CARACTERIZACIN ESTTICA DE YACIMIENTOS CON DATOS DE LA
BORATORIO.
Anlisis de muestras de roca.Las muestras de roca y los diversos
anlisis que se realizan sobre ellas en el laboratorio proporcionan
informacin fundamental e imprescindible para llevar a cabo mltiples
trabajos y estudios que comprenden la exploracin y explotacin de
los yacimientos petroleros.
Anlisis de ncleos.El anlisis de ncleos es vital para determinar
las propiedades de la matriz de las rocas y constituye un recurso
importante para la caracterizacin de las formaciones.Con un buen
anlisis de muestra de rocas se pueden obtener:ASPECTOS
GEOLGICOS-Litologa-Petrografa-Granulomtrico-Mineraloga-Paleontologa
ASPECTOS PETROFSICOS
-Radioactividad-Porosidades primaria y secundaria-Geometra del
espacio poroso.-Permeabilidades-Tortuosidad-Densidad
Con los datos de muestras de roca obtenidas en laboratorio, se
pueden utilizar en estudios geolgicos (sedimentolgicos,
estratigrficos, estructurales), aspectos ssmicos, planificar
programas de perforacin, terminacin y mantenimiento de pozos.,
calibracin de registros, estimacin del volumen original de
hidrocarburos en los yacimientos, simulacin de yacimientos.
La extraccin de ncleos proporciona la nica representacin vlida
de la formacin, es el nicomedio de medida directa.
Los puntos ms importantes para hacer un muestreo de roca son los
superficiales, que son los que se pueden obtener en la boca del
pozo o en un afloramiento cercano al pozo. O tambin los
subsuperficiales, que son aquellas muestras que son tomadas en el
fondo del pozo o en la pared del mismo.
ALGUNAS PRUEBAS DE LABORATORIO SOBRE NUCLEOS Y SU APLICACIN
NUCLEO A FONDO DE POZO.
CONVENCIONAL.El equipo de muestreo convencional incluye una
barrena muestreadora, que se localiza en elextremo inferior de la
tubera de perforacin y se utiliza para cortar el ncleo, un
atrapancleos pararetener el ncleo una vez cortado y que se coloca
inmediatamente arriba de la barrena sacancleos.El flujo del fluido
de perforacin a lo largo de la tubera de perforacin circula entre
los barriles exterior e interior pero no puede pasar por dentro del
barril interior, esto trae como resultado que haya mayor
recuperacin del ncleo y menos arrastre de los fluidos de la
formacin que lo saturan, por el lodo de perforacin.Despus, por
medio del recorrido del fluido por la barrena se remueven los
recortes que en ese momento genera la barrena. Cuando la cantidad
deseada del ncleo es cortado o cuando el barril est lleno, el
barril muestrero es alzado del fondo.Con el nucleo convencional se
obtiene:-Un ncleo grande, en un operacin de corte.-til para muestro
de rocas de cualquier litologa.- La tcnica requiere que se saque
toda la tubera de perforacin del agujero y se fije el equipo
especial de muestreo en ella, antes de empezar las operaciones de
muestreo.
Partes de un sistema para nucleo convencional.
Tamaos de barriles muestreadores convencionales.
Procedimiento en el corte del ncleo convencional.
1. Se baja la barrena sin rotacin.2.Se determina si la barrena
reposa sobre el fondo del pozo o sobre recortes.3. Se levanta la
barrena otra vez y empieza a girar muy lentamente desde 30 a 50 rpm
aproximadamente.4.La velocidad de rotacin aumenta y la operacin
comienza.
NUCLEO A PRESIN
-Evita la expansin de gas que ocurre cuando el ncleo est dentro
del pozo y se lleva hastala superficie. La expansin del gas expulsa
los fluidos del yacimiento del ncleo, siendoreemplazados, por lo
general, por el lodo o su filtrado.-Se obtienen ncleos a presin
exitosamente en arenas muy suaves, en secuencias de arena/lutitas,
en carbonatos consolidados y en carbonatos sumamente fracturados.-
Se recuperan ncleos a presin con el mnimo de invasin de lodo o su
filtrado y de efecto de lavado para evitar la perdida de fluidos
del ncleo durante el proceso.- Se capturan todos los fluidos de la
muestra para determinar sus saturaciones.- Se pueden establecer
correlaciones entre las condiciones reales de saturacin de fluidos
y los registros de pozo para fundamentar el desarrollo de campos
nuevos.- Se usa con fluidos de perforacin de base agua y aceite, as
como en sistemas de aire espuma.- Se conserva la presin del fondo
del pozo en el ncleo cuando el barril se lleva a la
superficie.-Puede recuperar ncleos a presin de longitud grande,
donde la integridad de la formacinpermita el uso de este tipo de
barriles. Los ahorros de costos sustanciales son el resultado
demenos viajes y de trabajos ms cortos.- Cuando la invasin de
filtrado es mnima los ncleos a presin pueden proporcionar
informacin til y confiable en lo que se refiere a la magnitud y
distribucin de la saturacin de hidrocarburos en el yacimiento.-Es
una operacin de alto costo.
Esta tcnica, en ocasiones se aplica en yacimientos viejos con
incertidumbres en su historia de produccin, que han sido
seleccionados para algn tipo de proceso con el fin de mejorar la
recuperacin de aceite. Esta tcnica se aplica para determinar la
cantidad de aceite remanente del yacimiento.
PROCESO DE NUCLEO A PRESINEl proceso de nucleo a presin consiste
de 4 pasos bsicos.
1. Corte del ncleo a presin.2. Entrampamiento y recuperacin de
la presin.3. Procesamiento del barril nucleador.4. Congelacin del
ncleo.
Congelacin del ncleoLa congelacin del ncleo es necesaria para
inmovilizar los fluidos y gases dentro del ncleo. Unavez que estos
fluidos son inmovilizados, el ncleo puede ser removido del barril
muestrero despus de ser depresionado. El ncleo puede transportarse
entonces al laboratorio para el anlisis con el correspondiente
manejo requerido, sin que haya prdida de informacin acerca de la
saturacin de fluidos.Este congelamiento se lleva a cabo colocando
el barril muestrero en un contenedor lleno de hielo seco de 8 a 12
horas. Durante el proceso de congelamiento, el barril muestrero se
mantiene a una presin constante por un suministro de nitrgeno
externo minuciosamente regulado. Esta fuente externa mantiene la
presin contra los efectos del enfriamiento y contraccin.
NUCLEO CON ESPONJA
El barril nucleador con esponja resulta ser un mtodo aceptable,
econmico y conveniente para obtener mejores datos de saturacin de
aceite.
El nucleo utilizado con barril con esponja proporciona datos ms
precisos de la saturacin de fluidos en el yacimiento que el nucleo
convencional. Por otro lado, aunque el nucleo con esponja provee
menos informacin que el nucleo a presin, es significativamente ms
barato.
El barril nucleador con esponja es una modificacin de un barril
nucleador convencional.Tal sistema, que consiste de un tubo de
aluminio forrado interiormente de esponja de poliuretanoporoso, que
es preferentemente mojado por aceite, se encuentra colocado dentro
del barril interior para absorber el aceite que expulsa el ncleo
desde el momento que es retirado del pozo y durante su transporte
al laboratorio para su estudio. Este barril forrado de esponja,
atrapa aceite o en algunos casos, agua o gases como CO2 y H2S.
El filtrado de lodo en la esponja puede ser controlado saturando
la esponja con agua salada decampo con la cual el ncleo es
compatible. Puesto que la esponja es mojada por aceite resiste
lamojabilidad del agua.
NUCLEO CON GEL
El nucleo con gel ofrece:1.Un barril interno precargado que
contiene un gel que encapsula al ncleo de baja invasin.2. La
encapsulacin en el fondo del pozo de la muestra de roca hace que
quede aislada de la invasin del fluido de perforacin.
La invasin del filtrado del lodo ocurre en tres principales
formas:
-Invasin dinmica delante de la barrena nucleadora. Esto puede
ser significativo en baja velocidad de nucleo cuando la velocidad
del flujo vertical del filtrado en el nucleo excede la velocidad de
la barrena.-Invasin dinmica en la cara y garganta de la barrena
nucleadora. Esto ocurre en todas las operaciones de nucleado pero
es ms severa con baja velocidad de nucleado y/o alta prdida de
fluidos o sea un filtrado alto.-Invasin esttica en el interior del
barril nucleador interno.
El gel viscoso para la preservacin de ncleo es un glicol de
polipropileno de alto peso molecular que es insoluble en el agua y
ambientalmente seguro. El gel es compatible con la mayora de los
fluidos de perforacin de base agua y aceite. Debido a que el gel
entra en contacto directo con el ncleo durante e inmediatamente
despus que es cortado, la posterior invasin del fluido de
perforacin es minimizada.
Ventajas del nucleo con gel:
-Incrementa la confianza, sobre todo, en programas de anlisis
especiales de ncleo por el aseguramiento de la calidad del ncleo.-
Mejora el funcionamiento de la extraccin de ncleos para un
rendimiento alto en la recuperacin del ncleo.- Reduce la invasin
del filtrado del fluido de perforacin.- La preservacin del ncleo de
fondo de pozo puede ser usado en combinacin con el barril muestrero
a presin, si el estudio tiene como objetivo la determinacin de la
saturacin de aceite residual o para anlisis especiales.-Protege al
ncleo contra la oxidacin y la deshidratacin.- Se utiliza en
situaciones con alta y baja temperatura.- Se aplica para
formaciones duras, medias y suaves o deleznables con resistencia
compresiva baja no confinada.-El sistema de gel es apto para
calizas y areniscas que tienen porosidad de matriz.- El gel es
especialmente efectivo en limitar la expulsin de los fluidos
(aceite) del ncleo, en especial cuando el yacimiento es
saturado.
NUCLEO CON MANGA ELSTICA
Con este barril el ncleo es encerrado por una manga de hule,
evitando la desintegracin y el atascamiento. La manga de hule y el
ncleo son levantados por medio de un tubo de desmantelamiento
(stripper tuve) para prevenir el bloqueo en el interior de la
tubera.
El ncleo debe mantenerse unido y apoyado tal y como es cortado.
El desmoronamiento yacomodamiento del material contra las paredes
del barril interior deben ser eliminados. La contaminacin del
ncleo, debido a los fluidos de circulacin, debe ser minimizado. El
ncleo deber conservar una condicin sin mucho movimiento durante el
viaje fuera del pozo, conservando sus propiedades, permitiendo su
desmontaje y embarque al laboratorio para el anlisis de ncleos sin
alteracin por la exposicin a la atmsfera. El ncleo debe mantenerse
unido para evitar resbalamientos e impedir que se rompa o fracture.
El ncleo debe protegerse en el barril y permanecer intacto mientras
se termina de cortar y durante el viaje fuera del agujero. Todos
los componentes del barril deben resistir altas temperaturas. Todo
material en contacto con el ncleo debe resistir cuando se realiza
el corte en rocas durasfracturadas. La friccin entre la manga
elstica y la superficie interior de la tubera deber ser eliminada o
reducida al mximo. El ncleo debe fcilmente ser removido del barril
sin perjudicarlo y poderlo cortar en las secciones de longitudes
convenientes para ser conservado durante el transporte y
almacenamiento.
NUCLEO CON LNEA DE ACERO.
Es una operacin derivada del nucleo convencional pero con la
ventaja de ser una operacin ms rpida y de costo ms bajo.
El procedimiento que se hace para la operacin, consiste en
realizar la operacin de nucleo y al terminarla se saca el ncleo del
pozo, junto con el barril interior, por medio de una lnea de acero
que engancha al barril interior y lo lleva a la superficie por
dentro de la tubera de perforacin. Se saca el ncleo del barril
interior y ya vaco ste se coloca nuevamente en el barril exterior
que se encuentra en el fondo del pozo y se corta otro ncleo. Con
este procedimiento no se requieren operaciones de meter y sacar
toda la tubera de perforacin para obtener el ncleo ya cortado, por
lo que se ahorra tiempo y dinero.
Los barriles interiores para lnea de acero tienen dimetros
pequeos con el fin de que puedan ser retirados del fondo por el
interior de la tubera de perforacin.
Tambin se puede adaptar un tapn perforador. Este, es una barrena
de dimetro pequeo que va unido a un soporte y se fija en el cabezal
del ncleo.De esta manera se puede continuar con la perforacin del
pozo despus de obtener la muestra si as se desea.
VENTAJAS Ahorro de tiempo Obtencin de mltiples muestras Este
sistema, proporciona un indicador de atascamiento en la superficie.
Se usa en proyectos costa afuera, aguas profundas Nucleo en
intervalos largos Efectivo para todo tipo de formacin
DESVENTAJAS
El barril interior tiene que ser muy pequeo para que pueda ser
retirado. Por lo tanto el dimetro del ncleo es muy pequeo
NUCLEOS EN LA PARED DEL POZO
Las herramientas de muestreo en la pared del pozo permiten tomar
ncleos de la formacin que, como los de fondo, ayudan a mejorar el
anlisis de los registros de pozos, a identificar el origen y tipo
de roca y se pueden utilizar para determinar la localizacin exacta
de los contactos gas y aceite, gas y agua o aceite y agua dentro
del yacimiento. En algunos casos, los ncleos de pared pueden
descubrir, incluso, yacimientos productivos que los registros no
detectan.Los mecanismos de accionamiento de las herramientas
nucleadoras pueden ser por percusin o por rotacin.HERRAMIENTA DE
MUESTREO EN PARED POR PERCUSIN.Obtenido de la pared del pozo con un
pequeo barril disparado por un explosivo, de la misma forma que se
realizan los disparos a la tubera para poner el pozo en
produccin.Este dispositivo (can) consta de un cuerpo pesado de
acero que contiene varios barriles pequeos cortadores de ncleos,
que pueden proyectarse separadamente dentro de la pared del pozo
desde pequeos disparadores (pistolas) con la ayuda de un poderoso
explosivo.Se baja un can de nucleamiento de pared hasta con 30
pistolas. Los barriles son disparados dentro de la formacin, hacia
la pared del pozo, con cargas de plvora encendida por medio de
impulsos o ignicin elctricos controlados desde la superficie.
Los caones para disparar los barriles estn diseados para tomar
25 muestras, pero pueden ser armados en forma mltiple, dependiendo
de la sofisticacin del equipo utilizado. Las cargas explosivas
pueden ser de diferentes magnitudes dependiendo de la consolidacin
o compactacin de las litologas que se estn
muestreando.Procedimiento:
Ventajas: El mtodo es rpido debido a que se obtienen varias
muestras de ncleos en un periodoaproximado de 3 horas y en un solo
viaje. El nucleamiento de pared es ms barato y puede llevarse a
cabo despus de que el pozo ha sido perforado pero antes de que sea
revestido. Estos ncleos tambin se pueden emplear para analizar los
cambios de la formacin que pueden afectar la produccin. Los ncleos
de pared proveen evidencia fsica de los datos de los registros
elctricos de la formacin y ayudan a determinar si se requieren
anlisis ms detallados. Los barriles muestreadores estn hechos de
acero de aleacin y presentan un filo cortador agudo a la formacin.
Cada carga se dispara separadamente a cualquier profundidad del
pozo que se dese. El diseo de los disparos puede arreglarse para
una aplicacin especfica y lograr la optimizacin en la recuperacin
de los ncleos.
Se utiliza en operaciones de manera segura por arriba de los
400F (204.4C) y 25000 psi (172362 kPa).Desventajas:-Las
herramientas de percusin algunas veces deterioran las muestras de
ncleos, particularmente en formaciones duras.-Tratando de evitar
que la herramienta se pegue por la rugosidad del agujero. Ciertos
disparos pueden fallar, sto debido a que no se tuvo una ignicin
adecuada del disparo.HERRAMIENTA DE MUESTREO DE PARED POR ROTACINLa
toma del ncleo de pared con barrena se realiza normalmente despus
de haber corrido los registros de pozos.Las herramientas son
capaces de cortar la muestra y guardarla dentro del cuerpo de la
sonda, por loque se pueden tomar varias muestras por corrida.
Dependiendo de la litologa, presin de formacin, esfuerzos sobre la
formacin, entre otros factores, el corte de una muestra puede durar
entre 5 y 30 minutos. Ventajas:-Permite tomar 30 o ms ncleos en una
corrida en pozos horizontales, desviados o extensamente largos.-
Diseado para recuperar ncleos en formaciones de rocas duras o muy
compactadas inaccesible con herramientas de percusin y puede ser
usado con igual xito en formaciones de rocas suaves.-Tambin se
pueden obtener ncleos de 1 de dimetro y 1 de longitud, por lo que
se tiene una mayor calidad que los ncleos de percusin.- Recupera
arriba de 20 ncleos en un solo viaje, sin daos asociados con la
percusin. Arriba de 50 ncleos pueden ser recuperados, usando un
ensamblaje especial opcional.- Proporciona muestras de roca sin
daos y deformaciones, libres de micro-fracturas, permitiendo un
anlisis de ncleos ms exactos.- En combinacin con la herramienta de
rayos gamma permite correlacionar el control de la profundidad a
tiempo-real de los puntos de nucleo.Desventajas:- Se debe tener
cuidado en el contacto de la herramienta con la pared, ya que
solamente se obtienen las muestras en agujero no entubado y la
rugosidad de las paredes le afecta.Las muestras son colocadas en
tubos, marcadas con la profundidad y nombre del pozo, adems de su
nmero consecutivo. La numeracin debe seguir la misma secuencia en
la cual fueron obtenidas, normalmente del fondo hacia arriba. Antes
de colocar las muestras en el recipiente, se pueden envolver en
papel plstico para prevenir la deshidratacin y evaporacin de los
fluidos movibles. El papel servir de proteccin a las muestras
durante el transporte al laboratorio. Tambin se pueden practicar
las tcnicas de enfriamiento y congelamiento de las muestras de
pared antes de ser transportadas al laboratorio.
PRESERVACIN DE NUCLEOS.Despus de que se obtuvieron las muestras
de roca, es necesario mandarlas al laboratorio en buen estado para
que estudio. Para eso existen diferentes mtodos de preservacin de
ncleos que ayudarn a preservarlos en el mejor estado posible.El
ncleo es preservado (protegido) en el pozo en un intento de
conservar las propiedades de la roca con los fluidos saturantes tal
y como existan dentro del barril nucleador. Si este proceso no se
lleva a cabo cuidadosamente, el ncleo pierde las caractersticas que
son representativas de las condiciones de la formacin y que son
importantes para los anlisis.El tipo de procedimiento de proteccin
depende del tipo de roca, de las propiedades que deben ser
conservadas, de la distancia a la que debe de ser enviado el ncleo,
de los anlisis que se le van a realizar y del tipo de herramientas
nucleadoras que fueron empleadas.Los procedimientos de preservacin
ms comunes son:Confinar los ncleos en recipientes hermticos. Es un
mtodo rpido y eficiente de empacar un ncleo. Especialmente bueno
con los ncleos a los que se les realizar la prueba de saturacin de
fluidos porque minimiza la prdida de fluidos y evita la variacin de
temperatura. El ncleo generalmente llena el espacio interior del
recipiente, as que la posibilidad de ruptura es mnima. Antes de ser
puesto en el contenedor, el ncleo debe envolverse con una lmina
delgada de aluminio o con hoja de plstico, nunca debe utilizarse
algn tipo de material que pueda absorber los fluidos. En el
contenedor no debe haber humedad as como ningn material extrao.
Los ncleos se pueden almacenar en tubos sellados hermticamente.
Un tubo hermtico se construye con acero, plstico o aluminio. El
ncleo puede ser envuelto con lmina delgada de aluminio o de plstico
y es sellado en el tubo usando un cople de tapa. Las mismas
precauciones se toman para los contenedores hermticos en cuanto a
cuidados de humedad, temperatura y compatibilidad de dimetros.
Colocacin en bolsas de plstico. Cuando se usan bolsas de
plstico, el personal que manipule el ncleo debe tratar de eliminar
el aire que quede entre el ncleo y la bolsa. La eliminacin del aire
se puede realizar usando succin o doblando el exceso de plstico de
la bolsa para permitir la salida del aire. Debido a que la forma
del ncleo puede romper la bolsa, generalmente se usan varias bolsas
y stas generalmente son colocadas en otro tipo de contenedor, como
lo son: cajas, tubos o latas.
Congelamiento. Para evitar el dao, el ncleo se congela
rpidamente con hielo seco. Un proceso de congelamiento lento puede
causar que el ncleo se rompa y que los fluidos migren, lo cual
cambiar las propiedades del ncleo. El descongelamiento del ncleo
tambin se hace rpido para evitar la condensacin o la alteracin de
los fluidos. El congelamiento con hielo seco es un mtodo eficiente
y sencillo para preservar los ncleos, si es que el laboratorio se
encuentra cerca del pozo. Los envos alejados requieren sistemas de
refrigeracin o congelamiento continuo con hielo seco.
Envoltura en lminas de metal y plstico. Es el mtodo ms
recomendado para preservar ncleos no consolidados y con l es
posible enviar el ncleo hasta el laboratorio sin que se rompan a
condicin de que sean analizados inmediatamente a su llegada. Los
ncleos son envueltos en lminas, los extremos de la lmina son
enrollados en el ncleo y luego las tapas son presionadas. El
envolvimiento con dos o tres lminas asegura que no exista goteo.
Las muestras envueltas son generalmente colocadas dentro de
recipientes ms robustos para su envi.
Una vez que las muestras de roca se encuentran en laboratorio se
hace un anlisis siguiendo los siguiente pasos.1. Recepcin de
ncleos2.Revisin de la informacin enviada con los ncleos.3.
Observacin y registro de los ncleos.4. Medicin de la radioactividad
natural.5. Seleccin directa de las partes por analizar.6. Anlisis
Petrofsicos6.1 litolgico6.2 Paleontolgico6.3 Mineralgico6.4
Paleontolgico7. Anlisis petrofsico7.1 Corte e identificacin de
muestras pequeas.7.2 Extraccin de fluidos7.3 Secado y desecado de
muestras.8. Medicin de porosidad.9. Medicin de permeabilidad.10.
Realizacin de pruebas de acuerdo al objetivo buscado.
Dentro de los anlisis geolgicos se hacen estudios mineralgicos
para determinar el volumen arcilloso de la muestra. Con esta
informacin se pueden calibrar los registros de litologa RG y
SP.
Tambin estn los estudios granulomtricos, con los cuales podemos
determinar la variacin de tamao de grano. Con esta informacin se
hacen histogramas, grficas de frecuencia acumulada y se determinan
parmetros estadsticos.Para un anlisis granulomtrico, se utiliza un
equipo de tamices o de mallas.
Una parte extrada de la muestra se hace vibrar mecnicamente a
travs de mallas superpuestas con aberturas progresivamente ms
pequeas. Lo que queda retenido en las mallas, o lo que no puede
pasar a travs de ellas se utiliza para el anlisis por tamizado,
tabulando tamao de la abertura versus porcentaje de muestra
retenida.Para hacer un anlisis petrofsico se deben cortar los
ncleos en muestras pequeas con diferentes aparatos.Ya que fueron
cortados, cada muestra debe de estar debidamente identificada.Con
las muestras pequeas, se mete a un equipo centrfugo que permitir la
extraccin de fluidos de esa muestra. Tambin se pueden extraer los
fluidos con un equipo de destilacin.
Medicin de la porosidad de una muestra de roca en laboratorioSe
puede determinar la porosidad primaria o secundaria de una muestra
de dos diferentes formas. Ya sea por extraccin de fluidos de la
muestra, o por inyeccin de un fluido a la muestra, provocando que
ste empuje al otro.Para obtener el volumen de slidos se puede
aplicar la ley de Boyle que indica que la Temperatura es constante.
As, se tiene una masa de gas en el equipo y se somete a una prueba
de cambio de presin a temperatura constante y se mide el volumen y
la presin.