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A S O C I A C I Ó N M E X I C A N A D E
G E O L O G O S P E T R O L E R O S
F U N C I O N A R I O S D E L С О . М Г Г К K J E C I U T I V O
C l i v o e j e r c i c i o I c r i n i í i a c i i D i c i e m b r e fie Л9(>^)
lu t i . E D U A R D O R O D R I G U E Z S A N T A i \ A Presidente
l i . K . J A V I E R M E N E S E S D E G Y V E S Vicepresidente
I n - . R I C A R D O A C : O S T A E S T E V E Z Serretririo-Tesorero
Infi . . T O R C E O B K I X i O N D E L A P A R R A Editor
I M K . E D U A R D O J . ( i U Z . M A N ¡'residente del Ejercicio Anterior
B O L E T Í N D K L A A S O C I A C I Ó N
E l B o l e t í n (U' la - A b i i r i a c i ó n M e x i c a n a i\c G e ó l o g o ' - P e t r o l e r o s
e s i n i b i i c a d o b i m e s t r a l m e n t e p o r la . \ s o c i : u " i ó n .
E l p r e c i o t i e s i i s t : r i p e i ó n p a r a U»s n<i s o c i o s e s dt: ¿ I 5 U . U U N .
a l a ñ o у S 3 0 . 0 0 М . N . p o r n ú m e r o s u e l t o .
F ' a r a t o d o a s u n t o r e l a c i o n a d o c o n e l B o l e t í n , m a n u s c r i t o s , a s u n t o s e d i t o r i a l e s , s u s c r i p c i o n e s , d e s c u e n t o s e s p e c i a l e s a b i b l i o t e c a s pi i -b l i c a s o d e u n i v e r s i d a d e s , p u b l i c a c i o n e s , p r e c i o d e a n u n c i o s , e t c . , d i r í j a s e a :
In-. l O K C L ( ) B R E < ; O N D E L A P A R R A . E d i t o r
I n g . J O S E 1 . C,\ . '^rRO M O R A . E d i t o r . -Vsoeiado
. V p a r t a d o P o s t a l 1 8 8 4
T a c u b a N o . 5
M é x i . o 1. D . K.
LA HIDRO-DINAMICA EN LA EXPLORACIÓN PETROLERA* RüGKK L . H o E G E K , Vice-Presidente
Petroleum Research Corporation Denver, Colorado
El c.tinceiJlo de c irculac ión de a g u a ('II el sub-suelo no es nuevo ; sin embargo, su eíeclo, o sea la hidro d inámica , sobre el en lrampamienlo de pctrúloo no se ha considerado ser iamente sino desde hace n;lativamente poco t iempo en comparación con el t iempo que tierna de existir la industria petrolera. U n o de los jirimeros t rabajos documentados que describe el concepto de la hidru-diná-mica i s el (¡ue p r e p a r ó N. H. Darlon entre 1 9 0 5 y 1 9 1 o . Este estudio de Darton, ampl iamente conocido por sus numerosas contribuciones en el campo (le la geología en los Estados Unidos, logró uno de los pr imeros mapas regionales isopotenciales o potencioniétricos de superficie. Es te estudio fue motivado por la observación de que numerosos pozos artesianos de a g u a dulce en la región occidental de las Grandes planicies (Great P la ins ) de los Estados Unidos producían a g u a de un si.stema acuífero común y e r a interesante determinar la relación entre estos pozos. L a unidad litològica o sistema acuífero que produce el flujo artes iano es un grupo de formaciones del C r e t á c i c o Inferior, que comunmente se conoce como <'l grupo Dakota, en las regiones de las Montañas Rocallosas y en la jiarte occidental de las
* C o n f e r e n c i a d i c l a d a en ta .Л. M . (» .
Grandes Planicies. T r a b a j a n d o con las medidas de niveles de agua estática, en pozos relativamente someros, y haciendo una relación de estos niveles a un plano de referencia común, determinó que había una diferencia de nivel y por lo tanto existía una diferencia en potencial. E s tas diferencias en los niveles del agua se ajustan más o menos a una norma regular, siendo progresivamente más alto hacia el occidente. Basándose en esto hecho, Darton llegó a la conclusión que, si el grujK) Dakota .se considera como una unidad litològica continua, en términos por lo menos de algún grado de ¡morosidad y permeabil idad, entonces podía deducirse bajo estas condiciones de diferencia de potencial, que el agua fluía regionalmente de occidente a oriente; o sea de las áreas de potencial relativamente alto hacia las áreas de potencial bajo. Esta línea de razonamiento condujo a la interpretación indicada en el m a p a de configuración preparado por Darton. que aparece en el artículo profesional No. 3 2 de la U S G S (United States Geology S u r v e y ) .
L a interpretación de Darton, sería la dirección de flujo que se ant ic ipará por la .serie de condiciones geológicas especiales que se conocía que existían en el
P . el 1.3 fie . S e p t i e m b r e d e 196 .3
H o L t i T i N DK LA Asoc:iAc:iüN
, I n l a k R A reo , Topography
5 0 0
P o t e n t i o m e t r i e S u r f a c e
T h i s w e l l w o u l d f l o w wa te r
Out f low or Spr ings
A B C E F G
M e a s u r e d P r e s s u r e ( p a i ) 0 289 4 6 1 5 5 7 5 7 9 3 1 1 0
H e i g h t of W a t e r R i s e a b o v e G a u g e 0 673 1 0 7 4 1 ¿ 9 8 1 3 4 9 7 2 5 0
E l e v a t i o n 2 4 5 0 2 9 0 0 2 3 0 0 24 5 0 2 0 0 0 1 5 5 0 1 5 5 0
G a u g e D e p t h 0 1 2 5 0 1 25Ü 1 7 0 0 1 4 5 0 5 5 0 0
G a u j ' , e D a t i m \ 2 4 5 0 1 6 5 0 1 0 5 0 7 5 0 5 5 0 1 0 0 0 1 5 5 0
P o t e n t i o m e t r i e S u r f a c e 2 4 5 0 2 3 2 3 2 1 2 4 2 0 4 8 1 8 9 9 1 7 2 5 1 5 5 0
P o t e n t i o m e t r i e S u r f a c e = ( P x 2 .31) + ( E l e v a t i o n - G a u g e D e p t h )
= ( P X 2 . 31) + ( G a u g e D a t u m )
K i g n i n 1
M E X I C A N A D E G E Ó L O G O S P E T R O L E R O S
i í m | i ( ) D a k o t a en e s a r e g i ó n . K\ g r u j i d
D a k o t a y s u s e q u i v a l e n t e s s e h a n e o n -
l i g i n a d o e n l a s u p e r f i c i e dond< ' s u s
a f l o r a m i e n t o s e n l a l a t i e r a o r i e n t a l de
la< M o n t a ñ a s R o c a l l o s a s e n C o l o r a d o v
\ \ y o m i n g y t a m b i é n e n l a s l a d e r a s d e
las M o n l a ñ a s N e g r a s ( B l a c k H i l l s ) en
W y o m i n g y D a k o t a d e l S u r . E n a m l i a s
á r e a s l a s a r e n a s d e l C r e t á c i c o I n f e r i o i
i s l á n c r u z a d a s p o r r í o s y r i a c h u e l o s a
e l e \ a c i o n e s q u e v a l í a n e n l r c ,4. .500 \
. 5 .000 p i e s s o b r e e l n i v e l de l m a r . R u m
bo al E s l e d e e s t a s á r e a s d e a f l o r a n i i e n -
lo. e l g r u p o D a k o t a e s t á h u n d i d o e n el
s u b s u e l o e n l a s d e p r e s i o n e s d e l a s c u e n
cas , h a s t a q u e a p a r e c e n u e v a m e n t e en
los a f l o r a m i e n t o s e n l a ] ) a r t e o r i e n t a l
(le D a k o t a d e l S u r , N e b r a s k a y K a n s a s ,
i.a e l e v a c i ó n d e l o s a f b u a m i e n t o s en
( s l a r e g i ó n , d o n d e e s l á n c o r l a d o s ] )o r
l íos y r i a c h u e l o s , e s d e 1.20(1 p i e s o
m e n o s s f )b re e l n i v e l d e l m a r .
S i e s t a u n i d a d l i t o l o g i c a e n .seci-ión
de O r i e n t e a O c c i d e n t e a t r a v é s d e la
c u e n c a ( F i g . 1 ) , s e v i s u a l i z a c o m o un
tubo g i g a n t e e n f o r m a d e " U " . q u e e s t á
l leno de a r e n a c o n p r o [ ) i e d a d e s d e p e r
m e a b i l i d a d \ a r i a b l c s . y si la r e l a c i ó n
de j i r e s i o n e s e x i s t e , c o m o s e h a b í a m o s -
l i a d o . e n t o n c e s e l a g u a t i e n e q u e e s t a i
Huyendo cfL l a u n i d a d — o e n e l t u b o
cu f o r m a d e " U " — d e l a s á r e a s d o n d e
i l n ive l d e l a g u a e s t á t i c a e s t á m á s a l t o ,
b a c í a l a s á r e a s d o n d e e l n i v e l d e l a g u a
c s l á l i c a e s t á r e l a t i v a m e n t e m á s b a j o ,
l ^ r o y c c t a n d o l a s e r i e d e n i v e l e s d(! a g u a
c s l á l i c a , de l g r u p o D a k o t a , y r e l a c i o -
lu índolos a los n i v e l e s d e l o s a f l o r a m i e n
tos, se p u d o c o n s t r u i r e l m a p a d e s u j j e r -
f i c ie o p o l e n c i o m é t r i c o ( i s o ] K ) t e n c i a l I
que d e s c r i b e e l f l u j o r e g i o n a l d e l a g u a
den t ro del g r u p o D a k o t a , en u n a f o r m a
g e n e r a l .
l n i n l e r é s r e l a t i v o e n el c o n c e p t o de
I n d r o - d n i á m i c a л' s u s p o s i b l e s r e l a c i o n e ^ la m i g í a c i ó n d e l p e t r ó l e o y su e n l r a m -
| i a m i c n l o , pe rs i s t i i ' i d e s d e 1 0 0 0 b a s t a la
d é c a d a d e 1 9 3 0 , y u n o s c n a n l o s a r t í c u
los t é c n i c o s a p a i ( ' c i < ' r o n e n la l i t e r a t u r a
(le a c p i e l l o s l i í ' n i p o s . A u n q u e ' e s t o s c o n -
( e p l o s i m - l i m i n a r e . 4 f u e r o n b á s i c o s p a r a
el t e m a , fue h a s l a los [ i r i m e r o s a ñ o s d e
la d é c a d a d e 1 0 . 5 0 i p i e s e d < s a i r o l I ó la
I c o r í a .
L a t e o r í a d e la l i i d r o - d i n á i n í c a j el
I ( ' ( ( i n o c í m i c n l o d e su i m j i o r t a n c i a p a l a
la e x p l o r a c i ó n j j c t r o l e r a f u e d e s a r r o l l a d a
\ | i n l ) l í c a d a p o r el D r . M . K . H u b b c r l .
de la ( J o m ] ) a ñ í a S h e l l D e v e l o j j m e n t . <'ti
su a r t í c u l o i n t i t u l a d o " E l E n t r a m f i a -
m i e n t o d e l P í - t r ó l e o b a j o C o n d i c i o n e s
H í d r o - D i n á m i c a . s " ( " E n t r a n q u n e n I o f
l ' e l r o l e m n u n d e r M y d r o d y n a m i c C o n d i -
l í o n . s " ) j j u b l i c a d o <4i el H o l e t i n d e la
A m e r i ( - a n A s s o c i a t i o n o f P e t r o l e u m ( i e o -
l o g í s t s de a g o s t o de 1 9 5 3 . l ' l e s t u d i o de
b í d i d - d i n á n i i c a de l D r . M u l i b e r L su
m a d o a los t r a b a j o s d e i n v e s t i g a c i ó n
s o b r e e s e t e m a e f e c t u a d o s p o r o t r o s
g e ó l o g o s , i n c l u v e n d o a l D r . G . A . I l i l l
d e l ' c l i o b ' m n R e s e a r c h ( J o r { ) o r a l i o n , f u e
m o t i \ a d o p r i n c i p a l m e n t e p o r l o e n c o n -
I r a d o en l o s c a m | ) o s , q u e i n d i c a b a la
e x i s i c n c í a d e d e p ó s i t o s d e p e t r ó l e o <'П t r a i n | ) a s e s t r u c l i i r a b ' s . d o n d e l o s ( t o n t a c -los d e pe l ró l<-o a g u a e s t a b a n i n c l i n a d o s .
L o s a r g u m e n t o s q u e f r e c u e n t e m e n t e s<'
u s a r o n p a r a e x p l i c a r la i)re.s<íncia d e
<-stos c o n t a c t o s a n ó m a l o s d e agua -pe
t r ó l e o q u e .s< o b s e r v a b a n , i n c l u í a n el
u so d e f a l l a s y / o c a m b i o s d e f a c i e s d e
los d c j i ó s i t o s , qui - n o se p o d í a n e x i i l i c a r
p o r los f l a t o s o b t e n i d o s d e ¡ j o z o s o de
o t r o s d a t o s g e o l ó g i c o s . S i n e m b a r g o , e l
c o n c e p t o d e h i d r o d i n á m i c a a l .ser a | ) l í -
c a t l o a ( ^ t o s m i s m o s f e n ó m e n o s d< 1
c a m p o , e x p l i c a s a l i s f a c t o r i a r n e n l e las
c a u s a s d e e s t a s a n o m a l í a s , l^i.s c o n
t a c t o s d e a g u a - ^ j e l r ó l e o i n c l i n a f l o s son
c o n g r u e n t e s c o n l o s f l a t o s ge<j |óg ic f ) s
i x í s l e n l e s . A u n q u e la v e r i f i c a c i ó n f 'uan-
l í l ; i l í \ . i d e la i n c l i n a c i ó n del ' d t i t a c t o
B O L E T Í N D E L A A S O C I A C I Ó Ì V
;igua j H í l i ó í c o es frecueiiteinciite irnjjo-sible u i i i ipiácl iea debiilfi a bis l imi tac iones impuestas , tanto i)or la fal la de datos prec i sos sobre la pres ión de formac iones , c o m o do datos geo lóg icos per tinentes a la b io logía de la un idad jjroduc:liva del depósi to , no obstante la inc l inación del c o n t a c t o es i n \ a r i a b b - -mente h a c i a la direccicjn dií flujo determ i n a d a i)or el anál is is h idro-din¿imico .
E l prini(;r uso p r á c t i c o de la h idro d i n á m i c a , en el r a m o dt; <'xploración pe tro lera , se c o n c i b i ó c o m o su a p l i c a ción (;n la e x i d o r a c i ó n en b u s c a de yac imientos con niveles a g u a - p e t r ó l e o incl inados. Sin e m b a r g o , estas m i s m a s l imitac iones que se m e n c i o n a n a r r i b a , a la l a r g a c o m p r o b a r o n ser c r í t i c a s , y se d e m o s t r ó después que este u s o de los esludios h idro-d ináni i cos es el m e n o s eftíctivo c o m o m é t o d o de e x p l o r a c i ó n . Sin <Tni)argo, los t r a b a j o s de desarro l lo e invest igac ión l o g r a d o s c o m o resul tado de estudios intensivos rea l izados al t r a t a r de u s a r la h i d r o d i n á m i c a ef icazmente en la b u s c a de y a c i m i e n t o s de petróleo iiu.-linados, h a c o n d u c i d o a una serie de aplicacion<;s a la (;xj)loración p a r a los dist intos tipos de t r a m p a s de b a r r e r a , e s t r a t i g r á f i c a s , fallas, y d i scor-t lancias . E s t a s ap l i cac iones son de m a y o r i m p o r t a n c i a p r á c t i c a y n o dependen de la pres ión de f o r m a c i ó n y de dalos geológicos de lan alto g r a d o de prec i s ión , c o m o se neces i ta p a r a la e x p l o r a c i ó n e n busca de dejicisilos incl inados.
Antes de e x p o n e r la t eor ía del e n t r a m -()amiento de petró leo y g a s en im a m biente d i n á m i c o , debemos c o n s i d e r a r todav ía m á s la o c u r r e n c i a y la c a u s a de grad ientes h i d r o - d i n á m i c o s .
d C . l I K R E N C L V Y C . M S X DK IIH.ADIEJNTES
H I D I U ) D I N Á M I C O S
L a c o n f i g u r a c i ó n de grad ientes h idro-viHiujmicos p o r el grujwi P R C (P<>troIt>uni
R e s e a r c h C o r p o r a t i o n ) y sus c l ientes en área-s c o n s i d e r a b l e s de E s t a d o s U n i d o s , C a n a d á O c c i d e n t a l , V e n e z u e l a , E u r o p a O c c i d e n t a l y A J r i c a del N o r t e , h a dem o s t r a d o la o c u r r e n c i a c o m ú n de medios h i d r o - d i n á m i c o s y la cas i i n e x i s t e n c i a de c o n d i c i o n e s h i d r o s t á t i c a s , sa lvo en á r e a s j íc í jueñas locales , y en d e t e r m i n a das f o r m a c i o n e s o i m i d a d e s de fluidos. M u c h o s de estos g r a d i e n t e s h i d r o - d i n á m i c o s son c o n t r a r i o s , y en a l g u n o s casos d i r e c t a m e n t e opuestos a lo q u e se e s p e r a r ía del re l ieve to i jográf i co y de las elevac iones de los a f l o r a m i e n t o s conoc idos . A d e m á s , en área.s q u e j i r á c t i c a m e n t e no m u e s t r a n re l ieve topcjgn'ifico se h a n c o n f i g u r a d o g r a d i e n t e s h i d r o - d i n á m i c o s m u c h o m á s fuer tes q u e los c o n f i g u r a d o s a n t e r i o r m e n t e en á r e a s m o n t a ñ o s a s . Sist e m a s de f luidos e n a l g u n o s depósi tos que no t ienen e q u i v a l e n t e s a f l o r a n d o se han c n e r j n t r a d o con f u e r t e s g r a d i e n t e s h i d r o - d i n á m i c o s .
Dejjós i tos u n i f o r m e s , g r u e s o s y p e r meables , que se e x t i e n d e n en f o r m a cont inua de a f l o r a m i e n t o en a f loramient t i a t r a v é s de u n a c u e n c a , g e n e r a l m e n t e t ienen g r a d i e n t e s h i d r o - d i n á m i c o s que c o r r e s p o n d e n a p r o x i m a d a m e n t e a la dir e c c i ó n y m a g n i t u d q u e p u e d e p r e v e r s e del re l ieve t o p o g r á f i c o . E n estos depó--sitos. la ley que r i g e y cjue es n o r m a l m e n t e a c e p t a d a p a r a f lujo de l íquidos a t r a v é s do m e d i o s porosos , es la ley de D a r c y , q u e p u e d e a p l i c a r s e p a r a p r e d e c i r las c o n d i c i o n e s h i d r o - d i n á m i c a s . A p a r e n t e m e n t e o c u r r e n g r a d i e n t e s h i d r o d i n á m i c o s a n ó m a l o s en las á r e a s gen e r a l m e n t e de b a j a p e r m e a b i l i d a d o en depós i tos no c o n t i n u o s , c o m o las a r e n a s l ent icu lares del C r e t á c i c o y T e r c i a r i o y la ¡ joros idad i r r e g u l a r en los c a r b o n a t e s , e tc . S in e m b a r g o , a p e s a r de q u e las pres iones del f luido en estos depós i tos no cont inuos son a n ó m a l a s en t é r m i n o s
M E X I C A N A DE G E Ó L O G O S P E T R O L E R O S
de la ley de flujo de D a r c y , no son anómalas en cuanto a los principios osmóticos. Generalmente cuando hay una diferencia entre las propiedades del agua en los lados opuestos de una lutila, el fenómeno osmótico es efectivo.
Muchos geólogos se han acostumbrado a ¡)ensar en las rocas como permeables o impermeables. Es te concx'pto proliable-mento evolucionó de! conocimiento dique c iertas rocas tenían .suficiente j i c r -
meabilidad p a r a produc ir líquido en el agujero de im pozo c-n cantidad económicamente significativa, diferenciándose de aquellas unidades de rocas cuya permeabilidad es lan baja que la cantidad de flujo de los h i d r o c a r l . i u r o s al agujero del ¡)ozo es insignificante. Sin e m b a r g o , con las técnicas modernas de h idro- frac-tura y terminación de pozos, ha sido posible producir h idrocarburos económicamente de rocas que anter iormente se habían considerado como impermeables. P a r a c-l geólogo de exploración que utiliza la h i d r o d i n á m i c a , no puede t ra zarse- una línea divisoria entre rocas permealiles e impermeables . El flujo de los fluidos o c irculación de agua a través de la sección sedimentaria tiene que evaluarse p a r a todas las unidades de roca, desde las m á s permeables hasta la lutita menos permeable . Estudios de laboratorio han di-mostrado que hasta la lulita, considerada como impermeable , tiene permeabi l idad en el orden de 0 . 0 0 1 hasla 0 . 0 0 0 1 md. Se demostrará q u e estas permeabil idades son todavía muy significativas i-n términos del flujo tridimensional de fluidos, a través de una provincia gí-ológica grande .
En las p r i m e r a s e tapas del análisis h i d r o d i n á m i c o , por razón de la baja permeabil idad de las lutitas, se c r i - í a . por lo menos a j ir imera vista, que el agua no fluía a t r a \ é s de las lutilas en can
tidades significativas. Sin embargo , cuando P R C comenzó a conf igurar la hidrod inámica en f o r m a regional, un gran porcentaje di- los datos de presión de las pruebas de formación y las presiones de flujo no so podían verif icar por medio del análisis de flujo en dos dimensiones. Consecuentemente, el análi.sis tridimensional se inició p a r a i lustrar ima comparac ión do conducción a flujo.
L a F i g u r a No. 2 es im esquema e x a gerado de un bloque de 6 0 por 6 0 millas de sedimentos, con una lutita de 1 0 0 pies de espesor y una permeabil idad de 0 . 0 0 0 1 md. interpuesta entre depósitos de arena continuos. L a relación de conducción a fluido se calcula por el flujo vertical a través de la lutita y el flujo horizontal a través de la arena . L a conducción de fluido es proporcional a la permeabil idad multiplicada ¡ l o r el área a través de la cual está fluyendo, e inversamente proporcional a la longitud de la línea de flujo. Como yjuede verse, la conducción a través de la formación de la lutita es veinte veces la conducción del flujo lateral a través de la arena . Consecuentemente con gradientes de presión iguales, tendríamos que el flujo de a g u a verticalmente a través del estrato de lutita sería 2 0 veces m a y o r que el finio lateral a través de cada acuífero.
Numerosas configuraciones hidro-dinámicas han comprobado que toda la sí-cción sedimentaria queda comprendida en el flujo h i d r o d i n á m i c o tridimensional. Consecuentemente, cada sedimento, limo, lutita, etc. , tiene continuidad de flujo significativa con cada una de las otras unidades dentro de una sección sedimentaria ; en otras palabras , en una sección que preferentemente está humedecida con agua , existe continuidad de flujo en toda la sección — desde el nivel del agua freát ica hasta las rocas de basamento.
CONDUCTANCE M
6 0 X 5 2 8 0 X 6 0 X 5 2 8 0 X 0 . 0 0 0 1
noo
SOY 6 0 X 5 2 8 0 X 100
6 0 X 5 2 8 0
- 2 0
• i^KshQle= 0.0001 md
Ksond = iOO md
C R O ? ^ S - F O R M A T I O N A L F L O W C O N D U C T A N C E
T H R O U G H S H A L E = 20 T I M E S T H E F L O W
C O N D U C T A N C E T H R O U G H S A N D R E S E R V O I R
Figure 2
Ratio of Conductances of Shale and a Reservoir
r n
z a a > O n > o<
M E X I C A N A D E G E Ó L O G O S P E T R O L E R O S
Aunque se puede comprol iar que el sistema de flujo a través de una sec-eión sedimentaria es continuo, las presiones del fluido que se jjueden config u r a r a veces tienen discontinuidades. En muchos de estos estudios las diferencias en salinidad del agua de formación se relacionan directamente con las aparentes anomal ías de presión. Estudios extensos en el campo, junto con experimentos de laborator io , han demostrado ((ue el flujo de los fluidos a través de los sedimentos de textura más fina, como las lutilas. var ía grandemente del flujo de los fluidos que predice la ley de Darcy, y corresponde aparentemente a las leyes que rigen el flujo de fluidos a través de m e m b r a n a s osmóticas.
P o r ejemplo, en muchos acuífcros de los cuales h a y gran cant idad de dalos d<- presión disponibles, el flujo del agua de formación h a sido configurado, y se ve que está fluyendo de todas direcciones hac ia un á r e a de bajo potencial de flujo. Contrar iamente a la ley de D a r c y . esta agua tiene que fluir a través de formaciones a o l ías unidad(>s de roca que lienen potenciales de presión mucho más altos. L a s configuraciones de presión del a g u a de formación y distri-iniciiincs de salinidad <'ii estas situaciones sugiere que el agua tiene que fluir a través de las formaciont s a p r o x i m a d a mente de la m a n e r a que se podría predecir de la teoría de osmosis a través de una m e m b r a n a . Este flujo es en cierta m a n e r a análogo al flujo de agua del suelo a través de las m e m b r a n a s de la raíz de un árbol hasta las ramas más altas. El a g u a salada del suelo, que resulta de e s p a r c i r sal en la t ierra alrededor de un árbol, invierte el proceso o.smótico. cau.sando que el agua fluya del árbol a través de las membranas de la raíz y hac ia el suelo, con la resullante deshidralación v secami(>nto del árbol .
Otros procesos similares de la m e m b r a na osmót ica tienen lugar en las ])aredes de las células y tejidos y, consecuentemente, son de suma importancia en el proceso vital de todos los sistemas biológicos.
Procesos industriales, tales como sistemas de purif icación de agua de m a r o agua salobre, hacen uso de las jiropie-dades d<! m e m b r a n a s osmóticas, de resinas sintéticas, así como de muchos materiales que existen en la naturaleza. Muchas ajilicaciones biológicas e industriales han desarrollado una cantidad considerable de conocimienlo teórico y de laboratorio , dv los principios d<' la m e m b r a n a osmótica.
El grujió P R C ha desarrollado las modificaciones y extensiones ni 'cesarias en sus muchos estudios teóricos y experimentales de los fenómenos de la membrana osmótica, [ l a r a encontrar una relación (-on las geometrías de los minerales arcillosos y los espacios poro.sos de lutitas. así como la g a m a de salinidades, potenciales de reducción, ox idación y temperaturas que se encuentran en los fluidos de las rocas sedimentarias, bajo condiciones gi-ológicas tíjiicas.
L a teoría de la m e m b r a n a osmótica verif icada c^perimenlalmente, indica que a través de membranas de lutilas muy compactas , tpie contienen un alto porcim-taje de minerales de arcil la, la presión osmótica puede s e r del orden de 1 2 a 1.5 l ibras por ¡)u!gada cu.adrada ])or cada 1 . 0 0 0 parles por millón de diferencia en la salinidad de las aguas. Consecuentemente, e n muchas áreas donde existe diferencia en salinidad de 1 0 0 . 0 0 0 partes por millón, entre formaciones separadas ])or unos cientos a unos miles de pies de lutita densa, se pueden jiroelucir jiresiones de 1 , 2 0 0 a 1 . 5 0 0 libras jior pulgada c u a d r a d a debido al flujo flifusional a través fie la
8 HoF.KTl'.N OK I . \ ASOCIACION
VIKING SAND STO N E POTENTIOMETRIC SURFACE
L E G E N D
>^ D i r e c t i o n of water movement S u b - s u r f a c e cont ro l .
" isoo Outcrop elevation.
East edge of d is tu rbed belt.
Eas te rnmost Lower Cretaceous t h r u s t sheet. Vik ing outcrop areas.
Contour In terva l , 200 Ft.
U N I T E D S T A T E S
so IOO
Figure 3
M E X I C A N A D E G E Ó L O G O S P E T K O L E K O S
::;iT!ibrana osmótica . E s t a s anomal ías de presiones de flujo, debidas a osmosis, pueden ser especialmente grandes v muy sipnii leal ivas m á reas en que en general hay penneaiii l idnd b a j a , o en los depósitos de t ipo discontinuo. E a ms-dición I ' l l el c a m p o de las diferencias en pre-sioiu's de f o r m a c i ó n , c o m p a r a d a s con la.- salinidades de las aguas de var ias f i i rmiK - iones lenticulares o de baja perni-:! i fi. da relaciones que están e s i l i , ialnicntc de acuerdo con la teoría de la m e m b r a n a osmót ica .
Varios ejemplos d'! campo comprueban que existen c i -ml i c i 'mes de flujo que no obedecen a la ley de D a r c y . Dos de los ejemplos más prominentes son el de la arenisca Vik ing en Alberta . Canadá, del Cre tác i co Inferior, y el de la arenisca de Po int Lookout del Cretác ico .Superior en San J u a n Basin. E-stado de N'uevo M e x i c o .
L a f i g u r a No. 3 demuestra la superficie potenciométr ica regional de la are nisca Viking. Si el flujo fuese causado .solamente por diferencia de niveles de los afloramientos, la superficie potenciométrica deliería b a j a r con relativa uniformidad desde los af loramientos altos que se encuentran en el frente de la zona per turbada (Disturbed Bel t ) de las Montañas Rocallosas del C a n a d á , hasta los af loramientos bajos en la porción norte de la f igura y hacia <'l noreste cerca de la m a r g e n del Escudo Canadiense. Sin e m b a r g o , en la parte central de la P r o v i n c i a de Alberta , la curva potenciométrica de L'lOO pies rodea a un área de bajo potencial , dentro de la cual han sido bien comprobados los niveles potenciométr icos de superficie de menos de 1 0 0 pies. Estos valores bajos son muy inferiores al correspondiente a la elevación de 1 , 0 0 0 j)ies de los afloramientos, y no &<; pueden expl icar por el flujo de agua por gravedad a
base de la ley de D a r c v . Con excepción del af loramiento, la arenisca Viking está rodeada de lutila y por lo tanto el a g u a tiene que fluir a través de estas lutitas hacia rocas porosas inferiores o superiores.
.Se han observado en numerosas áreas , zonas c u r a d a s de b a j a presión similares. . \demás . "zonas c e r r a d a s de alta presión"' tamliién han sido conf iguradas en var ias área.s. las cuales están directamente re lac ionadas con causas osmótica.s v no con la ley de flujo de D a r c y .
En resumen, con respecto a las causas de gradientes hidro-dinámicos , las coíidiciones di' presión de flujo tridimensional que existen dentro de xmn cuenca geológica, donde el efecto de compactac ión ha terminado, es el resultado de una combinación de causas osmóticas y de gravedad. El flujo que se produce por gravitación se debe a diferencias en el n i v l del sistema acuífero. que produce ár<'as de entrada y de sal ida; mientras que el flujo por osmosis es cau.sado por diferencias en el agua de formación en sus propiedades químicas, eléctricas o termales en los distinlos'tipos dentro de los diferentes yacimientos en la sección geológica, que están separados por unidades lito-lógicas con propiedades similares a membranas .
M'I . ICACIONES D E LA H И)КО-1)1. \ A M 1С Л EN L A E X P L O R A C I Ó N
.Antes de referirnos a las aplicaciones de la h idro-d inámica en la exploración, debemos cons iderar algunos aspectos de la teoría del entrampamicnfo de gas y petróleo.
Principios del Entrampanwntit dr ¡'c-trólro y Gti'^
En un depósito humedecido o saturado con agua , el petróleo o el gas tienen
N
Silt or Silfy-Shale Lithoiogic Bcrrier
(Pcrm8obllity=0.5 md.)
^d(barrier)*''G{max)°2P^'
Pormeahie Resevoir (Permeobillty»20md.)
Low3st Gii
Figura 4
>
M E X I C A N A DE G E Ó L O G O S P E T R O L E R O S 11
la tendencia a m i c r a r hacia a r r i b a , a posiciones i s l rnc lnrabi icnte más altas, debido al efe'-to d-e flotación causado por las di ferencias de densidad entre el agua y el petróleo. Se requiere una diferencia de presión entre el a g u a y el petróleo p a r a poder forzar un contacto ( interfac<í) de petró leo-agua, dentro de un espacio poroso; justamente como se requiere una di ferencia de presión p a r a forzar un balíín a través de un hueco pequeño. Si la diferencia en presión entre el petróleo y el a g u a , no es suficiente para forzar el contacto í in ter face ) de ambos fluidos a través de los poros de los sedimentos (-rhadi> a r r i b a , dicho? sedimentos a c t u a r á n como b a r r e r a a la acunudación, no importando la p e r m e a bilidad de los sedimentos e c h a d o a r r i b a . Conforme se acumula más petróleo, la presión de éste ( a cualquier nivel de referencia) incrementa debido a los efectos de f lotación y las d i ferencias de presión entre petróleo y a g u a aumentan . Esta di ferencia entre la presión en la fase-petróleo y la presión en la fase-agua, a través del á r e a de contacto ( in-terfar-e) se l lama presión de capilaridad (Véas<' F i g . -I.). Si esta presión de capi laridad es suficiente p a r a e m p u j a r el contacto ( in t er face ) ] ietróleo-agua a través de los jioros de los sedimentos inclinados ecl iado a r r i b a , estos sedimentos ya no a c t u a r á n como b a r r e r a a la migración del petróleo. L a pres ión de capilaridad con que este contacto petróleo-agua en tra a los poros de la barrera , se l lama presión de entrada o pn-sión de desplazamiento de la b a r r e r a .
P a r a i lustrar la imjiortancia de la [iresión de ca jn lar idad en relación con el en trampamiento del petróleo, se usa la F i g u r a No. 5 , que muestra la i -ntrada del petróleo a una .=erie de espacios porosos en una escala microscóp ica . P a ra los efectos di i lustración, el va lor
de la presión de capi lar idad es tai. (pie el jjetróleo no ha [)odido <'mpujarse lo suficiente p a r a pasar la constr icc ión en el p r i m e r espacio poroso. F i g u r a No. 5 A . Un pequeño aumento de jjresión de c a pi laridad resulta en exc<>der la presión ác en trada y el petrtíleo m i g r a a los esijacios ¡)orosos más c e r c a n o s y más grandes , como se indica en la f igura 5 B . Sin e m b a r g o , constr icciones más pequeñas sobre esta línea impiden que el peiróleo a \ a n c e . Aunque algunos espacios porosos grandes están más allá del punto de j ienelración que se indica en la F i g u r a 5 B , el petróleo no puede l legar a ellos hasta h a b e r superado la presión .de entrada de los poros pequeños que están inmediatamente delante del jjctró-leo. Hasta no lograr una presión de capi lar idad .suficientemente alta, jmede penetrar el petróleo a estos otros espacios porosos p a r a establecer continuidad de la fase petróleo a través de la sección microscójnca de sedimento, como lo indica la F i g u r a 5 C . Si el acuñamiento echado a r r i b a de un depósito bien jier-meabl" tuviese una matr iz jjorosa similar a lo que .se indica en la F i g u r a 5 . el peiróleo podría represarse bajo ese acuñamiento , s iempre y cuando la presión de capi lar idad no l legara o e x c ( d e r la presión de de-plazamienlo del a c u ñ a miento. Sin e m b a r g o , .si la presión de capi lar idad llega a ser igual a la presión de desplazamiento, entonces el petróleo entrar ía a k s espacios porosos del acuñamiento. o b a r r e r a de roca y fluiría a tra \ ( ' s de ella en la m a n e r a ilustrada en la l'iguríi .5{;. El valor límite de la presión de caji i laridad en cualquier ya-cimienlo de petróleo sellado por una b a r r e r a , está controlado, pero no nece-sariam-'iile l imitado a la jircsión de des-plazann'eiito de la b a r r e r a . Debido a la flotación de petr(>leo o gas en rocas scdiniciil.-irii- sa turadas con agua , bajo
Figura 5
(a)
(e)
M E X I C A N A D E G E Ó L O G O S P E T R O L E R O S 1 3
condiciones hidrostát icas , la presión de capilaridad en cualquier espacio poroso aumenta en proporc ión directa al t irante de la co lumna de petróleo debajo de esc punto. P o r lo tanto, ba jo condiciones hidrostáticas, la presión de en trada (o presión de desjjlazamiento) de cualquier barrera se puede interpretar en relación al t irante m á x i m o de la columna de petróleo que puede ser soportada debajo de esa b a r r e r a . P a r a ¡Petróleo crudo de gravedad media en salinidades n o r m a les de agua de formación , este t irante máximo de la co lumna de petróleo es lípicamente a lrededor de 1 0 p i e s por cada libra por pulgada c u a d r a d a de presión de entrada de la b a r r e r a . Sin embargo, este máximt) de columna de petróleo puede v a r i a r desde unos ,3 pies ¡ )ara petróleo !i\ iano, hasta unos 2 0 pies p a r a ]ietróleo pesado, por c a d a libra por ])ulgada c u a d r a d a de presión de entrada a la b a r r e r a .
Cuando un yacimiento permeable se acuña hacia una sección de b a j a permeabilidad, tal como una lutita, se desarrolla frecuentemente una interdigita-ción en la zona de transic ión. E n esta zona de transic ión las áreas con presión de bajo desplazami<"nto se intercalan en-
áreas de alto desplazamiento. Si el petróleo t r a t a de acumularse contra este acuñamiento, se f u g a r á por los planos de bajo desplazamiento que están en contacto con el depósito de jielróleo cuando la presión de capi lar idad exceda la presión de desplazamiento de cualquiera de los planos estratif icados. Cada una de estas lengüetas permeables se divide en lengüetillas y finalmente, en algunos casos, en planos de estratif icación muy delgados, dentro de la lutita. Muestras de núcleo tomadas de acuña-mientos cuyos registros eléctricos indican secciones uniformes de lutita densa, frecuentemente tienen visibles planos estra
tificados muy delgados, o láminas de sedimentos de grano m á s grueso, con presiones de entrada muy bajas , simi-ares a las que se muestran en el c írculo
aumentado de la F i g u r a 6 . Estos planos estratif icados delgados con presión de entrada muy baja pu("dcn ser solamente de una fracción de pulgada en espe.=or. pero de todas m a n e r a s actúan como una línea de fuga a lo largo de la cual el petróleo puede fluir y e scapar del depósito que se encuentra echado abajo . L a capac idad m á x i m a real de la columna de petrók'o de la t rampa se determina por la lengüeta de sedimento o j)lano estratif icado que tenga la presión de desplazamiento m á s baja , no importan do qué tan delgada sea ésta. P o r c jem-[)lo, en el sedimento del aciuiamiento la presión de desplazamiento m á s baja es de 1.3 l ibras por pulgada c u a d r a d a y, consecuentemente, la columna m á x i m a p a r a un petróleo de gravedad media, a t rapado bajo este acuñamiento , sería .solamente de 1 3 pies. Cualquier petróleo adicional que trate de acumularse y así d a r una co lumna de petróleo m a y o r , resultaría en una presión de capi laridad más alta que ocas ionaría la fuga del petróleo, de la t r a m p a a través de ese estrato limoso.
E s por esta secuencia de estratos, de presiones de desplazamiento altas y bajas intercaladas, que bajo condiciones hidrostáticas el petróleo puede fugarse fácilmente a lo largo de los planos de estratif icación y escapar de las t r a m pas estrat igráf icas . Sin embargo , por exac tamente la misma razón, el petróleo no puede fugarse a través de los planos de estratif icación, excepto por las fallas o f rac turas .
L a probabil idad de la presencia de presión de desplazamiento alta en una capa sello, es decir normal a los plano? de estratif icación es de esf>erarse. por
DATUM E L E V A T I O N ( f e e t subseo
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o o 0 3 > _ > ;
n N • It U ro ro ro K> 0 5 - J 0 0 CD O o o o o o o o o o o_ T ) T ) - D - D T )
(M (XI LO U) v>
8
M O i o v K J O s v V I a a M i i a i o g
M E X I C A N A D E G E Ó L O G O S I ' K T H O L E H O S 1 5
la iialiii alcza di' las lutilas o di' las característ icas de otras rocas selladuras. \ menos que eslas rocas sello estén fracl liradas o a falladas es razonable esperar una capac idad grande p a r a contener petróleo en una t r a m p a anticlinal cerrada por virtud de la alta presión de desplazamiento inbi'rcnte en la rocas sello. Es la concinsión jjrcsume que el gradienle hidro-dináinico lateral es in-suficienle ])ara c a u s a r la inclinación del dí'pósilo de peiróleo basta sacarlo fuera (le la es tructura .
Las aplicaciones de la h idro-d inámica se t ratarán bajo los siguií-nles encabezados: T r a m p a s Es tra t igrá f i cas , T r a m p a s (le Discordancia. Hocas Sello o B a r r e r a s afalladas o F r a c t u r a d a s , y (^¡nlactos Petróleo-Agua Inclinados.
Tnirnpas J''slr(ltigráli<(i.s
Las t rampas estrat igráf icas frecuentemente se han encontratlo j iroductivas en un ávea. mientras rpie en otra área a lo largo d( 1 mismo tren, otras tram [ )as ajja-r(»ntemente con carac ter í s t i cas geológicas similares, no son jiroductivas. L a dirección de flujo d<'l agua es de pr imera consideración con respecto ;i la ca iJac i -dad para contener |)etr(')lc'o o gas. en las trampas estrat igráf icas .
En un ambiente h i d r o d i n á m i c o en el cual el flujo es echado abajo ( F i g u r a 4 ) . el agua en la parte alta, o sea en el contacto con la acumulac ión de petróleo en una t rampa estrat igráf ica , está a una ¡jresión más alta de lo que hubiera estado bajo condiciones estáticas. Por consiguiente, la diferencia entre la presión en la íase-]}etróleo y la fase-agua es m e n o r a la (|ue hubiera existido bajo condiciones estát icas . Por definición, entonces, la presión de caji i laridad. (es decir, la diferencia entre presión de peiróleo y jiresión de a g u a ) es menor en la parte superior de la acumulac ión
de petróleo, bajo las condici (mcs di'l flujo de a g u a echado a b a j o , de lo Í I U <
hubiera sido bajo condiciones estálic;is. Ibia b a r r e r a echado a r r i b a m á s permeable (es decir, una zona de b a r r e r a con lengüetas con presión de e n t r a d a más b a j a ) es por consiguiente capaz de a tra par una acumulac ión de iictrfjleo ba jo condiciones de flujo de a g u a echado abajo . Además , la b a r r e r a echado a r r i b a puede, bajo condicion<'s de flujo de agua echado abajo , a t r a p a r una cohmina de petróleo más larga de lo que hidiicra sido posible bajo condiciones hidrostáticas. P o r regla general , por c a d a diez libras por pulgada cuadrat la tle cambio re la t ¡ \o de ])resi(')n d<'l agua , en la barrera echado a r r i b a , deludo al flujo de a g u a (x;hado a b a j o , la capac idad de esa b a r r e r a p a r a contener petróleo aumenta 1 0 0 jiies verticales p a r a petróleo de gravedad promedio, .30 pies j i a r a petróleo de baja densidad, o 2 0 0 jiics p a r a petróleo (le alta densidad.
P o r lo contrar io , en un ambiente de flujo ({:• a g u a echado a r r i b a , la presión en la fase-agua en el contacto con la acumulación d r . petróleo en una t rampa estrat igráf ica. es menor de lo que hubiera sido bajo condiciones hidrostáticas. Esto quiere decir que la presión de capilaridad' sería m a y o r bajo esta (•(mdición de flujo de agua echado arr iba (le lo que hubiera sido en un ambiente liidrostático. P o r consiguiente, una bar r e r a con una presión de entrada determinada tiene menos capac idad para (contener una columna de petróleo de lo que hubiera podido contener bajo condiciones hidrostáticas.
Del análisis de laboratorio de una L'raii cant idad de núcleos de zonas de acuñamiento echado a r r i b a , se ha visto (pie ai iarentemente existen numerosas laminaciones delgadas con presiones de entrada baja a través de muchas de estas
1 6 B O L E T Í N U E L A A S O C I A C I Ó N
b a r re ras lie lraiii])a.s c s l r a l i g r á l u - a s . l'osto sugi ir i ' ([II!' cnbmuias de pelrók'u de inagriiliul ( i ) i n e i ( i a l sularñeiite podr ían eoiileiierse en las t r a m p a s e s t r a t i g r á f i c a s e.iKiiido ( siáii a s o c i a d a s con ainbient-es de flujo de a g u a t d i a d o a b a j o . Cont r a r i a m e n t e , á r e a s con ambiente s de flujo de a g u a e c h a d o arrili£i j jrobablernente m u y j i o c a s v e c e s p o d r í a n c o n t e n e r a c u mulac iones de peln'jleo en c a n t i d a d e s (;(jmereíales , a pesar de (juc los c a m b i o s litológicos idénticos a] )arentemei i tc pud ieran l iaber c r e a d o t r a m p a s e s t r a t i g r á ficas s imi lares .
I'lii aquel las á r e a s donde se h a n oble-nido extensas medic iones de los a m b i e n tes l i idro-dinámicos , se h a eonij irobado ((lie c sUis relaciones rig;'n | j a r a la dis-tribiici()ii general de t i amj jas e s t r a t i g r á ficas j jroduct ivas , disl ingii iéndolas de las aiionialías geo lóg icas cjue a p a r e n t a n ser l r a m | j a s e s t ra t igrá f i cas pero q u e n o contienen a c u m u l a c i o n e s de gas y petró leo en cai i l idades comerc ia l e s .
Un <'jem[)lo sol) resaliente en esca la regioiKil de producc ión de t r a m p a s es-i ra l ig iá f i cas re lac ionadas d i r e c t a m e n t e con la d i recc ión di; flujo h idro -d iná -inieo, es el de las a r e n a s c r e t á c i c a s '"Vik ingo en el C a n a d á Occ identa l ( F i g u r a í ) . Fs tas a r e n a s son l ent icu lares ; p o r
consiguiente existe hi c a | ) a c i d a d potí-ncial «le tramiuis a lo largo del f lanco or ienta l del sinclinal de A l b e r t a , tanto en la Prov inc ia de A lber ta c o m o en la de ."^akachewan. ü e 1 3 5 c a m p o s producto res de gas y petróleo de estas a r e n a s c r e t á c i c a s , 1 2 5 se han e n c o n t r a d o en el á r e a donde se sabe que el f lujo es e c h a do a b a j o . O d i o están en u n á r e a e s e n -( ialineiite h idros tá l i ca . donde la alia densidad del petróleo c r e a u n a co lumna suf ic ientemente l a r g a p a r a ser c o m e r c i a l . I.os otros dos están e n u n a á r e a de flujo e c h a d o a r r i b a . Uno de estos está l>arcialnieiile contro lado por e s t n u i n r a
c a u s a d a por j j l egamien lo s o b r e un a r r e cife, y el o t r o es un y a c i m i e n t o de tres pozos, e s e n c i a l m e n t e n o c o m e r c i a l . M u chos |)ozos se han p e r f o r a d o f u e r a de la z o n a de flujo e c h a d o a b a j o y se h a e n c o n t r a d o el d e s a r r o l l o de las a r e n a s " V i k i n g " a c u ñ á n d o s e e c h a d o a r r i b a ; estos pozos se t i enen q u e c l a s i f i c a r c o m o éx i tos geo lóg icos , p e r o fi-aeasos e c o n ó micos .
E l punió i i i i i icipal c ¡ U ( ' d e b e determ i n a r s e ] ) a r a p o d e r u s a r en f o r m a p r á c -ticii los es ludios h idro - t l i i i ámicos en el c a m p o , en la b ú s q u e d a de t r a m p a s e s t ra t i g r á f i c a s de g a s y [ le tróleo , es si h a y una comp(jnente de f lujo de a g u a e c h a d o a r r i b a o e c h a d o a b a j o . Si el g r a d i e n t e de pres ión h i d r o . d i n á m i c o es g r a n d e , y si el f lujo t iene u n a c o m p o n e n t e bien def inida e c h a d o a b a j o , los prosj iectos s erán favorab le s y ] )odr ían a t r a ] ) a r una acuniiilaci('>n de j ietróleo en c a n t i d a d e s c o m e r c i a l e s , sin l o m a r en c u e n t a la m a g n i t u d d(,' la j j les ión de d e s p l a z a m i e n to de la b a r r e r a . S in e m b a r g o , si el f lujo lii'ne u n a c o m p o n e n t e bien defin i d a e c h a d o a r r i b a , los j i rospectos no .son f a v o r a b l e s . E s t e p r o s p e c t o desfavorable t e n d r í a m e n o s p r o b a b i l i d a d e s de c o n t e n e r una a c u m u l a c i ó n de petró leo en cai it idatl c o m e r c i a l a m e n o s q u e la pres ión de des ] ) lazamiento de la b a r r e r a fuera e x t r e m a d a m e n t e g r a n d e . P o r e j e m plo, una a r e n a q u e se a c u ñ a r a c o n t r a una luti la p e r f e c t a sin n i n g u n a c o n e x i ó n p o r l engüetas de l imos o p l a n o s de est r a t i f i c a c i ó n o f r a c t u r a s , p o d r í a tener la presií 'di ile des ] ) lazamiento suficientemente g r a n d e p a r a f o r m a r u n a t r a m p a . E n vista de q u e la p r o b a b i l i d a d estadís t ica de e n c o n t r a r un a c u ñ a m i e n t o total ( e s d e c i r , u n a b a r r e r a p e r f e c t a de a l ta pres ión de d e s p l a z a m i e n t o ) es rem o t a , este p r o s p e c t o t e n d r í a un f a c t o r • •xp lorator io de. r i e sgo m u y a l to .
M E X I C A N A D E G E Ó L O G O S P E X K t t i . E K o s 17
Si prevalecen condiciones hidrostát icas o si el flujo no tiene componentes bien definidos echado a r r i b a o echado abajo cercanos al prospecto, dicho prospecto se considera marg ina l en cuanto al a m biente de flujo. Si los costos de exploración, perforación, terreno, y otros son suficientemente bajos en estas áreas p a r a hacer atract ivo el fac tor económico , estos prospectos hidro-dinámicos marg i nales posiblemente tendrían suficiente mérito p a r a perforarse .
D e los muchos ejemplos de la ocurrencia de acumulaciones de petróleo en lram]nis estrat igráf icas . considerándolos 111 realidad a los gradientes hidro-dinámicos regionales, es indispensable p a r a i j u e un Dej iartamento de Exp lorac ión tenga una alt.a ])ropo reión de éxitos en trampas estrat igráf icas , sea necesario (jue defina no solamente el desarrollo (le la roca a lmacenadora y la ])osición de -u acuñamiento, sino también que determine que esta anomal ía se encuentra dentro de una á r e a favorable desde el punto d ' vista h idrodinámico .
'i'nmi¡)as de discordancia
Una capa a lmacenadora t r u n c a d a en ángulo, bajo un plano de discordancia , es un blanco a trac t ivo en la exiiloración petrolera; sin e m b a r g o , el ambiente liidro-dinámico tiene ciue evaluarse porque puede incluir grandemente en la c a -jiacidad de a lmacenamiento de la capa truncada. ( F i g u r a 6 ) . E l flujo de agua echado abajo (gradiente hidro-dinámico favorable) a u m e n t a r á considerablemente la cajjacidad de contener peiróleo de la trampa dií d i scordancia . E l flujo de agua echado a r r i b a (gradiente hidrodinámico desfavorable) disminuirá la capacidad ¡ jara contener petróleo a tal ¡jrado que la t r a m p a de discordancia probablemente no sea capaz de contener una acumulación comerc ia l . L a relación
de presiones entre las capas truncadas ba jo la d iscordancia y las caj)as que la cubren es de suma importanc ia , y de igual .significación en algunas á r e a s será la relación de presiones entre la c a p a a lmacenadora y las c a p a s porosas también truncadas que están a r r i b a y abajo estral igráf icamenle . F i g u r a 7.
L a s evidencias sugiereif que las zonas discordantes son comúnmente zonas de transmisión en distintos grados. E s a ca-]3acidad de transmisión puede ser causada por los efectos de inlemjjcrismfi sobre las viejas superficies de erosión, resultando fisuras, canales de solución, o topografía kárst ica , o bien por el dejjó-sito errát ico de material clástico grueso en la superficie de erosión. Dado que una zona discordante puede tener c a racteríst icas de transmisibilidad muy variables, puede funcionar como un •'corto c ircui to" parcial , c<m resistencia al flujo muy variable, a lo largo i\v la cual las presiones de los varios dejiósitos pre-discordancia t ra tarán de equililirar. Esta tendencia hacia el equilibrio creará flujo echado a b a j o local en los de-])ósitos truncados prediscordaiicia en algunas áreas , y flujo echado arr iba en otras. En algunas áreas , el flujo de agua ya sea echado a r r i b a o echado abajo puede producir un gradienti; hidrodinámico cerca del plano de discordancia. Este gradiente hidro-dinámico fuerte local jjuede c r e a r :
1. l n ambiente hidro-dinámico favorable p a r a el a trapamiento de j)etróleo o gas en una o más ca])as a lmacenadoras cada una de la cuales pudiera tener:
a ) Ambiente regional h i d r o d i n á m i c o desfavorable.
b ) Ambiente regional casi hidrostá-tico.
A .4200 ' PS. В - 4 100' PS. С-3200' P.S. D-3800' RS.
CO
0 0 -
2 0 0 -
4 0 0 -
6 0 0 -
8 0 0 -
1000-
1200-
1400-
1600-
1800-
2 0 0 0 -
с
H
к
n
> о
M E X I C A N A DE G E Ó L O G O S P E T K O I . E K O S 1 9
c ) Ambiente regional hidro-dinámico favorable.
2 . Ambiente hidro-dinámico desfavorable p a r a el a trapamiento de petróleo o gas en una o más c a pas a lmacenadoras c a d a una de las cuales pudiera ti-ncr uno de los ambientes hidro-dinámicos o hidrostáticos regionales que se asientan a r r i b a .
1 1 cri terio más importante ]jara evaluar un prospecto discordante es la comparación de ])resiones de flujo en cada una de las capas a lmacenadoras truncadas y las j)lesiones de la capa almacenadora inmediatamente a r r i b a . Esta comparac ión requiere una serie de medidas de presión en uno o más pozos. - \fortunadamente, en la m a y o r í a de los ctasos , solamente necesita perforarse un pequeño número de pozos con un programa de pruebas adecuado p a r a determinar los horizontes más favorables y las áreas que se deban explorar a lo largo de la d iscordancia .
Los fundamentos del a trapamiento d<' petrolizo o gas en o c e r c a de una discor-liancia son los mismos que p a r a trampas estratigráficas.
Cuando el petróleo y / o gas se acumula en contacto directo con el plano de discordancia, las presiones de entrada «le las capas superiores y de los remanentes inteniperizados de la ant igua superficie pueden ser significativas. Frecuentemente hay mater ia detr í t ica de presión (le entrada baja distribuida en forma errática sobre la superficie de discordancia. A veces ese mater ia l es un conglomerado basai con presión de entrada baja. A u n cuando una lutila muy compactada y densa yace directamente sobre la discordancia y la erosión ha quitado todas las gravas y arenas río y otros materiales detríticos, las fracturas v otras
caracter ís t icas de iutemperismo sobre la vieja superficie pre-discordancia , probablemente proveen suficientes conductos p a r a el i s c a j j c del petróleo y el gas. L a s probabilidades de que se rellenen completamente todas estas caracter ís t icas de iutemperismo al mismo tiempo que sean erosionados todos los materiales detriti • eos permeables de arr iba , para que se produzca un sello perfecto a través de una distancia de varias millas no son muy factibles. Más importante, sin embargo , es la evidencia directa, de buenos datos de presión p a r a estudios hidrodinámicos que han mostrado que', los yacimientos de petróleo y gas se han encontrado en áreas h i d r o d i n á m i c a s f a vorables que no requieren un sello discordante ¡lerfecto, y- poco, si algún éxito, se ha tenido en un ambiente hidro-flinámico no favorable que requeriría un sello fliscordante perfecto.
"liorus sello' o harrcras ajulladas o frai-/11 radas.
Muchos prospectos asociados con deformaciones estructurales apreciables tienen fallas y fracturas que penetran la roca sello u otra b a r r e r a de la tramila. L a posible fuga de los hidrocarburos de la posible t rampa es motivo de gran preocupación para el De])artamento de Explorac ión . Nuevamente los principios fundamentales que rigen el atrapam¡(;n-to de jjetróleü o gas, o la fuga de los h idrocarburos a través de la roca sello fracturada o afallada, son los mismos principios de presión de capilaridad y pri'sión de entrada que se han descrito antes. Estos princijjios indican que el petróleo o el gas e n t r a r á y se fugará a través de la b a r r e r a si la presión de capilaridad excede a la presión de entrada de la falla o fractura . Empero , si es cierto lo contrario , podrá atraparse el ]ietróleo o gas. L a presión de entrada
2Q B O L E T Í N U E L A A S O C I A C I Ó N
do fal las o f r a c t u r a s g e n e r a l m e n t e nu se puede d e t e r m i n a r en n i n g u n a f o r m a , d a d o q u e h a s ido imposible m e d i r sus pres iones de e n t r a d a en f o r m a e x t e n s a b a j o las condic iones del subsuelo en el < a m p o . Sin e m b a r g o , a l g u n a s l íneas de i;videm;¡a sug ieren que las zonas de fal la y f r a c t u r a son p r o b a b l e m e n t e m u y he terogéneas , y p o c a s veces es tán p e r f e c t a m e n t e sel ladas a pres iones de e n t r a d a s al ias . Si esta he terogene idat l e imperfecc ión del sello ex is te , la p r e sión de c a p i l a r i d a d de a c u m u l a c i o n e s de pe tró leo y g a s que están en c o n t a c t o con d i chas fal las y f r a c t u r a s t iene que ser b a j a p a r a ser m e n o r q u e el c a n a l de m á s b a j a pres ión de e n t r a d a de las fallas o f r a c t u r a s . E s l a pres ión de c a p i lar idad t endr ía un \ a l o r b a j o en la p a r t e super ior de u n a c o l u m n a de p e t r ó leo o ace i t e de va lor c o m e r c i a l , solamente si ex i s t i era u n a p r e s i ó n m á s a l ta en las f r a c t u r a s o fal las a b i e r t a s de la r o c a sello o arc i l l a de falla q u e se enc u e n t r a p o r e n c i m a de la a c u m u l a c i ó n . L a pres ión al ta t endr ía t endenc ia a h a -(ч!г fluir h a c i a a b a j o el a g u a de f o r m a c ión a t ravés de la fal la o f r a c t u r a . E s t a c o n d i c i ó n ex i s t i r ía si la falla o f r a c t u r a tuv iera c o n e x i ó n con r o c a s porosas suiJcriores con pres iones m á s al tas . E n un a m b i e n t e h i d r o - d i n á m i c o tal, s er ía posible la a c u m u l a c i ó n de u n a c a n t i d a d cons iderab le de h i d r o c a r b u r o s b a j o u n a r o c a sello con f r a c t u r a s a b i e r tas, o c o n t r a una fa l la a b i e r t a p e r m e a b l e con una pres ión de e n t r a d a m u y b a j a sin que el petró leo e s c a ] ) a r a . Sin emb a r g o , p o r o t r a l iarte , si el s iguiente acui fen» a travesa i lo p o r la fal la o f r a c t u r a a r r i b a de la a c u m u l a c i ó n , t iene una pres ión m á s b a j a , con tendenc ia a h a c e r f luir h a c i a arr i l ia el a g u a de form a c i ó n p o r la falla o f r a c t u r a , se a u m e n tara la pres ión de c a p i l a r i d a d . Esh-efecto ilei a u m e n t o de pres ión de c a p i -
lar idat l — r e s u l t a d o del g r a d i e n l e h idrod i n á m i c o d e s f a v o r a b l e — r e d u c i r á la c a p a c i d a d de a t r a p a m i e n t o de pe tró l eo o gas en la t r a m p a q u e se p r e s u m e que ex i s te .
Si el s i s t ema de fa l la o f r a c t u r a se e x t i e n d e h a c i a a b a j o del depós i to de q u e v e n i m o s h a b l a n d o y e n c u e n t r a a u n a p r o f u n d i d a d i n f e r i o r o t r o a c u í f e r o q u e t e n g a u n a p r e s i ó n m á s b a j a , el ]3etrólco o g a s p o s i b l e m e n t e m i g r e h a c i a a b a j o p o r las fal las y f r a c t u r a s , en opos ic ión a las f u e r z a s de f l o tac ión , y se r c a c u m u l e en este h o r i z o n t e m á s p r o f u n d o de p r e s i ó n m á s b a j a . E s t a f u g a de pe tró l eo o g a s h a c i a a b a j o a t r a v é s de un s i s t ema de fa l l a o f r a c t u r a s o c u r r i r á s i e m p r e cjue la pres ión de e n t r a d a de la fa l la o f r a c t u r a sea m á s b a j a q u e la p r e s i ó n de cap i lar ida t l de la a c u m u l a c i ó n , y d o n d e l a di ferenc i a e n t r e la p r e s i ó n de a g u a de form a c i ó n del y a c i m i e n t o du q u e se h a b l a y la c a p a p o r o s a más p r o f u n d a , e x c e d a la fucrzi i de f lo tac ión p o r u n i d a d de á r e a de la c o l u m n a de p e t r ó l e o y gas q u e se e x t i e n d e p o r la fa l la o f r a c t u r a e n t r e los dos depós i tos . E s t u d i o s de la pres ión de f o r m a c i ó n de y a c i m i e n t o s p r o d u c t i v o s y no p r o d u c t i v o s en v a r i a s i ' s t ruc turas p r o d u c t i v a s h a n d e m o s t r a d o q u e las a c u m u l a c i o n e s de p e t r ó l e o y g a s se loca l izan en los y a c i m i e n t o s de pres iones r e l a t i v a m e n t e m á s b a j a s de a c u e r d o c o n estos p r i n c i p i o s f u n d a m e n tales de fuga y m e c a n i s m o de a c i m i u -lac ión .
Contados pctrólco-agiiu inclinados
Si el a g u a de f o r m a c i ó n q u e f luye lateralmc>nte ])or un depós i to c r e a una a p r e c i a b l e d i f e r e n c i a en p r e s i ó n re la t iva , sobre ima a c u m u l a c i ó n de pe tró l eo o gas , el c o n t a c t o de p e t r ó l e o - a g u a o g a s a g u a e s t a r á i n c l i n a d o h a c i a a b a j o en la d i r e c c i ó n ñA f lujo de a g u a ( F i -
M i C X K . A N A D E G E O I . O C O . S P E T H O L E K O S 2 1
C O N F I N I N G FORCE
W A T E R
FIGURE 8
I d e a l i x e d P i c t u r e of the F o r c e * E x e r t e d on an Oil A c c u m u l a t i o n
2 2 B O L E T Í N DK L A A S O C J A C I Ó N
g u r a 8 ) . E n u n yac imien lu h o m o g é n e o y u n i f o r m e , este c o n t a c t o inc l inado jje-Iróleo aíTua puede e s tar m u y bii 'n definido. NLimerosos (ejemplos de contac tos inc;linados ] ) e tró leo -agua h a n sido c i t a dos en la l i t e r a t u r a . E n t n - 1 9 5 0 y 1 9 5 4 m u c h o s geólogos de exj i lorac ion h i c i e -roii i m a serie de estudios h i d r o - d i n á m i -c o s t r a t a n d o de e n c o n t r a r y a c i m i e n t o s | ) i t ro leros inc l inados c u y a s <'xtensiones Ihuico a l iajo no se ludi ieran desarro l la d o co in ] ) l e tamente , o t r a t a b a n d(; en-l o n t r a r nuevos y a c i m i e n t o s no descubiertos c u y a inc l inac ión los c o n f i n a b a a un lado de la c r e s t a de la e s t r u c t u r a , o los a c u m u l a b a en u n a n a r i z e s tructural . U n peqiu^ño núm<>ro de nuevos vaeirnientos y extensioni-s de o tros se e n c o n t r a r o n de es ta m a n e r a . A pesar <le q u r u n a a c u m i d a c i ó n inc l inada s imple, en un y a c i m i e n t o suf ic ientemente bomogéneo , es es jJec lacular en a p a r i e n c ia , e i lustra un asjiecto de los sistema-^ h idro f l inámicos, este a spec to en su pr i m e r a f o r m a s imple no h a res idtado ser de g r a n v a l o r e c o n ó m i c o p a r a e n c o n t r a r nuevos y a c i m i e n t o s inc l inados . E l con-<ept(> or ig ina l del y a c i m i e n t o pe tro l ero i n d i n a d o no e n c o n t r ó m á s que unos cuantos nuevos yac imien tos de ] ietróleo e c o n ó m i c o s debido a lo -siguiente:
1 L a s conf igurac iones g e o m é t r i c a s de la m a y o r p a r t e de las e s t r u c t u r a s son tales que, si el pe tró leo se ha ladeado c o m p l e t a m e n t e f u e r a de la j)osición cresta l doiule n o r m a l m e n t e se p e r f o r a , es m u y probab le que el petró leo se h a y a inc l inado tanto que esté eomii le tamente fuera de la est r u c t u r a .
2 Si se e n c u e n t r a a lgo de | )etróleo en el punto de j i er forac ión cres ta l donde n o r m a l m e n t e se p e r f o r a , el c a m p o . s e de l imi tará jjor ])ozos de desarro l lo y el cré<lito del de.seu-
b r i m i e n t o no se d a r á a la ex i i lora -r a c i ó n h i d r o - d i n á m i c a .
3 U n c a m b i o loca l i m p r e v i s t o en p e r m e a b i l i d a d , o espesor , o u n a falla c e r c a n a , c a m b i a r á el g r a d i e n t e h i d r o d i n á m i c o d e t e r m i n a d o p o r el contro l r e g i o n a l de pres iones , y es te c a m b i o local imjirevis lo m o d i f i c a r á notab le m e n t e la i n c l i n a c i ó n del c o n t a c t o pet r ó l e o - a g u a y p o r c o n s i g u i e n t e aum e n t a r á los r iesgos de e x p l o r a c i ó n inherentes a la b ú s q u e d a de a c u m u lac iones con c o n t a c t o s i n c l i n a d o s ])e-t rób-o- a g u a .
4 M u c h a s de las r o c a s a l m a c e n a d o r a s t o m a d a s c o m o m e t a s p a r a la ex ] ) lorac ión de j )etróleo y g a s c o n tienen n u m e r o s a s b a r r e r a s de f lujo de a g u a , c o m o son fa l las , z o n a s de cementacicMi, c a m b i o s de fac i e s , zonas m á s de lgadas , d i s c o r d a n c i a s , e tc . . (fue ] ) roducen g r a d i e n t e s m u y fuertes en las j iar tes c o m p a c t a s y n o p r o duc t ivas , y g r a d i e n t e s m u y s u a v e s en las p a r l e s m á s g r u e s a s y p e r m e a b l e s qui' p r o d u c e n c o n t a c t o s p e t r ó l e o - a g u a casi hor i zonta le s . E s t e c a m b i o e s c a lonado de pres ión r e l a t i v a en el t íp ico y a c i m i e n l o s e m i - d e s c o n t i n u o o inter r u m p i d o , es la r a z ó n p o r la cual se o b s e r v a n c o n t a c t o s pe tr i i l eo -agua casi hor i zonta l e s en a l g u n a s i i r e a s que son f u e r t e m e n t e h i d r o - d i n á m i c a s .
U n uso e c o n ó m i c o i m p o r t a n t e del c o n cepto de y a c i m i e n t o s de p e t r ó l e o inclinados , es la e v a l u a c i ó n de r iesgos de e x p l o r a c i ó n q u e se e n c u e n t r a n en la p e r f o r a c i ó n de n u e v a s e s t r u c t u r a s q u e no han s ido p r o b a d o s antes . E s p e c i a l m e n t e en á r e a s n u e v a s no e x p l o r a d a s , se t iene que t o m a r i m a dec i s ión referente a c u á l de v a r i a s e s t r u c t u r a s se d e b e r á p e r f o r a r p r i m e r o . E l anál i s i s de la c o n f i g u r a c i ó n g e o m é t r i c a de c a d a e s t r u c t u r a , p a r a d e t e r m i n a r su to l eran-
M E X I C A N A D E G E Ó L O G O S P E T R O L E R O S 2>ì
ciíi a una g a m a ampl ia de jiosibles gradientes hidro-dinámicos , es lo más importante p a r a h a c e r esta selección. IMI cilgunos casos, b a r r e r a s de falla que c<irtan las l incas de flujo de agua son necesarias p a r a reducir el gradiente hidro-dinámico regional lo suficiente p a r a proteger luia es tructura de haber sido lavada. E l objeto es seleccionar aquellas cstrucluras , que o por su configuración o ])or su asociación con b a r r e r a s de flujo son las m á s probables de no haber sido lavadas por algún posible g r a diente h idro-dinámico .
D A T O S y i ' E S E R E Q U I E R E N
Los datos que se requieren p a r a realizar con éxi to estudios hidro-dinámicos son ex tremadamente variados . A veces los datos de presión de un solo pozo serán suficientes p a r a evaluar un jjros-¡leclo anticlinal c e r c a n o ; y, cii cambio , para evaluar otros prospectos se necesitarán datos de jnuchos pozos.
P a r a enfatizar la var iac ión en calidad y cant idad de datos necesarios p a r a esludios h i d r o d i n á m i c o s , podemos c i tar su analogía con trabajos .sísmicos. Antes., cuando se conf iguraban estructuras grandes, con flancos pronimciados. unos ruanlos puntos de tiro y equipo sísmico rudimentario eran adecuados. Sin embargo, conforme ha progresado la exploración .=e ha hecho necesario el refinamiento de los instrumentos y el incremento de punios de liro p a r a poder determinar es lrucluras mcTios | i r o n u n -
ciadas.
Igualmente, cuando se desea configurar la h idro-dinámica de una región muy amplia , unos cuantos valores de ¡iresión muy separados y de manómetros de presión muy rudimentarios pue-<len ser suficientes. Sin embargo , conf o r m e c rece la necesidad de mayor detalle, se necesitarán mayores y mejo
res datos. Como regla general, .se gana mucho haciendo la correlación aunque sea de una pequeña cantidad de datos de presión, con los datos geológic(js y geofísicos. Además, a medida que se van obteniendo y usando más datos di' j)resión, el valor de los estudios hidrodinámicos se incrementa muy rápidamente. E n suma, el mejoramiento de la lécnica de jiruebas de formación, hará ])osible la obtención de medidas más ])recisas tle las presiones tle formación. Estos nuevos datos más confiables harán más pract icas las evaluaciones cuantitativas por medio de la hidro-dinámica. Algunos de estos usos que ahora son [josibles con los dalos de ])resión dis-])onibles en la actualitlad. a veces son simplemente cualitativos debido a la li-mitacitm de los datos. Con datos precisos de presión, es posible la tleterminación cuantitativa v ¡irccisa <le:
Los niveles de contacto de
1 Gas-])etróleo, gas-agua y petróleo-agua en las |) rime ras etapas tic desarrollo de un campo.
2 L a determinación de la <'xi.stencia de la continuidad tic la fase-hidro-c a r i m r o entre dos pozos bastante separados que han rexclatlo la jire-sencia de h idrocarburos en una o más formaciones.
.3 L a determinación de si existe continuidad en la perm<'abilidad de un yatñmiento entre dos o más pozos en df)nde .se ha encontrado.
CONCLUSIONES
E s posible hacer numerosos esludios hidro-dinámicos, prácticos y de valor en la exploración petrolera, dependiendo de la disponibilidad y calidad de los dalos de presión de formacit'nL Aunque los
2 4 B O I , Í : T Í N D K L A A S O C I A C I Ó N
(ifrotos ch; la h i d r o - d i n á m i c a , c o m o la c a u s a de y a c i m i e n t o s ] )c troleros incl inados , <'s de lo m á s e s p e c t a c u l a r , y s iendo el aspec to de la h idro d i n á m i c a que m e j o r conocen la m a y o r í a de los geó logos; el reqi i ir imiento de datos en términos de geología , c o m o pres iones de f o r m a c i ó n , son tales que ésta es u n a di; sus a] ) l icac iones menos e fec t ivas en la e x p l o r a c i ó n . E n c a m b i o , los m u c h o s otros usos — c o n c e p t o s que c r e c i e r o n de los t r a b a j o s de desarrol lo e inves t igac ión re lac ionados con la e x p l o r a c i ó n p a r a
y a c i m i e n t o s i n c l i n a d o s — , t ienen un lugai i m p o r t a n t e en los p r o g r a m a s de ex])lo-r a c i ó n p e t r o l e r a hoy en d í a . E l u.' o prudente de es tudios h i d r o - d i n á m i c o s j u n t o c o n los es tudios g e o l ó g i c o s y geofísicos que n o r m a l m e n t e se h a c e n en un p r o g r a m a de e x p l o r a c i ó n , pueden y cond u c i r á n a un ] ) o r c i ' n t a j e de é x i t o más alto en la e x p l o r a c i ó n y c o n s e c u e n t e m e n t e a u n a r e d u c c i ó n en los cos tos del d e s c u b r i m i e n t o de pe tró l eo , q u e es la m e t a f inal de todas las c o m p a ñ í a s que hacen e x p l o r a c i ó n yietrolera.
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