Arcillosidad

ESCUELA POLITECNICA NACIONALREGISTROS II

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

Ingeniería en Petróleos

Registros II

MÉTODOS PARA EVALUAR FORMACIONES ARCILLOSAS

Andrés Sánchez Rosas


EVALUACION DE FORMACIONES ARCILLOSAS

Introducción

El efecto de la arcillosidad en la conductividad de la arena arcillosa con frecuencia muy desproporcionado en relación a la cantidad de Lutita. El efecto real depende de la cantidad tipo y distribución relativa de las Lutitas y de la naturaleza y cantidades relativas de aguas de formaciones.

La evaluación de formaciones arcillosas por lo general es hasta cierto punto compleja. La Lutita modifica todas las mediciones del registro y se requieren correcciones debido al

contenido de Lutita. Atreves de los años las investigaciones han propuesto varias modelos de interpretación para el

caso de arenas arcillosas.

En ciertos casos el modelo se basa en la Lutita presente en una geometría especifica dentro de una arena arcillosa; por ejemplo:

La Lutita puede estar presente en forma de laminas delgadas entre las capas de la arena limpia.

Como granos o nódulos en la estructura de la matriz de arena Encontrarse de manera dispersa, a través del sistema poroso, En forma de acumulaciones que se adhieren o recubren los granos de arena.

Otros modelos de arenas arcillosas se basan en ciertas características especificas de a Lutita, como

Su capacidad de intercambio de cationes o area superficial.

Sin importar su concepto básico la mayoría de los modelos de interpretación de arenas arcillosas emplean una técnica promediada por peso con el propósito de evaluar las contribuciones relativas de las fases arenosas y arcillosas al proceso total de la arena.


METODOS DE DOBLE AGUASe han propuesto un gran número de modelos relativos a la resistividad y saturaciones de fluidos. Estos modelos están compuestos por una parte de arena limpia, descrito por la ecuación de Archie más un término de Lutita. Generalmente todos los modelos se reducen a la ecuación de saturación de agua de Archie cuando la fracción de Lutita es cero.

Uno de estos modelos es el denominado “Método de doble agua” este modelos propone que una formación arcillosa se comporta como una formación limpia con la misma porosidad, tortuosidad y contenido de fluido, excepto que el agua parece ser as conductiva que los esperado de su salinidad volumétrica. El exceso de salinidad es debido a cationes adicionales ligados levemente en una capa de difusa que rodea las partículas de arcilla para compensar la deficiencia de cargas eléctricas en el cristal de arcilla. Este modelo no toma en cuenta la exclusión de sal de parte del volumen de poros cercanos a la superficie es como se muestra en la figura 42.

En otras palabras la capa de agua ligada a la superficie de arcilla contiene más iones positivos (Na+) que iones negativos (Cl-). Este hecho es necesario para balancear la distribución de carga interna negativa de las partículas de arcilla. El espesor de la capa difusa de iones positivos (Na+), Xd, se relaciona con la salinidad de la formación siendo más pequeñas para aguas más salinas. De aquí que la conducción del flujo de corriente a través de esta agua ligada es principalmente por transporte de iones positivos.

En realidad, los iones positivos (Na+) son mantenidos a alguna distancia de la superficie de arcilla por el agua de hidratación alrededor de capa catión y el agua absorbida por la superficie de arcilla. Como consecuencia el espesor de la capa difusa no puede ser menor que Xd. Sin embargo, Xd = Xh cuando


el agua connata es suficientemente salina. En otras palabras cuando el agua de formación tiene poca salinidad, la resistividad del agua ligada es relativamente constante.


Generalmente, todos los modelos se reducen a la ecuación de saturación de agua de Archie cuando la fracción de lutita es cero.

Uno de estos modelos es este, modelo que propone que una formación arcillosa se comporta como una formación limpia con la misma porosidad, tortuosidad y contenido de fluido, excepto que el agua parece ser más conductiva que lo esperado de su salinidad volumétrica. El exceso de salinidad es debido a cationes adicionales ligados levemente en una capa difusa que rodea las partículas de arcilla para compensar la deficiencia de cargas eléctricas en el cristal de arcilla. Este modelo no toma en cuenta la exclusión de sal de parte del volumen de poros cercanos a la superficie arcillosa. La distribución de iones cerca de la superficie es como se muestra en la figura 42.

En otras palabras, la capa de agua ligada a la superficie de arcilla contiene más iones positivos (Na+) que iones negativos (Cl-). Este hecho es necesario para balancear la distribución de carga interna negativa de las partículas de arcilla. El espesor de la capa difusa de iones positivos (Na+), Xd, se relaciona con la salinidad de la formación, siendo más pequeña para aguas más salinas. De aquí que la conducción del flujo de corriente a través de esta agua ligada es principalmente por transporte de iones positivos.

En realidad, los iones positivos (Na+), son mantenidos a alguna distancia de la superficie de arcilla por el agua de hidratación alrededor de cada catión y el agua absorbida por la superficie de arcilla.

Como consecuencia, el espesor de la capa difusa no puede ser menor que Xd. Sin embargo, Xd=Xh cuando el agua connata es suficientemente salina. En otras palabras cuando el agua de formación tiene poca salinidad, la resistividad del agua ligada es relativamente constante.


Para arcillas con sodio, las distancia Xh es cerca de 6 angstroms y los iones Na+ se apilan en el plano de Helmholtz, siempre que la resistividad de la salmuera en los poros sea menor de 0,0425 ohm a 24ºC.

Esta lámina delgada de agua libre de sal (el agua de arcilla) es importante porque las arcillas tienen un área superficial muy grande, tanto como 91071 ha/m3comparada con de 1.5 a 3.0 ha/m3para una arena típica, y el volumen de agua de arcila está lejos de ser despreciable en comparación con el volumen total de poros.


Algunas definiciones o conceptos utilizados en este método son:

Agua ligada: Es el agua adherida a las lutitas como se describió. Además del agua ligada, las lutitas pueden contener agua atrapada dentro de su estructura y no expulsada por la compactación de la roca. Esta agua no tiene la misma distribución de iones que el agua ligada y tendrá una diferente conductividad.En el caso de que la resistividad del agua ligada definida aquí como RWB se derive de una zona cien por ciento arcillosa, el valor de RWB se afectará por esta agua atrapada. Por consiguiente, cuando RWB se usa como la resistividad del agua ligada de la arcilla contenida en yacimientos cercanos podría ser incorrecta. En la práctica, se encuentra que esto no es problema y generalmente la RWB derivada de las lutitas puede ser usada en capas adyyacentes.

Agua libre: Es toda el agua que no está ligada: Se debe notar que el agua libre, aunque normalmente está asociada con el espacio poral, no es necesariamente producible. Contiene la porción de agua que es irreducible.

Porosidad total FT: Fracción de un volumen unitario de formación ocupado por los fluidos, esto es, por agua ligada, agua libre e hidrocarburos.

Porosidad efectiva Fe: Es la fracción de un volumen unitario de formación codupado por agua libre ehidrocarburos. Se puede derivar de la porosidad total restando el agua ligada por unidad de volumen de formación.

Saturación de agua total SWT: Se define como la fracción de la porosidad tota restando el agua ligada por unidad de volumen de formación.

Saturación de agua total SWT:Fracción de la porosidad total ocupada por agua libre y ligada.

Saturación de agua ligada SWB:Fracción de la porosidad total ocupada por agua ligada.

Saturación de agua libre SWF: Fracción de la porosidad total ocupada por agua libre.

Saturación de agua efectiva SWE: Fracción de la porosidad efectiva ocupada por agua libre.

Fórmulas aplicables al modelo de doble agua:

El objetivo principal del método de doble agua es reconstruir la resisitividad de formación mojada, RO.

Consideremos una formación mojada arcillosa en donde:


Dado lo anterior, entonces ϕT=ϕF+ϕB y por lo tanto:

SWB=ϕWBϕT

Ya que FB representa el volumen de agua ligada la cual representa encontces la porporción de arcilla fuera del volumen total. Por lo tanto, SWB es en efecto el volumen de lutita en la formación bajo investigación. Por definición:

SWT=ϕWF+ϕWBϕT

ϕT=ϕWF+ϕWB+ϕT

De la relación de Archie:

F= 1ϕT2 y F= Ro

Rw , Rw=ϕT2 Ro

Lo cual nos da:

Co=ϕT2 Cw

En donde:

Cw es la conductivdad de la mezcla de agua ligada y libre.

Considerando volúmenes, tenemos:

ϕTCW=ϕWBCWB+ϕ FCWF

CW=ϕBCWBϕT

+ϕFCWFϕT

=SWBCWB+(1−SWB)CWF

Por lo tanto:

CO=ϕT2 [SWBCWB+(1−SWB)CWF]

O en resistividad:

RO=RWF RWB

ϕT2 [SWBRWF+(1−SWB )RWB]

De manera gráfica los resultados se verían como sigue:


Saturación de agua y porosidad efectiva:

SWT=√ RoRTϕTCW=ϕWBCWB+ϕFCWF

ϕC=ϕT (1−SWB )

V bwe=ϕcSW

Procedimiento para usar el modelo de doble agua

Con el fin de evaluar una formación arcillosa usando el modelo de doble agua, se deben determinar cuatro parámetros:

1. RWF: Del SP (potencial natural), técnica Rwa, catálogos de resistividad de agua, o valor conocido.

2. RWB: Calculado generalmente de la lutita circundante a la zona usando la técnica de RWA.

RWB=ϕTSG2 ×RSH

ϕT=ϕNSH+ϕDSH

2

F= 1ϕT2

3. ΦT: Porosidad total del promedio de ΦN yΦDdespués de corregir por efecto de gas, si es necesario.

4. SWB: Relaciona a VSH, y para nuestro propósito puede ser igualada a VSH, entonces SWB

=VSH.Hasta este punto, hemos calculado RW y VSH para nuestro ejemplo, y hemos determinado una porosidad corregida por gas ΦT. Todo lo que se requiere ahora es calcular RWB. Esto se puede hacer utilizando los mismos valores de ΦNSH y ΦDSH

determinados previamente, junto con el valor de RSH en el mismo punto(s) sobre el registro.Utilizando todos estos datos se puede determinar un valor de resistividad mojada R 0

de:


Usando:

SWT2 =

R0RT

Donde RT= RILD corregida por efectos ambientales si se requiere.

Para llegar a la saturación de agua efectiva un paso más se requiere:

SWB=SWT−SWB1−SWB

, donde VSH = SWB

Ejemplo de cálculo de Sw usando el modelo de doble agua.

En la arena arcillosa de las figuras, calcular SWE usando el método de doble agua. Considerar los datos siguientes:

Resistividad del lodo: 2,86 ohms a 19ºC

Resistividad del filtrado: 2,435 ohms a 24ºC

Temperatura de fondo: 24ºC




SIMANDOUX- Arcillas Dispersas: Este modelo está basado en el concepto de la fracción

volumétrica de arcilla y es usado para calcular la saturación de agua en arenas arcillosas.No necesita parámetros determinados a partir de análisis de núcleos. La arcilla es un componente muy importante de la roca a analizar de registros. Además de afectar en la porosidad y permeabilidad, es importante por sus propiedades eléctricas que tiene gran influencia en la determinación de saturación de fluidos.La presencia de arcilla en la roca reservorio es un factor muy perturbador al evaluar una formación. Por un lado complica la determinación de hidrocarburos en el lugar, y por otra afecta la habilidad del reservorio para producirlos.

Sw=[ a∗Rwϕme∗Rt+( a∗Rw∗V s h

2∗ϕme∗Rs h )2]1 /n

−( a∗Rw∗V sh

2∗ϕme∗Rsh )Donde:

Sw = Saturación de aguaa = coeficiente de tortuosidadm = factor de cementaciónn = exponente de saturaciónRw = Resistividad del agua de formación, ohm-m.Rt = Resistividad verdadera de la formación, ohm-m.Rsh = Resistividad frente a la arcilla, ohm-m.Vsh = Volumen de arcilla (Larinov), fracción.ϕe = Porosidad efectiva, fracción.

(Simandoux Modificada:)

Sw=0 ,4 Rwϕ2

(−V sh

Rc+√(

V shR c

)2

+5( ϕ2

Rt Rw))

Modelo de “Simandoux”, para arenas arcillosas.

La ecuación 3.8.1 se conoce como el modelo de “Simandoux”, y permite calcular lasaturación de agua en arenas arcillosas porque incluye el parámetro “Vsh”,


la ecuación se determina al sustituir los coeficientes “α ” y “β”, obtenidos experimentalmente del laboratorio de Simandoux, que se muestran en las ecuaciones 3.8.2y 3.8.3, en la ecuación 3.8.4.

Esta última ecuación es el modelo de resistividad para arenas arcillosas parcialmente saturadas con hidrocarburo referenciado por BASSIOUNI (1994).


WAXMAN-SMITS, 1968

Teniendo buenas bases, en 1968 propusieron una relación de saturación-resistividad para formaciones arcillosas que vinculaban la contribución de la resistividad de la lutita con la resistividad total de la formación y la capacidad de intercambio catiónico de la lutita (CEC, Caption Exchange Capacity).

Sw=¿

Qv=CEC (1−ϕ)× ρma×ϕ−1 [meq/cc]

Donde:

Sw = Saturación de agua en la zona virgen, fricción.Rt = Resistividad verdadera en la zona virgen, ohm-m.Rw = Resistividad del agua de formación, ohm-m.ϕ = Porosidad, fracción.m = factor de cementación corregido por arcilla.n = exponente de saturación corregida por arcillosidad.A = constante de ArchieQv = Capacidad de intercambio catiónico en la zona virgen, meq/ccB = Conductancia equivalente de la zona (calculada en base a la temperatura y Rw), la cual se obtuvo a partir de:

B=[0,225∗T−0,000406∗T2−1,281+Rw

1,23(0,045∗T−0,27) ]Donde:

T = Temperatura de la formaciónRw = Resistividad de agua de formación, ohm-m.


MÉTODO DE INDONESIA


BIBLIOGRAFÍA:

http://es.scribd.com/doc/52724331/manual-de-interpretacion-de-registtros

http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/1191/1/CD-2033.pdf

http://es.scribd.com/doc/129342629/Metodos-para-Evaluar-Formaciones-Arcillosas



http://es.scribd.com/doc/129342629/Metodos-para-Evaluar-Formaciones-Arcillosas

http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/1191/1/CD-2033.pdf


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