1 LABORATORIO DE NUCLEOS

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POROSIDAD

la porosidad (Ф) es la característica física conocida de un yacimiento de petróleo.

Determina los volúmenes de petróleo o gas que pueden estar presentes, y todas las

operaciones de recuperación se basan en determinación de su valor.

PROCEDIMIENTOS PARA MEDIR LA POROSIDAD

La porosidad de una roca puede ser determinada mediante técnicas de medición en el

laboratorio o través de perfiles de pozos. A continuación se presenta un breve resumen de

algunas técnicas de medición usadas para determinar la porosidad de una roca

MEDICIÓN DE LA POROSIDAD EN EL LABORATORIO

Las técnicas de medición en el laboratorio consisten en determinar dos de los tres

parámetros básicos de la roca (volumen total, volumen poroso y volumen de los granos).

Para ello se utilizan núcleos de roca, los cuales son obtenidos durante la etapa de

perforación del pozo.

La medición de la porosidad es realizada generalmente en tapones de núcleos, los cuales

son muestras de diámetro pequeño (entre 25 – 40 mm) extraídas del núcleo o corona,

utilizando herramientas de corte especiales. En la figura 1.7 se puede apreciar como una

muestra de núcleo de diámetro pequeño es extraído del núcleo o corona.

Toma de núcleo

DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN TOTAL

El volumen total puede ser calculado por medición directa de las dimensiones de la muestra

utilizando un vernier. Este procedimiento es útil cuando las muestras presentan formas

regulares debido a su rapidez.

Para muestras de volúmenes irregulares el procedimiento utilizado usualmente consiste en

la determinación del volumen de fluido desplazado por la muestra. Algunos de los métodos

utilizados para determinar el volumen del fluido desplazado se presentan a continuación:



MÉTODOS GRAVIMÉTRICOS

El volumen total se obtiene observando la perdida de peso de la muestra cuando es

sumergida en un líquido, o por el cambio en peso de un picnómetro cuando se llena con

mercurio y cuando se llena con mercurio y la muestra.

Los métodos gravimétricos más utilizados son:

- Recubrimiento de la muestra con parafina e inmersión en agua.

- Saturación de la muestra e inmersión en el líquido saturante.

- Inmersión de la muestra seca en mercurio.

MÉTODOS VOLUMÉTRICOS

Los métodos utilizados son el del picnómetro de mercurio y la inmersión de una muestra

saturada.

El método del picnómetro de mercurio consiste en determinar el volumen de un picnómetro

lleno con mercurio hasta una señal. Luego se coloca la muestra y se inyecta mercurio hasta

la señal. La diferencia entre los dos volúmenes de mercurio representa el volumen total de

la muestra.

El método de inmersión de una muestra saturada consiste en determinar el desplazamiento

volumétrico que ocurre al sumergir la muestra en un recipiente que contiene el mismo

líquido empleado en la saturación.

El método de desplazamiento con mercurio es práctico para determinar el volumen total demuestras cuando se encuentran bien cementadas, de lo contrario debe emplearse el método

de inmersión de una muestra saturada.

DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN DE LOS GRANOS

En estos métodos se utilizan muestras consolidadas y se le extraen los fluidos con un

solvente que posteriormente se evapora. Los principales métodos utilizados son:

- Método de Melcher – Nuting.

- Método del porosímetro de Stevens.

- Densidad promedio de los granos.

El método de Melcher – Nuting consiste en determinar el volumen total de la muestra y

posteriormente triturarla para eliminar el volumen de espacios vacíos y determinar el

volumen de los granos.

El método de Stevens es un medidor del volumen efectivo de los granos. El porosímetro

consta de una cámara de muestra que puede ser aislada de la presión atmosférica y cuyo



volumen se conoce con precisión. El núcleo se coloca en la cámara, se hace un vacío

parcial por la manipulación del recipiente de mercurio, con esto se logra que el aire salga de

la muestra y es expandido en el sistema y medido a la presión atmosférica. La diferencia

entre el volumen de la cámara y el aire extraído es el volumen efectivo de los granos.

Tomando la densidad del cuarzo (2.65 gr/cc) como valor promedio de la densidad del

grano, el volumen de los granos puede ser determinado con el peso de la muestra como seobserva en la ecuación 1.19. Este método se utiliza en trabajos que no requieren gran

exactitud.

DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN POROSO EFECTIVO

Todos los métodos utilizados para determinar el volumen poroso miden elvolumen poroso efectivo, y se basan en la extracción o introducción de fluidosen el espacio poroso.

A continuación se presenta un resumen de algunos métodos usados para

determinar el volumen poroso efectivo.

MÉTODO DE INYECCIÓN DE MERCURIO

Consiste en inyectar mercurio a alta presión en los poros de la muestra. El

volumen de mercurio inyectado representa el volumen poroso efectivo de lamuestra.

MÉTODO DEL POROSÍMETRO DE HELIO

Su funcionamiento está basado en la Ley de Boyle, donde un volumen conocidode helio (contenido en una celda de referencia) es lentamente presurizado y

luego expandido isotérmicamente en un volumen vacío desconocido. Después

de la expansión, la presión de equilibrio resultante estará dada por la magnituddel volumen desconocido; esta presión es medida. Usando dicho valor y la Ley

de Boyle, se calcula el volumen desconocido, el cual representa el volumen

poroso de la muestra.

MÉTODO DE SATURACIÓN DE BARNES

Este método consiste en saturar una muestra limpia y seca con un fluido de

densidad conocida y determinar el volumen poroso por ganancia en peso de la

muestra.

MEDICIÓN DE LA POROSIDAD CON REGISTROS DE POZOS

La porosidad de una roca puede ser determinada a través de mediciones de uno,



o una combinación de varios, de los siguientes registros de pozos:

- Registro sónico.

- Registro de densidad.

- Registro neutrón.

Las mediciones de estos registros no solo dependen de la porosidad, sino quetambién dependen de la litología de la formación, los fluidos presentes en el

espacio poroso, y, en algunos casos, la geometría del medio poroso.

Cuando se conoce la litología de la roca, se pueden obtener valores de porosidada partir de las mediciones realizadas con estos registros. Si la litología no es

conocida, o es una litología compleja formada por dos o más minerales en

proporciones desconocidas, es más difícil obtener valores confiables de

porosidad a partir de estos registros.

REGISTRO SÓNICO

El perfil sónico mide el tiempo de transito tlog (en microsegundos) que tardauna onda acústica compresional en viajar a través de un pie de la formación, por

un camino paralelo a la pared del pozo.

La velocidad del sonido en formaciones sedimentarias depende principalmentedel material que constituye la matriz de la roca (arenisca, lutita, etc.) y de la

distribución de la porosidad.

Una de las ecuaciones utilizadas para determinar la relación entre la porosidad y

el tiempo de tránsito, es la ecuación de tiempo promedio de Wyllie. Luego denumerosos experimentos para formaciones limpias y consolidadas con pequeños

poros distribuidos de manera uniforme, Wyllie propuso la siguiente ecuación:

Esta ecuación también puede ser escrita de la siguiente forma:

Donde:

tlog = tiempo de transito de la onda leído del registro (µs/pie).

tma = tiempo de transito de la onda en la matriz de la roca (µs/pie).

tf = tiempo de transito de la onda en el espacio poroso

REGISTRO DE DENSIDAD

Este tipo de perfil responde a la densidad de electrones del material en la formación. La

porosidad se obtiene a partir de los valores de densidad de formaciones limpias y saturadas

de líquidos. Para poder determinar la porosidad utilizando un perfil de densidad esnecesario conocer la densidad de la matriz y la densidad del fluido que satura la formación.

Esta densidad está relacionada con la porosidad de acuerdo a la siguiente relación:



Donde:

ρma = Densidad de la matriz. (gr/cc)ρb = Densidad leída del perfil en la zona de interés. (gr/cc)

ρf = Densidad del fluido que satura la formación. (gr/cc)

REGISTRO NEUTRÓN

Este perfil responde a la presencia de átomos de hidrógeno. Debido a que la cantidad de

hidrógeno por unidad de volumen contenido en el agua y en el petróleo es muy similar, la

respuesta de este registro corresponde básicamente a una medida de la porosidad. Debido a

que este tipo de registro responde a la presencia de átomos de hidrógeno, estos tambiénpueden provenir de aquellos átomos combinados químicamente con los minerales que

conforman la matriz de la roca. El perfil lleva generalmente una escala en unidades de

porosidad basado en una matriz calcárea o de areniscas.

Los valores de porosidad aparente pueden ser leídos directamente de cualquier registro

neutrón, siempre sujetos a ciertas suposiciones y correcciones. Algunos efectos, como la

litología, el contenido de arcilla, y la cantidad y tipo de hidrocarburo, pueden ser

reconocidos y corregidos utilizando información adicional extraída de registros sónicos y/o

de densidad.

PROMEDIO ESTADÍSTICO

Este tipo de promedio es el más representativo debido a que toma en cuenta la distribución

estadística de los valores de porosidad en el yacimiento.

La descripción de la distribución de porosidad en un yacimiento es un aspecto muy

importante en ingeniería de yacimientos, y tiene un impacto directo en las decisiones

económicas que se realizan sobre los proyectos de exploración y producción. Una técnica

desarrollada para aplicar métodos estadísticos a los problemas de las ciencias de la tierra esla geoestadística, la cual se encarga de estudiar la continuidad espacial de los atributos de

un yacimiento, con la finalidad de proporcionar caracterizaciones heterogéneas de los

yacimientos a través de diversos métodos de estimación.

La figura mostrada a continuación muestra un mapa de distribución de porosidad en un

yacimiento, el cual fue generado a partir de técnicas geoestadísticas, utilizando la

información de porosidad de los pozos presentes en el campo.



Distribución de porosidad en un yacimiento

CALIDAD DE LA ROCA EN FUNCIÓN A LA POROSIDAD

Como la porosidad es una medida de la capacidad de almacenamiento de la roca, la calidad

de la roca yacimiento puede ser determinada en función a la porosidad, como se observa en

la tabla mostrada a continuación.

Calidad Ф (%)

Muy buena > 20

Buena 15 – 20

Regular 10 – 15

Pobre 5 – 10

Muy pobre < 5

Tabla de calidad de la roca en función a la porosidad



MATERIALES

MÉTODO GRAVIMETRICO

PICNOMETRO, PLATO METALICO, BALANZA Y MECURIO

MÉTODO RUSSELL



DIAGRAMA DE FLUJO

Primero trabajamos

con el picnómetro de

acero, alojamos

mercurio en él

cuidadosamente.

Ahora trabajamos através del método

eléctrico, también con

mercurio y conectado a

la electricidad

Antes de trabajar con

el volúmetride Russell,

saturamos nuestra

muestra de core en el

kerosene para que el

experimento nos dé

resultados

aproximados a larealidad.

Ahora trabajamos

con el volúmetro de

Russell que contiene

kerosene a 62ºF y

gravedad API 38.5

Finalmente trabajamos

en la máquina de helium

para saber el volumen del

core.



PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

1.- Mencionamos el método de eléctrico, colocamos cuidaosamente mercurio en el

picnómetro para luego colocar el nucleo (core). Ahora pesamos el plato metalico de acero

inoxidable en la balanza.

Plato: 139.4gr

Plato + Hg = 225.0gr

Ahora:

Volumen bruto: v(b)

v(b)

= 6.3108cm

3

2.- Ahora trabajamos con el Método Eléctrico en cual también colocamos el core parasaber cuento de mercurio a desalojado, lo bueno de este método nos dará el volumen del

core directamente ya que el aparato de medición ya viene sofisticado y calibrado para hacer

nuestro respectivo experimento.

El error obtenido en la calibración del aparato nos arroja 0.97cm3

y en el volumen

desalojado es 6.67 cm3

el cual sumaremos ya que ambos resultados que es:

Vb = 7.64 cm3

Obs:

Antes de pasar al siguiente método, primero lo saturamos durante 10 minutos nuestramuestra de core en un fluido llamado Kerosene, de esta manera para obtener unmejor resultado del volumen desalojado en el método de Russell.

3.- luego pasamos al Método de Russell, antes de ello saturaremos la muestra para obtener

el volumen del verdadero del core, como primer resultado el volumen inicial nos dio una

lectura de 18.2 cm3 y el volumen final nos dio 13.4 cm3 nuestra diferencia de volumen es el

volumen desalojado el cual es 4.8 cm3. Pero nos damos cuenta que realizando el trabajo se

perdió gran parte del kerosene por ello repetimos el experimento con mas cuidado, el cual

el nuevo volumen inicial es: 19.8 cm3 y el nuevo volumen final es: 13.4 cm3



La diferencia de estos resultados es 6.4 cm3, el cual a mejorado el resultado.

4.- Finalmente trabajamos con el Método de Helium, con este aparato hallaremos el

volumen de los granos del core (vg) en este experimento la maquina calibramos bajo una

presión de 100psia. El cual medimos el volumen del vaso de acero el cual nos da el

resultado de 31cm3

, este resultado no es el volumen de los granos, ahora en el vaso de acerocolocamos nuestro core mas las pastillas de acero de diámetros 1”(pulgada),

0.5”(pulgadas), 3/8”(pulgada), y 1/8”(pulgada), con una de estas muestras nos ayudamos

para mejorar la eficiencia del resultado que queremos obtener el cual los resultados serán:

Vd2 + vd3 +v leído + vg = vtotal

vtotal = 31 cm3

v(d+core) = 14 cm3

hallando el volumen de los granos con ecuación presentada nos dara el resultado de:

vg = 5.738

CALULOS Y RESULTADOS

Ahora terminados los procesos allamos la porosidad ccon la formula:

Donde Vg: volumen de los granos hallados por el Método de Helium.

Vb: volumen hallado por el método gravimétrico.

%=1-

= 9.0765



CONCLUCIONES

Analizando los resultados de los métodos diferentes, se puede hallar la porosidad

obteniendo resultados en el laboratorio.

Con la experiencia en el laboratorio obtuvimos conocimientos acerca del uso de los

instrumentos tales como: el mercurio, el picnómetro de acero (su uso real el que sele da en el laboratorio), el volumetro de Russell con un fluido que es el Kerosene,

también aprendimos a cortar una muestra de core y trabajar con la maquina de

Helium.

Cuando no se hacen los experimentos con el respectivo cuidado obtendremos

resultados que no nos favorecerán por ello se hará con la eficiencia y cuidado

necesario los trabajos en el Laboratorio de Núcleos.

RECOMENDACIONES Tener cuidado con la toma de datos ya sea en el experimento de Russell o en el

experimento de Gravimétrico, ya que hicimos entre dos o tres repeticiones para

obtener un mejor resultado de los volúmenes respectivos.

Tener cuidado con la máquina de Helium porque si se hace sin sus respectivas

indicaciones podemos dañarlo así como también el los respectivos trabajos de los

métodos Eléctrico y Gravimétrico tener cuidado con el manejo del mercurio.

Realizar con sumo cuidado las lecturas de los diferentes aparatos de mediación

porque si no lo hacemos obtendremos diferentes resultados el cual no se nos serán

favorables para una buena obtención de datos.

BIOGRAFIA

PIRSON - INGENIERIA DE YACIOMIENTOS PETROLIFEROS

WWW.PETROBLOGGER.ORG

http://www.petroblogger.org/



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