Una Nube de Rayos Gamma Provee la Densidad de la Formación

4 Oilfield Review

Las cuestiones de salud, seguridad y medio ambiente incentivaron a las compañías

de servicios a buscar alternativas con respecto a las fuentes tradicionales de

adquisición de registros (perfilaje) utilizadas para la obtención de mediciones de

densidad de las formaciones. Recientemente, los científicos desarrollaron una

medición LWD confiable que utiliza un generador de neutrones pulsados similar a los

desplegados durante décadas en las herramientas de perfilaje operadas con cable.

Françoise AllioliValentin CretoiuMarie-Laure MauborgneClamart, Francia

Mike EvansSugar Land, Texas, EUA

Roger GriffithsPetaling Jaya, Malasia

Fabien HarangerChristian StollerPrinceton, Nueva Jersey, EUA

Doug MurrayAbu Dhabi, Emiratos Árabes Unidos

Nicole ReichelStavanger, Noruega

Traducción del artículo publicado en Oilfield Review Verano de 2013: 25, no. 2.Copyright © 2013 Schlumberger.Por su colaboración en la preparación de este artículo, se agradece a Doug Aitken, Sugar Land, Texas.EcoScope y NeoScope son marcas de Schlumberger.

Los registros de densidad de la formación hicie-ron su aparición a mediados de la década de 1950. En el año 1951, Henri Doll, un investigador cien-tífico de Schlumberger a quien se le atribuye el desarrollo de la medición de densidad y de muchas otras mediciones petrofísicas utilizadas en nues-tros días, obtuvo una patente por ese concepto. La herramienta de densidad de formación que ayudó a diseñar, utiliza una fuente de radioisóto-pos que emite rayos gamma y luego cuenta aque-llos rayos gamma que retornan a la herramienta después de atravesar la formación. Recientemente, se introdujo una nueva técnica que elimina la fuente tradicional de rayos gamma en las aplica-ciones de perfilaje durante la perforación (LWD).

Las herramientas de densidad eran conocidas originalmente como dispositivos de densidad gamma-gamma (GGD) porque los rayos gamma eran emitidos desde una fuente de perfilaje y luego la herramienta contaba los rayos gamma de retorno que pasaban a través de la formación.1 Si bien los instrumentos y componentes electrónicos utiliza-dos para el conteo de esos rayos gamma de retorno experimentaron cambios evolutivos durante la última mitad del siglo, la fuente de emisión sigue siendo un requerimiento fundamental para la adqui-sición de registros de la densidad de la formación.

Las herramientas tradicionales de medición de la densidad de la formación LWD y operadas con cable utilizan una fuente de cesio [137Cs] que emite rayos gamma.2 Para efectuar una medición estadísticamente precisa, se utiliza normalmente una intensidad de fuente de emisión de 63 giga-bequereles (GBq) o superior.3 Las herramientas

de densidad no son las únicas que utilizan fuen-tes de emisión para las mediciones petrofísicas. Las mediciones tradicionales del registro de porosidad-neutrón termal emplean fuentes de americio, berilio [241AmBe] para generar los neu-trones utilizados en la medición.

Las compañías de servicios realizan grandes esfuerzos para minimizar los riesgos asociados con la utilización de fuentes químicas. Estos dis-positivos deben ser manipulados con precaución para evitar problemas de salud, seguridad y medioambiente.4 En numerosas localizaciones de todo el mundo, se está desalentando o incluso pro-hibiendo el empleo de materiales de fuentes tradi-cionales. En respuesta a ello, las compañías de servicios han procurado desarrollar alternativas con respecto a las herramientas que requieren fuentes químicas.5 Los generadores de neutrones pulsados (PNGs) están reemplazando en forma creciente a las fuentes de neutrones 241AmBe, tanto en las aplicaciones LWD como en las herra-mientas operadas con cable.6

Los PNGs producen neutrones rápidos de alta energía utilizando un acelerador de partículas cargadas. Las colisiones inelásticas entre estos neutrones rápidos y Ios núcleos de varios átomos que se encuentran en los minerales y los fluidos de formación pueden llevar esos núcleos a un estado excitado. Generalmente, los núcleos retor-nan al estado fundamental mediante la emisión de uno o más rayos gamma. Estos rayos gamma forman una nube que puede actuar como una fuente distribuida en la formación. Los rayos gamma experimentan un proceso de atenuación

Una nube de rayos gamma provee la densidad de la formación durante la perforación

1. En este artículo, por fuente se entiende un dispositivo de radioisótopos utilizado en las herramientas de adquisición de registros petrofísicos, que emite radiaciones ionizantes.

2. El radioisótopo 137Cs tiene una vida media de 31,17 años y emite rayos gamma con un nivel de energía promedio de 662 keV.

3. Un becquerel o berquelio (Bq) es la actividad de una cantidad de material radioactivo con decaimiento de un núcleo por segundo. Previo a la adopción del Bq como unidad SI de medición estándar, la radioactividad se expresaba en curios (Ci). Un curio representa la radioactividad de 1 g del isótopo del elemento químico radio 226Ra. 1 GBq = 0,027027 Ci.

4. Evans M, Allioli F, Cretoiu V, Haranger F, Laporte N, Mauborgne M-L, Nicoletti L, Reichel N, Stoller C, Tarrius M y Griffiths R: “Sourceless Neutron-Gamma Density (SNGD): A Radioisotope-Free Bulk Density Measurement: Physics, Principles, Environmental Effects, and Applications,” artículo SPE 159334, presentado en la Conferencia y Exhibición Técnica Anual de la SPE, San Antonio, Texas, EUA, 8 al 10 de octubre de 2012.

5. Reichel N, Evans M, Allioli F, Mauborgne M-L, Nicoletti L, Haranger F, Laporte N, Stoller C, Cretoiu V, El Hehiawy E y Rabrei R: “Neutron-Gamma Density (NGD): Principles, Field Test Results and Log Quality Control of a Radioisotope-Free Bulk Density Measurement,” Transcripciones de 53o Simposio Anual de Adquisición de Registros de la SPWLA, Cartagena, Colombia, 16 al 20 de junio de 2012, artículo GGG.

6. Para obtener más información sobre los generadores de neutrones pulsados, consulte: Adolph B, Stoller C, Archer M, Codazzi D, el-Halawani T, Perciot P, Weller G, Evans M, Grant J, Griffiths R, Hartman D, Sirkin G, Ichikawa M, Scott G, Tribe I y White D: “Evaluación de formaciones durante la perforación,” Oilfield Review 17, no. 3 (Invierno de 2005/2006): 4–25.

7. La expresión sin fuentes indica que para esta medición no se utilizan fuentes de radioisótopos.

Volumen 25, no.2 55

a medida que viajan por la formación. Al igual que sucede con una fuente de radioisótopos, la atenuación de estos rayos gamma depende prin-cipalmente de la densidad de electrones de los materiales que conforman la formación.

Los científicos desarrollaron una técnica que se vale de la nube de rayos gamma distribuidos para computar la densidad de la formación, si bien tuvieron que desarrollar primero un método que modelara con precisión el transporte de rayos gamma desde la formación hasta uno o más detectores de una herramienta. La medición de la densidad volumétrica resultante es similar a la obtenida con una herramienta GGD, pero se basa en los rayos gamma inducidos por los neutrones. La densidad derivada con esta técnica se conoce como medición de rayos gamma, densidad y neutrón sin fuentes de radioisótopos (SNGD).

Este artículo presenta la teoría de las medi-ciones SNGD y analiza algunas de las ventajas de

una herramienta de densidad LWD sin fuentes.7 Los resultados de campo convalidan esta nueva técnica.

Tan bajo como sea razonablemente posibleLas fuentes tradicionales utilizadas para el análi-sis petrofísico se encuentran protegidas y aisla-das durante su transporte hacia y desde los equipos de perforación y se almacenan en blinda-jes que protegen al personal contra la exposición. Los recipientes de presión que alojan los elemen-tos radioactivos están fabricados con materiales diseñados para proteger las fuentes de los daños mecánicos y de la corrosión en el ambiente rigu-roso del pozo. Durante la inserción de una fuente en una herramienta de perfilaje, los trabajadores cumplen con prácticas de seguridad estrictas para eliminar la posibilidad de exposición. Cuando la herramienta se baja por debajo del piso de perforación, el riesgo potencial de exposi-

ción humana la acompaña. Las fuentes deben ser manipuladas con cuidado, pero cuando se respe-tan las precauciones de seguridad establecidas, el riesgo de exposición es bajo.

En los primeros días de la era nuclear, que coincidieron con el desarrollo de muchas de las herramientas utilizadas en el análisis petrofísico, las prácticas de seguridad relacionadas con las radiaciones se focalizaban en el tiempo, la distan-cia y el blindaje: minimizar el tiempo de exposición, conservar la máxima distancia razonable res-pecto de las fuentes de radiación y mantener barre-ras (blindaje) entre las personas y el material. Estos principios se siguen aplicando actualmente cuando se trabaja con fuentes tradicionales, y se han establecido límites de exposición para asegu-rar la salud y la seguridad de los trabajadores que manipulan estos materiales en forma rutinaria. Además, los trabajadores son monitoreados exhausti-vamente para determinar los niveles de exposición.

6 Oilfield Review

No obstante, las observaciones de los efectos a largo plazo que produce en los seres humanos la radiación proveniente de la detonación en la superficie de dispositivos nucleares, indujeron a los científicos a desarrollar una nueva metodología para abordar la exposición humana. El concepto tan bajo como sea razonablemente posible (ALARA) surgió como el estándar para los reguladores. Su objetivo, es decir eliminar la exposición donde y siempre que sea posible, impulsó a las compa-ñías de servicios a investigar alternativas con respecto a las fuentes tradicionales tales como 137Cs y 241AmBe. Un PNG es un ejemplo de alter-nativa a las fuentes tradicionales.8

Un PNG es un generador de partículas diminutas. El deuterio [2H] y el tritio [3H] se aceleran hacia un objetivo impurificado con tritio, y se liberan neutrones de alta energía (aproximadamente 14 MeV) (arriba). Si no están eléctricamente ener-gizados, los PNGs no emiten radiaciones externas.

Los científicos e ingenieros desarrollaron los pri-meros PNGs en la década de 1950. Desde enton-ces, estos dispositivos han sido adoptados para muchas aplicaciones de fondo de pozo, incluidas las herramientas de porosidad-neutrón, las herra-mientas de evaluación de formaciones en pozo entubado y los servicios de captura y espectrosco-pía inelástica.

Los PNGs surgieron como una alternativa via-ble a las fuentes de 241AmBe. En lo que respecta a las operaciones LWD, se han desarrollado turbo-generadores que suministran la energía eléctrica de fondo de pozo necesaria para operar los PNGs. Este avance permitió a los ingenieros de diseño incorporar los PNGs en aplicaciones tales como el servicio multifuncional de adquisición de registros durante la perforación EcoScope y la herramienta NeoScope.9 Los intentos para reem-plazar las fuentes de 137Cs de las herramientas GGD utilizadas para la obtención de mediciones

de la densidad de la formación, considerada por muchos geocientíficos uno de los parámetros más cruciales para la determinación cuantitativa de la porosidad de la formación, recién experimen-taron un éxito similar hace poco tiempo.

Los científicos no han podido reemplazar las mediciones dependientes de las fuentes de 137Cs por numerosos motivos. Uno de ellos es que no existe un generador de rayos gamma electrónico comparable y además el reemplazo de otras fuen-tes se consideraba una prioridad más acuciante. La vida media del 241AmBe es de 432 años, mucho más larga que la vida media del 137Cs de aproxima-damente 30 años. La actividad de una fuente de 241AmBe es mayor y además más difícil de blindar.10 Si una herramienta de perfilaje LWD se atasca en un pozo, los operadores deben asegurarse de que la fuente permanezca en su lugar, intacta y aislada durante cientos o incluso miles de años. La vida media más corta del 137Cs y su radiotoxicidad más baja no eliminan el riesgo pero, en comparación con el 241AmBe, existen menos posibilidades de que se registren consecuencias en el largo plazo.11

Para mitigar los riesgos asociados con las fuentes de 241AmBe, algunos operadores optaron por utilizar exclusivamente herramientas de porosidad-neutrón LWD y operadas con cable, basadas en el generador PNG, en vez de herra-mientas con fuentes tradicionales. Además, la perspectiva de que algunos países ordenen la eli-minación de todas las fuentes tradicionales cons-tituye una preocupación tanto para los operadores como para las compañías de servicios.

Otra de las razones de la demora en el reem-plazo de las fuentes utilizadas para las mediciones de densidad es que la densidad volumétrica resul-tante de las mediciones GGD constituye un pará-metro petrofísico bastante directo que ha sido aceptado por la comunidad de interpretación desde hace varias décadas. El reemplazo de las herramientas GGD por herramientas SNGD agrega una mayor complejidad e introduce ciertas dife-rencias en la física de las mediciones.12 En conse-

> Generador de neutrones pulsados (PNG). Los generadores PNG son aceleradores de partículas autónomos que producen neutrones utilizando una reacción de fusión. Un potencial de alto voltaje acelera los isótopos ionizados de deuterio y tritio del hidrógeno hacia un objetivo impurificado con tritio (extremo superior). La reacción de fusión (extremo inferior) se traduce en la producción de un núcleo de 4He y un neutrón. La energía de la reacción se transfiere a la energía cinética de las dos partículas y se convierte en calor cuando las partículas se detienen en la materia. Los neutrones abandonan la reacción con una velocidad muy alta, teniendo una energía cinética de aproximadamente 14 MeV del total de 17,6 MeV liberados. Cuando la alimentación principal se desconecta, el generador PNG no produce ningún neutrón.

Oilfield Review SPRING 13NeoScope Fig. 1ORSPG 13-NEOSCP 1

Objetivo

Suministrode alto voltaje

Controles

Alimentaciónprincipal

Interruptorde puesta en

marcha/detención

Fuente de iones

Generador de neutrones pulsadosn

Deuterio2H

Tritio3H 4He

Helion

Neutrón E (17,6 MeV)

nnp+

n np+

n np+ p++ + + Energía

cinética

> Herramienta de adquisición de registros LWD NeoScope y sus capacidades. Los ingenieros diseñaron la herramienta NeoScope (abajo) con diversas mediciones petrofísicas colocadas en un solo collar de 7,6 m [25 pies]. La tabla (arriba) resume las capacidades de la herramienta.


Generador deneutrones pulsados

Detector de flujode neutrones

Detector cercanode neutrones epitermalesDensidad-neutrón-rayos gamma Resistividad de arreglo

Calibrador ultrasónico dual

Impactos y vibraciones triaxiales

Rayos gamma azimutales

Inclinación cercana a la barrena

Presión anular durante la perforación

Porosidad-neutrón

Espectroscopía

Parámetro sigma Temperatura

Mediciones basadasen el generador PNG Otras mediciones

Detectores cercanosde neutrones termales

Detectores lejanosde neutrones termales

Detector de rayos gammacon espaciamiento corto

Detector de rayos gammacon espaciamiento largo

Volumen 25, no.2 7

cuencia, los científicos han invertido considerable tiempo y recursos para comprender la física invo-lucrada en la utilización de rayos gamma induci-dos para las mediciones de densidad. En el año 2005, los científicos e ingenieros de Schlumberger introdujeron los algoritmos necesarios para com-putar una medición SNGD y pudieron demostrar que era posible producir una medición de densi-dad sin fuentes químicas que replicara las medi-ciones de densidad de formación tradicionales. Siete años después, introdujeron la primera herra-mienta comercial de densidad y rayos gamma de la industria del petróleo y el gas basada en el gene-rador PNG. Esta herramienta proporciona medi-ciones de la densidad volumétrica de alta calidad, comparables con las de las herramientas GGD tradicionales. Dado que la técnica utiliza un generador PNG en lugar de una fuente tradicio-nal, la herramienta cumple con los objetivos ALARA.13

Algo más que la densidad Los científicos que desarrollaron el modelo SNGD trabajaron junto con los ingenieros para incluir este nuevo concepto de diseño en el servicio de evaluación de formaciones durante la perfora-ción sin fuentes químicas NeoScope. En la plata-

forma NeoScope se encuentran incorporadas seis mediciones petrofísicas —SNGD, porosidad-neu-trón, espectroscopía de captura elemental, pará-metro sigma, resistividad y rayos gamma naturales azimutales— colocadas en un solo collar relativa-mente corto (página anterior, abajo). La herra-mienta LWD NeoScope se encuentra ubicada generalmente cerca de la barrena y proporciona a los ingenieros de posicionamiento de pozos datos de geonavegación anticipados y precisos. El posi-cionamiento cerca de la barrena permite que la herramienta adquiera mediciones cuando la inva-sión del fluido de perforación todavía es mínima, lo que simplifica aún más el modelado y la interpreta-ción de los datos. Esto resulta especialmente impor-tante para las mediciones del parámetro sigma. La herramienta NeoScope también contiene senso-res para medir el tamaño del pozo, la presión y la temperatura anular, la inclinación del pozo cerca de la barrena, y los impactos y vibraciones triaxiales.

La herramienta NeoScope efectúa medicio-nes colocadas.14 Además de las mediciones colo-cadas y cercanas a la barrena, el diseño de la herramienta NeoScope ofrece otras ventajas; las mediciones SNGD poseen una profundidad de investigación (DOI) mayor que la de las herra-mientas GGD tradicionales y dependen menos del contacto con la pared del pozo para la obten-ción de mediciones exactas. Incluso, una separa-ción pequeña para las herramientas GGD puede traducirse en mediciones comprometidas, y la rugosidad del pozo siempre ha sido problemática para las herramientas tradicionales de medición de la densidad (abajo).

La medición SNGD se coloca con las otras mediciones basadas en neutrones y las medicio-nes de resistividad. Las sartas de perfilaje con-vencionales a menudo poseen herramientas independientes para cada medición. La coloca-ción de las mediciones reduce los efectos del movimiento irregular de la herramienta, que puede producir la desalineación de los puntos de referencia de la profundidad. Además, la coloca-ción simplifica la interpretación porque los sen-sores miden simultáneamente el mismo volumen de formación bajo idénticas condiciones estáti-cas y dinámicas.

El servicio NeoScope mide las propiedades petrofísicas basadas en neutrones, además de la densidad volumétrica. La mayor parte de los datos de porosidad-neutrón, históricos y obteni-dos con herramientas operadas con cable, provie-nen de herramientas que utilizan fuentes de 241AmBe; el servicio NeoScope provee una medi-ción comparable de neutrones termales. El índice de hidrógeno (HI) de la formación, que constituye la base del cálculo de la porosidad-neutrón, tam-bién es una medición de la herramienta. Las tasas de conteo de neutrones en los detectores cerca-nos y lejanos de helio-3 se utilizan para determinar el HI y la medición de la porosidad-neutrón termal. En comparación con la medición tradicional de la porosidad-neutrón termal, este HI basado en el generador PNG es menos sensible a las condicio-nes ambientales. El parámetro sigma —otro dato provisto por la herramienta NeoScope— es la sec-ción transversal macroscópica de captura de neu-trones termales de la formación. Se trata de una

>Mayor profundidad de investigación (DOI) de las mediciones SNGD. Las mediciones GGD tradicionales, tales como las obtenidas con las herramientas de densidad azimutal LWD, leen sólo a lo largo de una distancia de unas pocas pulgadas en la formación (izquierda, rojo) y poseen una apertura de medición estrecha (derecha). La rugosidad del pozo puede incidir negativamente en la calidad de la medición. Si bien la medición SNGD (verde) posee una DOI mayor, que se traduce en una medición menos sensible a la rugosidad y a la separación de la herramienta, carece de un componente azimutal.


0 2 4 6 8 10 12

0,2

0,4

0

0,6

0,8

1,0

Frac

ción

de

resp

uest

a

Profundidad en la formación, pulgadas

Densidadazimutal

Vistaen planta

Profundidadde investigación

Pozo

Volumen demediciones SNGD

Datos GGDDatos SNGD

8. Para obtener más información sobre las fuentes radioactivas utilizadas en las herramientas de perfilaje, consulte: Aitken JD, Adolph R, Evans M, Wijeyesekera N, McGowan R y Mackay D: “Radiation Sources in Drilling Tools: Comprehensive Risk Analysis in the Design, Development and Operation of LWD Tools,” artículo SPE 73896, presentado en la Conferencia Internacional sobre Salud, Seguridad y Medioambiente en la Exploración y Producción de Petróleo y Gas de la SPE, Kuala Lumpur, 20 al 22 de marzo de 2002.

9. Japan Oil, Gas and Metals National Corporation (JOGMEC), antes Japan National Oil Corporation (JNOC), y Schlumberger colaboraron en un proyecto de investigación para desarrollar la tecnología LWD que reduce la necesidad de utilizar fuentes químicas tradicionales. Diseñados en torno al generador de neutrones pulsados (PNG), los servicios NeoScope y EcoScope utilizan la tecnología resultante de este proyecto de colaboración. La herramienta PNG y la serie de mediciones integrales en un solo collar son los componentes clave de los servicios NeoScope y EcoScope que proveen tecnología LWD revolucionaria.

10. Las fuentes que emiten rayos gamma pueden ser blindadas utilizando plomo, aunque el plomo no constituye un blindaje efectivo para los neutrones. Los blindajes para las fuentes de neutrones generalmente contienen polietileno.

11. Aitken et al, referencia 8.12. En ciertas regiones, los operadores consideran la

medición de la anhidrita una convalidación de una calibración de herramientas correcta. Este valor —una densidad de 2,98 g/cm3— está fuera del rango de densidad de formación citado de las mediciones SNGD.

13. El generador PNG utilizado en la herramienta NeoScope contiene una pequeña cantidad —1,6 Ci— de tritio, un radioisótopo del hidrógeno. La vida media del tritio es de 12,3 años. El tritio se utiliza también en conjunto con el fósforo en las esferas de los relojes luminosos y en las señales de salida de los edificios.

14. Mediciones colocadas significa que las mediciones múltiples provienen del mismo punto de la herramienta o que provienen de la misma herramienta.

8 Oilfield Review

medición de la capacidad de la formación para capturar, o absorber, neutrones termales, y puede proporcionar un valor de saturación de fluido inde-pendiente de la resistividad en presencia de agua de formación salina. Los neutrones rápidos de alta energía son emitidos por la herramienta, son desa- celerados por las colisiones con los núcleos de los elementos de la formación —principalmente el hidrógeno— y luego son absorbidos por los átomos y moléculas receptivos. Después de absorber estos neutrones, se generan los rayos gamma de cap-tura que luego son contados por los detectores. La velocidad con la que los neutrones termales son captados depende de la sección transversal de captura —parámetro sigma— del elemento que los absorbe.

La sección transversal de captura del cloro, que es el absorbedor de neutrones más fuerte de los elementos comunes que se encuentran en el perfilaje de pozos, es más elevada que la del petróleo o el gas. Si se conocen la porosidad y la salinidad del agua de formación, se puede deter-minar la saturación de agua a partir del paráme-tro sigma. Dado que la medición se adquiere cerca de la barrena, es posible determinar el parámetro sigma en ausencia de invasión de fil-trado de lodo. Esto establece un punto de refe-rencia confiable para la comparación con los futuros registros sigma de pozo entubado.

Una ventaja adicional del valor de saturación de agua computado a partir de los datos sigma se pone de manifiesto cuando se adquieren regis-

cir neutrones cuando cesa la circulación, a menudo se permite que los operadores desvíen la trayectoria de un pozo en el que se ha perdido una herramienta sin fuentes.15

La naturaleza libre de radioisótopos del servi-cio NeoScope también resulta interesante en las extensiones productivas no convencionales por-que muchas de éstas se encuentran localizadas cerca de centros poblacionales, en los que el público está precavido acerca de la existencia de fuentes tradicionales. Con el servicio NeoScope no existe ninguna fuente tradicional, lo que eli-mina por completo su transporte y manipulación en la localización del pozo. Además, el servicio NeoScope proporciona imágenes de rayos gamma naturales en tiempo real para direccionar el pozo, datos de registros tipo triple-combo para el análisis petrofísico e información litológica espectroscó-pica para evaluar con precisión la calidad prospec-tiva, pero no despierta la conciencia pública acerca de la presencia de fuentes radioactivas.

> Difusión Compton de rayos gamma. En el caso de las herramientas tradicionales de medición de la densidad (izquierda), los rayos gamma son emitidos por una fuente y luego interactúan con la formación principalmente de tres maneras. La difusión Compton (derecha) es la interacción más importante relacionada con las mediciones de la densidad volumétrica. La producción de pares y el efecto fotoeléctrico (no mostrados) son las otras dos interacciones. En la mayoría de las situaciones de perfilaje de pozos, la magnitud de la difusión Compton está relacionada con la densidad de electrones de los átomos que componen los minerales y fluidos de la formación. La densidad de electrones está directamente relacionada con la densidad volumétrica. La densidad volumétrica de la formación se computa a partir del número de rayos que se desplazan desde la fuente, a través de la formación y de regreso a los detectores. La densidad más alta se traduce en menos rayos gamma de retorno en comparación con las mediciones obtenidas en formaciones de densidad más baja.

Rayo gammadispersadoRayo gamma incidente

Fuente nuclear

Detectores

FormaciónRayos gamma

Difusión Compton

e–


Rayo gammadispersadoRayo gamma incidente

Fuente nuclear

Detectores

FormaciónRayos gamma

Difusión Compton

e–


> La vida de un neutrón. Tanto las fuentes electrónicas como las fuentes tradicionales emiten neutrones rápidos de alta energía. Los neutrones de la fuente electrónica PNG utilizada en la herramienta NeoScope poseen una energía cinética inicial de aproximadamente 14 MeV, pero en unos pocos microsegundos alcanzan el nivel de energía termal (aproximadamente 0,025 eV). Durante esos primeros microsegundos, antes de que la energía cinética de los neutrones caiga por debajo de aproximadamente 1 MeV, los neutrones experimentan colisiones inelásticas que producen rayos gamma. Éstos son los rayos gamma utilizados para el procesamiento SNGD. Transcurridos varios microsegundos, los neutrones alcanzan el nivel de energía termal y finalmente son capturados. Los átomos de captura generan rayos gamma para retornar al estado fundamental.


Fuente electrónica Energía alta

Energía epitermal

Energía intermedia

Fuente tradicional

Energíaneutrónicaque emitela fuente

Regióninelástica

Neutrones conenergía termal

Rayo gammade captura

emitido

Energíatermal

promedio0,025 eV

102

104

106

100

200 40010–2

Ener

gía

neut

róni

ca, e

V

Tiempo, μs

tros en pozos de alto ángulo. Cuando los pozos horizontales y de alto ángulo atraviesan o se apro-ximan a planos de estratificación con contrastes de resistividad, las mediciones de resistividad a menudo exhiben lecturas anómalas. Dado que los datos sigma no son afectados de manera similar por los límites de las capas, las mediciones de saturación computadas a partir de dichos datos pueden ser más precisas que los cálculos tradi-cionales basados en la ecuación de Archie.

En la medición SNGD no se encuentra incluida la medición del factor fotoeléctrico (PEF). Las herra-mientas de densidad convencionales incluyen este indicador de la litología para inferir la matriz de la roca; un dato crucial para el cálculo de la porosidad a partir de la densidad. Si bien el factor PEF no se obtiene con la nueva técnica, la herra-mienta NeoScope provee datos de espectroscopía de captura de neutrones que brindan información de la composición elemental de la formación. Estos datos ofrecen a los petrofísicos una deter-minación más confiable y precisa de la litología que las mediciones PEF.

Los impulsores más importantes para el desa-rrollo de una herramienta de medición de la den-sidad sin fuentes químicas fueron los problemas ambientales y de seguridad. En ciertas áreas del mundo, las regulaciones impiden que los perfora-dores reingresen en un yacimiento en el que se ha dejado una fuente tradicional en un arreglo de perforación atascado. Dado que los generadores PNG se encuentran inactivos y no pueden produ-

Volumen 25, no.2 9

15. En 1999, la Comisión Reguladora Nuclear de EUA (NRC) modificó el reglamento existente para exceptuar los generadores PNG de los procedimientos de abandono de pozos aplicados a las fuentes de radioisótopos. Para obtener más información, consulte: NRC: “Regulatory Analysis of Energy Compensation Sources for Well Logging and Other Regulatory Clarifications—Changes to 10 CRF Part 39,” Oficina de Seguridad Nuclear y Salvaguardias (Diciembre de 1999), http://pbadupws.nrc.gov/docs/ML0036/ML003690515.pdf (Se accedió el 29 de abril de 2013).

16. La difusión Compton se produce cuando un rayo gamma choca con un electrón, transfiriendo parte de su energía al electrón, a la vez que se dispersa con una energía reducida. La difusión Compton depende de la densidad de electrones del material. A medida que se incrementa la densidad de electrones, aumenta la atenuación de la energía de rayos gamma.

17. Los generadores PNG emiten neutrones rápidos con una energía cinética de aproximadamente 14 MeV. Los neutrones termales poseen una energía cinética de aproximadamente 0,025 eV a temperatura ambiente.

18. Weller G, Griffiths R, Stoller C, Allioli F, Berheide M, Evans M, Labous L, Dion D y Perciot P: “A New Integrated LWD Platform Brings Next-Generation Formation Evaluation Services,” Transcripciones del 46o Simposio Anual de Adquisición de Registros de la SPWLA, Nueva Orleáns, 26 al 29 de junio de 2005, artículo H.

Nada simpleLa física de las mediciones de densidad de la for-mación con las herramientas GGD es relativa-mente directa. A medida que el 137Cs de una fuente de perfilaje típica se desintegra, emite aproximadamente 5,0 × 1010 rayos gamma/s (RGs/s). Estos RGs interactúan con los electro-nes de los átomos presentes en la formación en varias formas, pero fundamentalmente mediante la difusión Compton (página anterior, izquierda).16 Estas interacciones hacen que la mayor parte de los RGs sean absorbidos por la formación, pero algunos retornan a los detectores de la herra-mienta localizada a una distancia fija de la fuente. Las mediciones de densidad de la formación son calculadas a partir del número de rayos gamma que viajan desde la fuente hasta los detectores.

A partir del haz original de RGs emitidos por la fuente, una pequeña fracción de los rayos gamma dispersados —entre unos cientos y más de 10 000 RGs/s— llega a los detectores. Las rocas de alta densidad con poca porosidad hacen que retornen a la herramienta menos RGs que las rocas porosas rellenas con agua, petróleo o gas.

La producción de rayos gamma también puede variar entre una fuente y otra. Como compensa-ción por las diferencias en las eficiencias de las fuentes y detectores individuales, cada herra-mienta es calibrada con respecto a una referencia fija de modo que la herramienta proporciona el valor correcto de densidad de fondo de pozo.

Como se indicó previamente, los ingenieros han logrado desarrollar herramientas que reem-plazan la fuente de 241AmBe por herramientas basadas en el generador PNG tanto para las mediciones de la porosidad-neutrón como para

Los generadores PNG generan neutrones de alta energía en estallidos cortos. Los neutrones abandonan la herramienta e interactúan con los diversos elementos de las rocas y los fluidos de for-mación. Las interacciones que producen el mayor efecto son fundamentalmente las colisiones elásti-cas con núcleos de hidrógeno (página anterior, derecha). Con las sucesivas colisiones, los neutro-nes iniciales de alta energía se desaceleran y alcanzan el nivel de energía termal.17 Las herra-mientas de medición de la porosidad-neutrón ter-mal cuentan el número de neutrones termales que llegan de regreso a la herramienta; a partir de esta tasa de conteo, se computa la medición tradi-cional de la porosidad-neutrón termal.18

No todas las colisiones son elásticas. Inme-diatamente después del estallido inicial de neu-trones del generador PNG, pero antes de que los neutrones alcancen el nivel termal, se producen colisiones inelásticas entre los neutrones rápidos y los núcleos atómicos de la formación (abajo).

las mediciones derivadas del registro de espec-troscopía de captura elemental. La búsqueda de una medición de densidad de alta calidad, sin radioisótopos, ha sido más elusiva debido a la falta de emisores de rayos gamma electrónicos análogos a los generadores PNGs para reempla-zar el 137Cs. A fin de superar este obstáculo, los científicos de Schlumberger adaptaron algunos de los principios utilizados para las mediciones basadas en neutrones, tales como la medición del parámetro sigma y la medición obtenida con la técnica de espectroscopía, para desarrollar las mediciones SNGD.


Rayo gammade captura

Rayos gammainelásticos

Neutrónlento

Núcleo excitado

Núcleoexcitado

Dispersión inelásticade neutrones

Captura de neutrones

n

n

n

> Interacciones entre neutrones. Las interacciones neutrónicas pertinentes a la adquisición de registros petrofísicos pueden dividirse en tres categorías: dispersión inelástica (extremo superior), dispersión elástica (no mostrada) y captura (extremo inferior). Los rayos gamma inelásticos son generados por la interacción de un neutrón rápido —generalmente con una energía de más de 1 MeV— con un núcleo. La interacción eleva el núcleo a un estado excitado, el neutrón emerge con menos energía y se emite uno o más rayos gamma. Entre los rayos gamma inelásticos se cuentan también aquéllos que siguen una reacción nuclear de alta energía, tal como una reacción en la que el neutrón choca con una partícula —tal como una partícula alfa, un protón o un segundo neutrón— proveniente del núcleo. En la dispersión elástica, el neutrón rebota contra el núcleo sin inducirlo a un estado excitado. La única pérdida de energía es la de la energía cinética impartida al núcleo en el que tiene lugar la dispersión. La dispersión elástica a partir del hidrógeno, el mecanismo esencial que subyace la medición de la porosidad-neutrón, es el resultado de la colisión entre partículas de masa equivalente —neutrones y protones— que produce la máxima pérdida de energía. La reacción de captura de neutrones, en la que un neutrón puede ser absorbido por un núcleo, predomina con la energía neutrónica baja. Como resultado de ello, el núcleo absorbedor queda en un estado excitado y la desexcitación resultante es acompañada por la emisión de rayos gamma.

10 Oilfield Review

Las colisiones inelásticas hacen que algunos núcleos atómicos se exciten y emitan uno o más RGs a medida que retornan al estado fundamental. Los científicos pueden utilizar el espectro de ener-gía de los RGs inelásticos para identificar elemen-tos, tales como carbono, oxígeno, sílice, calcio, hierro y azufre. Los ingenieros utilizan los porcen-tajes volumétricos de estos elementos para el cóm-puto de la litología y ésta constituye la base de las mediciones de espectroscopía de neutrones. El espectro de energía de los rayos gamma inelás-ticos también constituye la base de las herra-mientas que miden la relación carbono/oxígeno, que se utilizan para identificar las zonas hidro-carburíferas en los pozos entubados.

Durante el breve período de colisiones inelásti-cas, se forma una nube de RGs (abajo). Esta nube generada artificialmente emite alrededor de 108 RGs/s, aproximadamente dos órdenes de magnitud menor que el número emitido por una

fuente de 137Cs típica. No obstante, los científicos determinaron que existen suficientes RGs produ-cidos para funcionar en forma similar a la de una fuente tradicional. La nube de RGs tiene una vida corta porque los neutrones que la generan cho-can con otros núcleos, se desaceleran rápida-mente hasta alcanzar el nivel de energía termal y subsiguientemente son capturados.

En el número de rayos gamma que resultan de las colisiones inelásticas y llegan a los detectores desde la nube de RGs inciden tres factores: el transporte de neutrones rápidos desde el genera-dor PNG hasta el punto en el que se producen los RGs inelásticos dentro de la formación, el trans-porte subsiguiente de los RGs desde su origen de regreso hasta los detectores de la herramienta, y la densidad de electrones de la formación. Los RGs generados en la formación por las interacciones inelásticas se mueven rápidamente a través de ésta, interactuando en forma similar a los RGs generados por una fuente de radioisótopos, y son atenuados por las colisiones con los electrones de la formación, principalmente a través de la difu-sión Compton (derecha). Si se caracterizan correctamente, los conteos del detector son utili-zados para computar la densidad de electrones, que a su vez se utiliza para computar la densidad volumétrica de la formación.19

Si sólo hubiera RGs inelásticos presentes, la caracterización sería más fácil de ejecutar; no obstante, existe otra fuente importante de RGs que complica la medición. Los neutrones rápidos finalmente se convierten en neutrones termales y son capturados por los átomos de la formación. Los núcleos que capturan los neutrones termales emiten RGs para retornar a un estado de energía estable en forma similar a la emisión de RGs resultantes de las colisiones inelásticas. La den-sidad de población de los neutrones termales dis-ponibles para ser capturados se relaciona directamente con el número de átomos de hidró-geno presentes en la formación. En un ambiente típico de fondo de pozo, el elemento con mayor probabilidad de absorber neutrones termales es el cloro [Cl], cuya densidad numérica está relacio-nada con la salinidad de los fluidos de formación. Las mediciones SNGD se basan en los RGs genera-dos por las colisiones inelásticas. Para computar correctamente el valor de la densidad volumétrica, se deben cuantificar y eliminar de las mediciones las contribuciones de los RGs de captura resul-tantes de la captura de neutrones.20

Los ingenieros también deben dar cuenta de la variabilidad de la intensidad inicial de la

fuente. La salida de una fuente tradicional puede variar, dependiendo de la edad y del nivel de acti-vidad del radionúclido, pero es bastante cons-tante y su cambio con el tiempo es predecible. La calibración de las herramientas GGD da cuenta de la variabilidad entre las eficiencias de las fuentes y el detector mediante la corrección con respecto a un valor de referencia conocido. La salida de un generador PNG no es igualmente predecible y puede variar a lo largo de períodos cortos e incluso entre estallidos. En la herra-mienta NeoScope, un lazo de control ajusta el generador PNG para mantener una salida prome-


PNG

Volumen dela fuente de

rayos gammainelásticos

Volumen dela dispersióninelástica derayos gamma

Detector de neutrones

Dispersióninelástica

Detector de rayos gamma


Densidad de la formación, g/cm3

Respuesta del detector con espaciamiento largo

Transporte derayos gamma

Transportede neutrones

Tasa

de

cont

eo d

e ra

yos

gam

ma

inel

ástic

os, c

onte

os/s

> Nube de rayos gamma inelásticos. El generador PNG genera neutrones que se desplazan lejos de la fuente y chocan inelásticamente con los átomos de la formación (sombreado azul). Estas colisiones hacen que se forme una nube de rayos gamma inelásticos (sombreado verde). Algunos de estos rayos gamma retornarán a la fuente y serán contados por los detectores.

> Transporte nuclear y respuesta del detector con espaciamiento largo. La respuesta del detector de rayos gamma con espaciamiento largo (negro) es determinada en gran medida por el transporte de neutrones (azul) y de rayos gamma (rojo). El transporte de neutrones está relacionado con las interacciones de los neutrones con los núcleos atómicos de la formación. Los rayos gamma inelásticos son producidos durante la dispersión inelástica de neutrones rápidos. La dispersión elástica, que se produce principalmente cuando los neutrones chocan con los núcleos de hidrógeno, reduce la energía de los neutrones rápidos por debajo del valor umbral para la producción de rayos gamma inelásticos. Por consiguiente, con el incremento de la densidad de la formación (porosidad más baja), existen menos núcleos de hidrógeno disponibles para la dispersión elástica y, en consecuencia, más neutrones rápidos disponibles para la producción de rayos gamma inelásticos. El transporte de rayos gamma y el número de conteos de rayos gamma inelásticos se reducen con el incremento de la densidad de la formación porque la mayor densidad de electrones proporciona más oportunidades para las interacciones de los rayos gamma y la reducción de la energía.

Volumen 25, no.2 11

dio constante, y la herramienta está provista de un detector en el generador PNG para determi-nar la producción de neutrones y compensar las variaciones.

Para proporcionar la precisión especificada de 0,025 g/cm3 para la medición de densidad, el

modelo SNGD utiliza una combinación de res-puestas de múltiples detectores y requiere una calibración compleja y exigente. Dicha calibra-ción consiste en correlacionar las tasas de conteo medidas con cada uno de los detectores de la herramienta, en el mismo ambiente, con la herra-

mienta de referencia. Con estos fines, los ingenie-ros diseñaron un nuevo tanque de calibración que permite la obtención de mediciones a través de un amplio rango de tasas de conteo (izquierda).

Las incertidumbres observadas en las medi-ciones derivadas de los registros de fondo pozo surgen de la medición principal, las correcciones aplicadas y la conversión de los parámetros medi-dos en propiedades de la formación. Para mitigar estas incertidumbres, el servicio NeoScope está provisto de un sistema de control de calidad que comienza con el hardware general del sistema de herramientas y sigue con las funciones específi-cas de los sensores, las mediciones de los senso-res individuales y las mediciones integradas que pueden involucrar múltiples respuestas de los sensores individuales (abajo). El último paso del proceso es el control de calidad de las respuestas integradas finales que pueden utilizar múltiples mediciones.

Las consideraciones de los controles de cali-dad individuales que pueden incidir en la preci-sión incluyen la funcionalidad de los sensores y del hardware, los valores de densidad dentro del rango de 1,7 a 2,9 g/cm3 de las mediciones SNGD y la separación de la herramienta. Por otra parte, los controles de calidad ambiental abarcan el tamaño del pozo, la desviación, la ROP y la natura-

19. Reichel et al, referencia 5.20. Los neutrones epitermales poseen un rango de energía

que oscila entre 0,02 eV y 10 keV a temperatura ambiente.

>Mediciones con múltiples entradas y múltiples salidas. La porción nuclear de la herramienta NeoScope (izquierda) utiliza un solo generador PNG para generar neutrones, pero las respuestas de los múltiples detectores son integradas para producir mediciones específicas. Por ejemplo, los datos sigma son derivados de los detectores cercanos de neutrones termales, de rayos gamma con espaciamiento corto y de rayos gamma con espaciamiento largo. Los datos SNGD, la medición más compleja de la herramienta NeoScope, se computan principalmente utilizando los conteos del detector de rayos gamma con espaciamiento largo, pero para proporcionar una respuesta final precisa se requieren los datos de entrada del monitor de neutrones, el detector cercano de neutrones epitermales, los detectores de rayos gamma con espaciamiento largo y los detectores lejanos de neutrones termales. El diagrama de flujo (derecha) sigue las correcciones aplicadas para obtener la información de densidad final.


Detector de rayos gamma con espaciamiento largo

Corrección aplicada a la salida dela fuente (monitor de neutrones)

Corrección aplicada al transporte de neutrones (detectorescercano de neutrones epitermales y lejano de neutrones termales)

Corrección aplicada al detector lejano de neutrones(detectores de rayos gamma con espaciamiento corto y largo)

Corrección aplicada a los datos sigma

Datos de salida SNGD

PNG

Monitor de neutrones

Detector cercano de neutrones epitermalesDetector cercano de neutrones termales

Detector lejano de neutrones termales

Detector de rayos gammacon espaciamiento corto

Detector de rayos gammacon espaciamiento largo

Datos de entrada sigma

Datos de entradade espectroscopía

Datos de entrada dela porosidad-neutrón

Datos de entrada dedensidad-rayos gamma-neutrón

> Dispositivo de calibración NeoScope. Un mecanismo de calibración especial fue desarrollado específicamente para la herramienta NeoScope. En un tanque lleno de agua, se obtienen cuatro mediciones utilizando una camisa de calibración y un canal de lodo simulado. Con el PNG en funcionamiento, las respuestas se miden en cuatro configuraciones: camisa elevada, canal de lodo lleno de aire (1); camisa elevada, canal de lodo lleno de agua (2); camisa bajada, canal de lodo lleno de agua (3); y camisa bajada, canal de lodo lleno de aire (4). Estas cuatro mediciones permiten computar las ganancias y las desviaciones de la calibración y proporcionan controles de calidad para la verificación de la herramienta.


Tanque de calibración NeoScope

1 2 3 4

Camisa decalibración de aluminio

Agua

HerramientaNeoScope

Canalde lodo

Detectores

Camisa decalibración

12 Oilfield Review

leza arcillosa de la formación, que pueden afectar la precisión de las mediciones (arriba). Los indi-cadores se combinan para conformar un rótulo de control de calidad de las mediciones. Un rótulo verde indica que la medición es exacta y se encuen-tra dentro de los límites especificados. Un rótulo amarillo indica que es probable que la medición se encuentre dentro de su rango especificado, pero puede requerir una interpretación posterior. Un rótulo rojo significa que la medición se encuentra fuera de los parámetros de precisión especificados. Estos valores de los rótulos de cali-dad son cruciales para comparar la precisión de las mediciones GGD y SNGD.

Pruebas de campo y otras cuestionesLas pruebas de campo para las mediciones SNGD consistieron en comparar dichas mediciones con las mediciones GGD utilizando una herramienta modi-ficada que permitió a los ingenieros adquirir ambas mediciones simultáneamente en el mismo pozo, utilizando el mismo arreglo de fondo. Los objetivos de las pruebas de campo incluyeron el perfilaje en:• formaciones de areniscas, calizas y dolomías

limpias• anhidritas• lutitas• yacimientos de gas e hidrocarburos livianos• pozos de gran diámetro• pozos desviados y verticales.

Los científicos compararon las mediciones GGD, consideradas como referencia, con los resulta-dos de las mediciones SNGD y dieron cuenta de las diferencias y las limitaciones de ambas mediciones. Los criterios de aceptación de las pruebas se basaron en una evaluación sistemática de ambas mediciones, y un análisis final se basó en una serie de criterios de interpretación numéricos.21

El error máximo aceptable, cuando se compa-ran dos mediciones independientes, equivale a la suma de sus precisiones individuales. En este

caso, el error aceptable para las dos mediciones es de 0,040 g/cm3 en las formaciones limpias y de 0,060 g/cm3 en las lutitas.22 Los datos de las herra-mientas combinadas fueron representados gráfica-mente, lo que permitió a los ingenieros cuantificar cualquier desviación respecto de una concordan-cia perfecta.

Por otra parte, los científicos debían conside-rar las condiciones existentes en cada pozo ya que podrían incidir en las comparaciones entre las mediciones GGD y SNGD. Estas condiciones inclu-yeron la invasión de filtrado, la presencia de gas o hidrocarburos livianos que pueden cambiar con el tiempo y diversas condiciones de perforación, tales como la densidad del lodo, las variaciones de

los fluidos y los cambios de la ROP. Si la existencia de una gran discrepancia entre las dos mediciones se explicaba por los efectos ambientales, la prueba se consideraba aceptable. Todas las pruebas fue-ron llevadas a cabo en pozos de 81⁄2 pulgadas.

En una prueba de campo del servicio NeoScope, el operador perforó un pozo con una inclinación promedio de 60° a través de un yacimiento de are-nisca, utilizando un lodo a base de agua (WBM) cuya densidad era de 1,26 g/cm3 [10,5 lbm/galón US]. El registro calibrador indicó que el pozo se en- contraba en calibre, y no se requirió corrección alguna de los datos GGD. Además, los datos GGD no indicaron la existencia de efectos azimutales significativos. El parámetro sigma estuvo dentro de un rango que indicó una corrección mínima de las mediciones SNGD. En la sección hidrocarbu-rífera de la formación, el registro de resistividad mostró cierto grado de invasión (próxima página). Debido a la diferencia en sus profundi-dades de investigación, los datos de salida SNGD y GGD fueron levemente diferentes en esta zona. Por el contrario, estas mediciones resultaron casi idénticas en una sección acuífera no invadida de la formación. Los datos SNGD se encontraron dentro de los límites de precisión en todo el pozo (abajo).

> Especificaciones para las herramientas SNGD y GGD.


SNGD GGD

Exactitud

Capacidad de la imagen No Sí

• Arenisca, caliza y dolomía limpias 0,025 g/cm3 0,015 g/cm3

• Lutita 0,045 g/cm3 0,015 g/cm3

• Sal No corresponde 0,015 g/cm3

Profundidad de investigación 25 cm [10 pulgadas] 10,2 cm [4 pulgadas]

Resolución axial 89 cm [35 pulgadas] 36 cm [14 pulgadas]

• Anhidrita No corresponde 0,015 g/cm3

Precisión con una ROP de 61 m/h [200 pies/h] 0,018 g/cm3 0,006 g/cm3

Rango de densidad 1,7 a 2,9 g/cm3 1,7 a 3,05 g/cm3

21. Reichel et al, referencia 5.22. Theys P: Log Data Acquisition and Quality Control. París:

Editions Technip, 2da edición, 1999.


2,2 2,4 2,6 2,8 3,02,0

2,2

2,4

2,0

2,6

2,8

3,0

Dato

s GG

D, g

/cm

3

Datos SNGD, g/cm3

Datos dentro de toleranciaDatos en el límite de tolerancia

> Comparación de gráficas de interrelación. Los datos de densidad obtenidos con una herramienta GGD fueron comparados con los datos obtenidos con una herramienta SNGD; los datos están codificados con colores según el valor de su rótulo de calidad. Existe una buena concordancia entre ambos cuando los datos SNGD se encuentran dentro de la tolerancia. Los datos se alinean bien a lo largo del eje ideal y se rotulan con verde. Los efectos de la invasión comienzan a producirse en el rango de menor densidad con un valor de 2,3 g/cm3 aproximadamente. La dispersión de los puntos de medición en torno a la línea ideal se atribuye a las diferencias de la resolución axial de las dos mediciones mientras se atraviesan varias capas con grandes ángulos de desviación.

Volumen 25, no.2 13


pulgadas8 10

0 150

X10

X20

X30

X40

X50

X60

X70

0

0,2 2 000 1,9 2,9g/cm3

g/cm3

1,9 2,9g/cm3

0 u.c. 50

1,9 2,9g/cm3

1,9 2,9g/cm3

1,9 2,9g/cm3

ohm.m

0,02 200ohm.m

500RPM

40 –15%ºAPI

Rayos gamma

Rotacióndel collar

Prof., pies

Desviación

Cambio de fase de 16 pulgadasDensidad volumétrica,

cuadrante superiorPorosidad-neutrón

(termal)Densidad, cuadrante

superior

Densidad volumétrica

Densidad-neutrón

Densidad derivadade la imagen

Parámetro sigma

Cambio de fase de 22 pulgadas




Calibrador ultrasónico

Rótu

los d

e ca

lidad

Arcilla

Arenisca

Agua

Pirita

–0,8 0,2g/cm3

Correcciónde densidad

1,7 2,7

Imagen de densidad

0 90gradospulgadas8 10

Calibrador de densidad

Derrumbe

Revoque de filtraciónAtenuación de 16 pulgadas

Atenuación de 22 pulgadas




Resistividad

1,9 2,9g/cm3

Densidad, derecha

1,9 2,9g/cm3

Densidad, izquierda

1,9 2,9g/cm3

Densidad,cuadrante inferior

1,9 2,9g/cm3

Densidad promedio

Datos de densidadvolumétrica delos cuadrantes

> Comparación de la densidad en una zona de petróleo invadida. El intervalo comprendido entre X10 y X40 pies corresponde a una arenisca petrolífera con invasión de filtrado de lodo. La invasión es indicada por la separación de las curvas de resistividad (carril 2, sombreado azul). La arenisca por debajo de X60 pies (sombreado rojo) se encuentra rellena con agua, y la falta de separación indica una invasión escasa a nula. En este pozo se corrió la herramienta NeoScope; junto con una herramienta LWD GGD convencional. La imagen de la densidad (carril 3) indica un yacimiento bastante uniforme, al igual que la litología computada a partir de los datos de espectroscopía (carril 6). Los datos de densidad de los cuadrantes (carril 5) se superponen entre sí a través de las dos secciones, como cabría esperar con las condiciones de pozo de alta calidad. Existe una concordancia excelente entre la densidad tradicional (carril 4, rojo) y la densidad NeoScope (negro), aunque se observa una diferencia leve entre los dos conjuntos de datos en el intervalo petrolífero como consecuencia de la invasión. Estos datos se superponen con los datos de la porosidad-neutrón termal (azul) en las rocas limpias rellenas con agua o con petróleo. (Adaptado de Reichel et al, referencia 5.)

14 Oilfield Review

En otra prueba de campo llevada a cabo en una formación de caliza, en el centro de pruebas de Schlumberger en Cameron, Texas, EUA, los inge-nieros perforaron un pozo con una inclinación pro-medio de 25° utilizando un WBM de 1,13 g/cm3 [9,4 lbm/galón US] de densidad (arriba). El regis-tro calibrador indicó un ensanchamiento del pozo

en la sección superior del registro. En las zonas en las que el rótulo de control de calidad de las medi-ciones SNGD era amarillo, existían diferencias significativas entre los datos SNGD y los datos GGD. La corrección de la densidad en los datos GGD osciló generalmente entre 0,1 y 0,15 g/cm3, lo que normalmente no es indicativo de una cali-dad de datos comprometida resultante de la rugosidad del pozo, si bien los datos de densidad de los cuadrantes mostraron claramente los efec-tos del ensanchamiento del pozo.

El análisis de estos dos registros destacó el valor de la mayor profundidad de investigación (DOI) de las mediciones SNGD. Los datos SNGD

fueron corregidos por efectos de pozo, y debido a la mayor DOI de la herramienta NeoScope, se vieron menos afectados por las variaciones producidas en el ambiente de la región vecina al pozo. En las for-maciones limpias, la curva SNGD sigue la curva de porosidad-neutrón termal como se prevé. Los datos SNGD parecen más confiables que la medición GGD tradicional.

Un operador de Medio Oriente probó el nuevo diseño SNGD en cuatro ambientes.23 La herra-mienta NeoScope fue corrida en un yacimiento de alto ángulo con una alta saturación de gas per-forado con lodo no acuoso, un yacimiento con una alta saturación de gas perforado con WBM, un

23. Atfeh M, Al Daghar KA, Al Marzouqi K, Akinsanmi MO, Murray D y Dua R: “Neutron Porosity and Formation Density Acquisition Without Chemical Sources in Large Carbonate Reservoirs in the Middle East—A Case Study,” Transcripciones de 54o Simposio Anual de Adquisición de Registros de la SPWLA, Nueva Orleáns, 22 al 26 de junio de 2013, artículo KKK.


X10

X20

X30

Rótu

los d

e ca

lidad

Arcilla

Arenisca

Carbonatopulgadas8 10

0 150°API

Rayos gamma


pulgadas8 10

Calibrador de densidad

Derrumbe

Revoque de filtración

0 500RPM

Rotacióndel collar

Prof., pies

Desviación

0 90grados

0,2 2 000ohm.m

0,02 200ohm.m











Resistividad

1,9 2,9g/cm3

1,9 2,9g/cm3

40 –15%

Porosidad-neutrón(termal)


Densidad-neutrón

–0,8 0,2g/cm3

Corrección de densidad

1,9 2,9g/cm3

1,9 2,9g/cm3

1,9 2,9g/cm3

g/cm3

0 u.c. 50

Densidad volumétrica,cuadrante superior

Densidad volumétrica,cuadrante inferior

Densidad derivadade la imagen

Parámetro sigma

1,7 2,7

Imagen de densidad

1,9 2,9g/cm3

Densidad,cuadrante superior

1,9 2,9g/cm3

Densidad, derecha

1,9 2,9g/cm3

Densidad, izquierda

1,9 2,9g/cm3

Densidad,cuadrante inferior

1,9 2,9g/cm3

Densidad promedio

Datos de densidadvolumétrica delos cuadrantes

> Comparación de los efectos del derrumbe en los valores de densidad. Los datos de densidad fueron adquiridos utilizando una herramienta NeoScope y una herramienta LWD GGD convencional en una sección carbonatada de un pozo de prueba, rellena predominantemente con agua (carril 6, litología). Los datos de calibrador (carril 1) obtenidos con la herramienta NeoScope (negro) y la herramienta de densidad tradicional (rojo) indican un ensanchamiento del pozo (sombreado azul) por encima y por debajo de X12 pies. Lo datos de resistividad son presentados en el carril 2. El carril 3 contiene datos derivados de las imágenes de densidad obtenidos con la herramienta tradicional, además de la densidad azimutal derivada de los cuadrantes inferior (guiones rojos) y superior (verde), una densidad derivada de las imágenes (negro) y los datos sigma (púrpura). Los datos de densidad volumétrica obtenidos con la herramienta convencional (carril 4, rojo) son afectados por las condiciones del pozo entre X10 y X18 pies, pero la herramienta NeoScope proporciona buenos datos de densidad (negro). Las diferencias en los datos de los cuadrantes obtenidos con la herramienta GGD tradicional (carril 5) demuestran los efectos del ensanchamiento del pozo. Los datos del cuadrante izquierdo (azul) y del cuadrante superior (verde) son inválidos al igual que la densidad computada promedio (rojo). Los datos del cuadrante inferior (rosa) y del cuadrante derecho (rojo oscuro) se aproximan más a la densidad NeoScope del carril 4. Mientras que la densidad NeoScope posee una mayor profundidad de investigación (DOI) y es menos afectada por los derrumbes o la rugosidad del pozo, el rótulo de calidad amarillo (carril 7) indica que las mediciones se están aproximando a los límites. (Adaptado de Reichel et al, referencia 5.)

Volumen 25, no.2 15

yacimiento carbonatado saturado de petróleo perforado con WBM de alta salinidad y un yaci-miento carbonatado saturado de petróleo perfo-rado con WBM de baja salinidad. Para convalidar las mediciones, se corrieron las herramientas GGD tradicionales con fines comparativos.

La primera prueba se llevó a cabo en un pozo de 81⁄2 pulgadas. El pozo de alto ángulo se apro-ximó a una desviación de 90° en la profundidad final (TD). El sistema de lodo no acuoso estaba saturado de barita, lo que invalidó las mediciones PEF obtenidas con la herramienta GGD. La sec-ción yacimiento consistía principalmente de caliza y la densidad de la formación oscilaba entre 1,95 y 2,7 g/cm3, aproximadamente. Una comparación de los datos obtenidos con la herramienta GGD con los datos derivados de las mediciones SNGD obtenidas con el servicio NeoScope muestra una concordancia excelente (derecha).

Una de las ventajas de la herramienta NeoScope es la disponibilidad de datos de espectroscopía de captura de neutrones. Aunque las mediciones PEF obtenidas con la herramienta tradicional fueron afectadas por la barita del sistema de lodo, la litología pudo determinarse utilizando los datos de espectroscopía obtenidos con la herra-mienta NeoScope. La mayor parte del intervalo estaba compuesto por caliza, aunque se observó algo de dolomía.

Un segundo ejemplo fue el de un pozo vertical perforado con WBM a través de un yacimiento car-bonatado relleno con gas en el mismo campo del pozo previo. La comparación de los datos GGD con los datos SNGD mostró nuevamente una buena con-cordancia a través de un amplio rango de valores.

Un tercer ejemplo fue el de un pozo perforado con WBM de alta salinidad a través de un yaci-miento carbonatado saturado de petróleo. En este pozo altamente desviado, los datos de porosidad derivados de las mediciones GGD y SNGD son com-parables y se encuentra dentro de los límites de precisión estadística de las mediciones. Como es habitual en los yacimientos rellenos con hidro-carburos líquidos, los valores de los datos de la porosidad-neutrón fueron similares a las porosi-dades computadas a partir de los datos de densi-dad de la formación.

Un cuarto caso incluyó un pozo de alto ángulo perforado con WBM a base de polímero de baja salinidad. Al igual que con los otros tres pozos, se observó una excelente concordancia entre los datos SNGD y las mediciones GGD convencionales.

El análisis petrofísico de los datos de estos cua-tro pozos demostró que en varios pozos con un amplio rango de valores de densidad, los datos SNGD obtenidos con la herramienta NeoScope son comparables a los datos de las herramientas con-

vencionales de medición de la densidad. Además de los datos SNGD, y las mediciones de la porosi-dad-neutrón y resistividad ofrecen una opción de perfilaje tipo triple-combo sin fuentes químicas para las aplicaciones LWD. Los datos sigma y de espectroscopía ofrecen ventajas adicionales que pueden ser utilizadas por los petrofísicos para caracterizar y conocer mejor los yacimientos.

El pulso de las cosas que están por venirHa recorrido un largo camino, pero la introduc-ción de la tecnología SNGD puede revolucionar las operaciones de adquisición de registros de porosidad LWD. El reemplazo de las fuentes quí-micas por los generadores PNG posee el poten-

cial para eliminar los riesgos de exposición y reducir los costos asociados con el almacena-miento, transporte y mantenimiento de registros de las fuentes.

La introducción de mediciones similares para las aplicaciones con cable es sin dudas el paso siguiente. Lamentablemente, el modelado de los efectos del pozo en las mediciones para las herramientas ope-radas con cable trasciende el alcance de la investi-gación y los programas de cómputo actuales. Probablemente lleve un cierto tiempo, pero si en las herramientas operadas con cable se logra reem-plazar las fuentes tradicionales, en la industria del petróleo y el gas se alcanzará el estándar ALARA; tan bajo como sea razonablemente posible. —TS

Arcilla

Arenisca

Calcita

Dolomía

pulgadas8 10

pulgadas8 10


0 100ºAPI

Rayos gamma

Tamaño de la barrena

Prof.,pies

Parámetro sigma

0 50u.c. 0,2 2 000ohm.m

Cambio de fasede 16 pulgadas





Resistividad

Litología

1,9 2,93 1,9 2,75g/cm3

g/cm3

1,9 2,93

40 1,95 2,95–15%

40 –15


Imagen de densidad

–0,8 0,23

g/cm

g/cm

%

Porosidad-neutrón (termal)


Densidad-neutrón

g/cm

Porosidad-neutrón (corregido)

Corrección de densidad

X 300

X 400

X 500

X 600

> Comparación de la densidad en un sistema de lodo espesado con barita. La barita del lodo de perforación puede invalidar las mediciones PEF. El factor PEF es importante para inferir la litología, que se utiliza para los cálculos de porosidad. En este yacimiento carbonatado de alto ángulo de Medio Oriente, los datos de mediciones de espectroscopía obtenidos con la herramienta NeoScope proporcionan información mineralógica (carril 6) que no habría estado disponible con las herramientas de densidad tradicionales. Por ejemplo, los datos muestran la presencia de dolomía mezclada con calcita entre X 350 y X 420 pies. En los intervalos carbonatados de alta densidad, tal como el comprendido entre X 400 y X 520, los datos de densidad NeoScope (carril 4, negro) son comparables a los datos de densidad volumétrica tradicionales (rojo). Las mediciones de la porosidad-neutrón termal tradicionales (verde) se presentan junto con una medición de la porosidad-neutrón termal con la densidad corregida (púrpura). La herramienta NeoScope no proporciona la densidad azimutal o las imágenes de densidad disponibles con la herramienta GGD LWD tradicional (carril 5). Los datos sigma (carril 2) pueden ser utilizados para determinar los cambios producidos en la saturación de hidrocarburos o en los contactos de fluidos con el tiempo. El carril 3 presenta los datos de resistividad. (Adaptado de Atfeh et al, referencia 23.)

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Una Nube de Rayos Gamma Provee la Densidad de la Formación