menos concentrada. Este movimiento de iones constituye una corriente elctrica.

Figura 3.4.- Representacin esquemtica de la distribucin de potenciales entre las lutitas y las capas permeables.

Los efectos electrocinticos se originan por el flujo de electrolitos a travs de medios porosos permeables. Su magnitud depende de la presin diferencial entre el lodo y las formaciones y a la resistividad del electrolito en el medio poroso. El principal componente electrocintico es el movimiento del filtrado a travs del revoque del lodo en la pared del pozo frente a una capa permeable. Una fuerza electrocintica opuesta se produce en las lutitas, las cuales constituyen elementos semipermeables que permiten flujo de electrolitos. Esta nfima permeabilidad horizontal de la lutita es esencialmente igual a la del revoque. De tal manera que la contribucin electrocintica a la defleccin del SP es generalmente muy pequea, y se la considera como negligible. Solamente en los casos de grandes presiones diferenciales y de presencia de formaciones de muy baja porosidad y permeabilidad donde se produce sobrecarga por la ausencia de revoque, el efecto electrocintico puede contribuir considerablemente a la defleccin del SP.

REGISTROS ELCTRICOS.

Una de las propiedades fsicas ms importantes que se pueden medir en las rocas perforadas es la resistividad. Las mediciones de resistividad en conjunto con la porosidad y la resistividad del agua se usan en los clculos de saturacin de agua y, en consecuencia, en la estimacin de la saturacin de hidrocarburos.

El registro elctrico basado en el diseo bsico de los hermanos Schlumberger fue el ms utilizado hasta mediado de los aos cincuenta. Todava se usa en muchas partes del mundo, aunque existen mtodos de registro ms modernos y ms complicados; adems, miles de ellos se interpretan cada ao en campos viejos.

La configuracin bsica de los registros normales y laterales se muestra en la figura 3.9. En los dispositivos normales una corriente elctrica de intensidad constante circula entre los electrodos A y B. La herramienta mide la diferencia de potencial resultante entre los electrodos M y N. Los electrodos A y M estn en la sonda, mientras que B y N estn tericamente situados a una distancia infinita. En realidad B es la armadura del cable y N es un electrodo en la manga, es decir la parte inferior del cable del registro recubierta con material aislante.

La distancia AM es el espaciamiento, el cual es de 16" (0.4 m) para la normal corta y de 64 pulgadas (1.6 m) para la normal larga. El punto de registro para la medicin est en O, situado equidistante entre A y M. El radio de investigacin de las curvas normales es de aproximadamente dos veces el espaciamiento entre electrodos.

Figura 3.9.- Configuracin de los registros laterales y normales.

Los registros laterales tambin estn conformados por dos electrodos A y B por donde circula una corriente constante y se mide la diferencia de potencial entre los electrodos M y N, los cuales estn colocados dentro del pozo sobre dos superficies equipotenciales esfricas concntricas con centro en A. Tambin el punto de registro es O ubicado en el punto medio entre M y N. (Fig. 3.9). El espaciamiento AO es de 18 pies con 8 pulgadas (15.5 m), y su radio de investigacin es aproximadamente igual a dicho espaciamiento. En la prctica se utiliza por conveniencia un arreglo recproco de los electrodos de corriente y de medicin del dispositivo lateral.

REGISTROS ENFOCADOS.

Debido al hecho de que las lecturas de los perfiles elctricos convencionales estaran afectadas considerablemente por el pozo, el espesor de capa y las resistividades de las formaciones adyacentes, se busc reducir este efecto utilizando aparatos de resistividades enfocadas, para as controlar la trayectoria de la corriente de medicin. Estas corrientes enfocadas se lograban colocando en la sonda electrodos especiales capaces de dirigir la corriente en forma direccional. En general estos registros tenan ciertas ventajas respectos a los elctricos convencionales:

- Se podan usar con lodos mucho ms salados.

- Podan leer formaciones de alta resistividad.

- Minimizaban el efecto de contrastes de resistividades de capas adyacentes.

- Mejoraban la resolucin en capas delgadas.

- Se obtenan profundidades de investigacin de someras a profundas.

- Permitan un mejor clculo de la resistividad en la zona invadida.

La figura 3.11 muestra los esquemas generales de las herramientas con electrodos de enfoque. Experimentaciones con el espaciamiento de los electrodos llev al desarrollo de herramientas con 3 electrodos (LL3), y de 7 a 9 electrodos, denominados LL7, LL8, LLD y LLS. El principio de diseo del LL3, tambin denominado de guarda, se basa en un electrodo central Ao que origina la corriente de medicin Io, con una corriente compensadora Ia que fluye de los electrodos largos A1 y A2, situados equidistantes de A e interconectados entre s. La corriente compensadora se ajusta para mantener cero voltaje entre Ao y el par A1-A2 y, en consecuencia, no hay flujo de corriente hacia arriba o hacia abajo en el pozo, lo que obliga a la corriente de medicin a fluir como una hoja lateral dentro de la formacin. En el caso de los sistemas de electrodos mltiples, de los cuales el LL7 se ilustra en la figura 3.11, la corriente de medicin fluye del electrodo Ao y la compensadora de los electrodos A1 y A2, conectados entre s. La corriente compensadora es tambin ajustada para mantener cero voltaje entre los electrodos monitores M1 y M1', los cuales a su vez estn conectados a M2 y M2', respectivamente. El resultado neto es similar al del LL3.

El SFL es una medida de resistividad de investigacin ms somera que sus predecesores, el de guarda corto LL8 y la normal de 16". Se obtiene con un conjunto de electrodos montados en la sonda del registro de induccin. La corriente de medida Io fluye del electrodo central Ao, y una corriente variable de enfoque Ia fluye entre Ao y los electrodos auxiliares interconectados A1 y A1'. El ajuste de la corriente de enfoque hace que la corriente de medicin entre en la formacin como si no existiese el efecto del pozo, lo que es deseable ya que lee la resistividad en la zona invadida (Ri).

SFLLaterolog 3

Laterolog 7

Figura 3.11.- Esquema de lectura de dispositivos enfocados.

REGISTRO DE INDUCCIN.

El primer perfil de corriente inducida, prototipo de los modernos perfiles de induccin, fue introducido en 1948 para medir resistividad en pozos perforados con lodos a base de petrleo. El perfil de induccin opera con ventajas cuando el fluido del pozo no es conductor, como es el caso con lodos a base aceite y an en aire o gas, pero tambin funciona cuando el pozo tiene lodo conductor, siempre que ste no sea muy salado, y que la formacin no sea muy resistiva y el dimetro del pozo no sea muy grande. En realidad an no se ha inventado una herramienta de resistividad que garantice la lectura de Rt bajo todas las condiciones posibles de invasin, manteniendo al mismo tiempo buena resolucin de espesor de capa. Por lo tanto, desde el inicio los registros de resistividad han consistido de tres curvas con diferentes profundidades de investigacin, lo que garantiza una apropiada correccin de Rt asumiendo un perfil de invasin escalonado. Sin embargo, muchos registros han sido corridos con slo dos curvas de resistividad somera y profunda, lo que no permite una correccin apropiada de la curva profunda, la cual se asume igual a Rt. La asuncin es razonable en zonas de alta porosidad, en las cuales la invasin es somera, pero puede conducir a errores significantes en zonas de baja porosidad donde la invasin puede ser profunda. Por tal razn, a travs de los aos se han realizado modificaciones a las herramientas de resistividad en procura de lograr una lectura ms apropiada de la elusiva Rt. La presente seccin tratar sobre los registros ms empleados en el mundo en la obtencin de medidas de resistividad, el registro de induccin, y las combinaciones diferentes que se han hecho con registros normales, enfocados y microresistivos en la bsqueda de la resistividad verdadera de las formaciones.

En el registro de induccin (Figura 3.15) una corriente alterna de 20 kHz de frecuencia se hace circular por una bobina transmisora aislada. Esto genera un campo magntico alterno que induce corrientes en forma de anillos circulares que fluyen coaxialmente en el medio que rodea a la sonda. Esta corriente a su vez crea un campo magntico que induce un voltaje en la bobina receptora. El voltaje inducido es proporcional a la conductividad del medio circundante. As que la herramienta lee la conductividad de la formacin, derivndose de ella la resistividad. El esquema de dos bobinas es la base del principio de induccin. En la prctica se utiliza una sonda de bobinas mltiples, cuya respuesta se obtiene descomponiendo todas las contribuciones de las combinaciones de pares de bobinas transmisoras-receptoras. Las bobinas transmisoras y receptoras estn acopladas entre s, utilizndose bobinas compensadoras para eliminar la seal que se origina por este acoplamiento. El espaciamiento entre las bobinas transmisoras y receptoras es un compromiso entre la profundidad de investigacin y la resolucin vertical de la herramienta.

Fig. 3.15.- Esquema bsico de la herramienta de induccin.

Debido a que en sus inicios la herramienta fue diseada para ser corrida en lodos a base de petrleo, lo que no involucra la presencia de filtrado de agua, su profundidad de investigacin no era un aspecto crtico, as que el espaciamiento entre bobinas era de 10". Diseos posteriores aumentaron el espaciamiento entre las bobinas, incrementando as la profundidad de investigacin y permitiendo registrar pozos perforados con lodos a base de agua fresca. Las denominaciones de estas herramientas son 5FF27, 6FF27, 6FF28, 5FF40 y 6FF40, denotando el primer dgito el nmero de bobinas y el segundo el espaciamiento nominal en pulgadas entre las bobinas transmisoras y receptoras. De estas herramientas las que son utilizadas actualmente son la 6FF40, que es la curva de resistividad profunda del registro de induccin moderno, y la 6FF28 que es una herramienta de 2 5/8" de dimetro para pozos de pequeo dimetro.

El registro de induccin elctrica (IEL), como su nombre lo indica, es una combinacin de curva elctrica y de induccin, generalmente la normal corta de 16" o 18" y el 6FF40, adems de un electrodo de SP. Este conjunto se introdujo a finales de los aos cincuenta y fue el dispositivo estndar de los sesenta. El registro presenta la curva del SP en el primer carril, la normal corta y la curva de induccin profunda en el segundo y la conductividad en el tercero. En aquellas reas donde la resistividad es baja es comn presentar en el segundo carril la curva normal expandida.

SYMBOL 183 \f "Symbol" El sistema de induccin enfocado (ISFL) tiene un dispositivo 6FF40, uno de enfoque esfrico (SFL) y un SP. La figura 3.17 muestra un ejemplo de del ISF de un registro de superficie del Norte de Monagas. Las arenas son acuferos con agua relativamente dulce, como se deduce de la lectura de alrededor de 18 ohm-m del ILD, con un lado ms salino que el agua de formacin por la lectura ms baja del SFL, que mide Ri.

Figura 3.17.- Registro de superficie ISFL del Norte de Monagas.SYMBOL 183 \f "Symbol" El registro de induccin doble DIL (figura 3.18) es una medicin ms avanzada y moderna que las anteriores y es muy til cuando los dimetros de invasin son muy grandes, es decir en formaciones de bajas porosidades.

normal

lateral

Ao

O2

O1

A1

A2