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Soluciones de algunos problemas en el análisis de los registros de pozos en las rocas carbonatadas
INTRODUCCIÓN
El análisis de los registros convencionales de rocas carbonatadas comúnmente se percibe como
más difícil que el análisis de las rocas clásticas. Tal generalización no es ni útil ni exacta, porque en
algunos aspectos, los carbonatos son más fáciles de tratar que clásticos. Sin embargo, la
naturaleza de muchas rocas de un yacimiento de carbonato dicta que los resultados de análisis de
registros son inherentemente menos fiables que los de la mayoría de los yacimientos de areniscas.
Si no se tratan adecuadamente, algunas características pueden conducir a graves errores. Las
principales razones para esto son: (1) Que comúnmente ocurran dos componentes litológicas de
rocas carbonatadas que tengan diferentes propiedades físicas significativamente, y (2) que el
número de sistemas de porosidad encontradas en las rocas carbonatadas sea grande.
Además, muchos yacimientos carbonatados se caracterizan por una amplia gama de porosidades,
con una distribución que no es ni siquiera aproximadamente normal. Esto hace que los promedios
sean muy sensibles al valor del punto de corte de porosidad y trae todo el concepto de salarioneto en tela de juicio. Además, los efectos relacionados con la química de las rocas carbonatadas
pueden conllevar a problemas. En este trabajo, estos problemas y sus consecuencias se abordan.
THE CARBONATE LITHOLOGIES AND DISCRIMINATION OF CALCITE FROM DOLOMITE
LITOLOGÍA DE LOS CARBONATOS Y LAS DIFERENCIAS ENTRE CALCITA Y DOLOMITA
Comúnmente ocurren dos litologías de carbonatos las cuales se nombran considerando el mineral
predominante: la calcita (a menudo referido como "piedra caliza") y la dolomita. La Dolomita está
relacionada con la calcita por la sustitución de la mitad de los átomos de calcio por magnesio, y los
dos minerales comparten la misma estructura cristalina. Sin embargo, las composicionesintermedias son termodinámicamente inestable con respecto a la piedra caliza y la dolomita y,
finalmente, se separan en una mezcla de los dos miembros de extremo (Morse y Mackenzie,
1990). En sentido estricto, las formas termodinámicamente estables pueden variar ligeramente de
calcita estequiométricamente pura a dolomita, sobre todo si coexisten, pero los diagramas de
composición demuestran que la variación es muy pequeña.
Para la mayoría de los ambientes geológicos de interés, la temperatura, la presión y la
composición del agua de formación aseguran que sólo uno de los elementos extremos sobrevive;
por lo tanto, rocas del yacimiento de carbonato tienden a ser de piedra caliza o dolomita. Las dos
litologías pueden coexistir en el depósito o incluso la misma formación, pero a la escala en que losregistros convencionales funcionan, la matriz es probable que sea uno o el otro. Esto se demuestra
en la Figura 1, que muestra la proporción de dolomita-mineral de un gran número de muestras de
afloramiento (Steidtmann, 1917). Una tendencia similar se evidencia en la Figura 1, que muestra
también los resultados del análisis químico húmedo de casi 200 muestras de un campo de América
del Norte, que produce rocas carbonatadas del Devónico (Jodry, 1955).
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Las propiedades físicas de la dolomita y la calcita son significativamente diferentes, como se ilustra
en la Tabla 1. Estos varían de una diferencia de casi el 50% para algunos de los parámetros
nucleares a 5% respecto a la densidad. Sin embargo, esta pequeña diferencia de 5% en la
densidad puede tener un efecto drástico sobre la porosidad calculada, como se ilustra en la Figura
2, que muestra cómo la densidad de la piedra caliza y la dolomita saturada de agua varía como una
función de la porosidad. La densidad de 2,6 g / cm3 corresponde a la porosidad de alrededor de5% en piedra caliza, pero más de 10% en dolomita. Debido a la litología tiende a ser la piedra caliza
o la dolomita, la porosidad es más probable que este más cerca de uno u otro de estos extremos y,
por consiguiente, es poco probable valores intermedios. En conclusión se puede deducir que si la
litología es erróneamente identificada, se pueden tener graves errores al momento de determinar
la porosidad en los registros derivados.
Es claro a partir de la Figura 2 que el porcentaje de error es mayor en el rango de bajas
porosidades. Por desgracia, los carbonatos de baja porosidad pueden ser buenas rocas del
yacimiento, por lo que no se puede descartar el efecto de la litología, simplemente porque se
presume que es significativa sólo en rocas que no contribuyen a produci reservas. En cualquiercaso, aún en la porosidad de orden del 30 %, la diferencia en la porosidad calculada basada en la
dolomita o la matriz de caliza es todavía de la orden del 5 %.
Los minerales de silicato muestran una variación similar en propiedades, pero las areniscas
normalmente se componen de una mezcla de estos minerales. Aunque las composiciones precisas
de areniscas varían mucho, las propiedades físicas de las mezclas varían relativamente poco. Estas
son las propiedades que son citadas en los libros de tabla de servicio de la empresa como los
valores de la matriz de arenisca. Por ejemplo, las densidades de la matriz de la mayoría de
areniscas están cerca de 2,65 g / cm3. En ausencia de otra información específica, 2,65 g / cm3 en
general es un valor seguro.
Dado el hecho de que la correcta identificación de la litología es esencial para el cálculo de una
porosidad confiable, esto nos hace preguntarnos como podemos determinar esto. As always, the
best way to identify lithology is from the rocks themselves, that is, from cores, sidewall cores, or
bit cuttings. Como siempre, la mejor manera de identificar la litología es de las rocas a sí mismos,
es decir, a partir de núcleos, núcleos de las paredes laterales, o esquejes bits. Hay varias maneras
de hacer esto, y los métodos más fiables emplean la química, ya sea los llamados métodos
químicos húmedos analíticos o, cada vez más, los métodos instrumentales tales como la absorción
atómica o Rayos X, fluorescencia. Well-site methods such as calcimetry can be quite reliable if
procedures are followed properly, but in general, they are best considered as being indicative. Los
métodos de bien-sitio como la CALCIMETRÍA pueden ser bastante confiables si los procedimientos
son seguidos correctamente, pero en general, ellos son los mejores considerados como ser
indicativos.
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Figura 1. Los histogramas de fracción de dolomita de las muestras de afloramientos (punteadas)
(Steidtmann, 1917) y las muestras de los pozos (oscuros) (Jodry, 1955). (Las pocas muestras de los
núcleos con más de 100% de dolomita se refieren a Mg / Ca en proporciones de más de 1.)
Las cifras entre paréntesis muestran la variación aproximada de los valores recomendados por
diferentes contratistas. La diferencia porcentual se define como (valor de dolomita-valor de
calcita) / (valor de calcita). U es el índice de absorción fotoeléctrica, que es una medida de laextensión a la que una unidad de volumen de una sustancia va a absorber los rayos gamma por el
efecto fotoeléctrico. Se mide implícitamente por herramientas modernas de densidad, pero la
salida normalmente se muestra como la cantidad relacionada PEF, que es la absorción por
electrón. Las dos cantidades se relacionan mediante PEF = U / densidad . En general, PEF sería una
propiedad bastante incómoda de usar; ingenieros nucleares invariablemente trabajan con U. Sin
embargo, es bien conocido que los analistas tienen la suerte de tratar con rocas porosas llenas de
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agua o de hidrocarburos, en el que U y disminución de densidad casi a la misma velocidad con la
porosidad. Esta coincidencia significa que PEF es casi porosidad independiente.
EFECTO FOTOELÉCTRICO
Entre los registros de telefonía fija, los métodos generalmente más aplicable hacen uso de
herramientas nucleares. La curva más sencilla de usar es el factor fotoeléctrico (PEF, o PE), que es
una salida estándar de la mayoría de las herramientas modernas de densidad. El PEF se relaciona
con el número atómico promedio de la formación. (Básicamente, se deriva de la medida en que los
rayos gamma de baja energía son absorbidos por la formación. Los elementos pesados absorben
estos rayos gamma con más fuerza que los elementos ligeros). Se aumenta con el aumento de
número atómico (Z) siguiendo una ley de potencia del formulario.
Donde K es una constante. Para calcita pura, el PEF lee 5.1 barns/electron y de la dolomita pura
lee 3.1 barns/electron. La diferencia refleja la sustitución de la mitad de los átomos de calcio
(número atómico 20) con magnesio (número atómico 12). Desgraciadamente, por diversas
razones, el PEF no es una curva muy precisa o exacta. En primer lugar, debido a la dependencia del
poder de la ley, las pequeñas cantidades de elementos pesados pueden alterar el valor
drásticamente. Esto significa que los lodos que contienen barita pueden cambiar el PEF y leer
valores más altos y, en casos extremos, hacen que la curva sea inútil. En segundo lugar, hay unadependencia de la porosidad y una menor dependencia del tipo de fluido y, aunque en principio
éstas pueden ser tomadas en cuenta, complican las cosas generalmente. More important,
however, the physics of the measurement means it is inherently imprecise; por ejemplo, una
lectura de 4,5 no implica necesariamente una mezcla de 25% de dolomita y 75% de calcita. (Los
pobres resultados de precisión desde el hecho de que la medición utiliza sólo una pequeña
fracción del número total de rayos gamma que son explotadas en la medición de la densidad). La
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evidencia de esta imprecisión se documenta en la Figura 3, que muestra un histograma de PEF
grabado desde un pozo en el mar Adriático. La litología cubierta por la parcela es de piedra caliza
casi completamente pura o dolomita pura; la pequeña cantidad de esquisto en la sección no está
incluido en la trama. El histograma es claramente bimodal, con picos que corresponden a los
valores de PEF de 3.3 y 4.5. Estos están cerca, pero no es igual a los valores esperados para la
piedra caliza y la dolomita, respectivamente; el primero es mayor de lo esperado, el segundo másbajo de lo esperado. También de interés son los valores de PEF que son más bajos y más altos que
los valores modales. Los valores extremos significan que el histograma observado se puede
modelar satisfactoriamente simplemente por la adición de dos distribuciones normales, centradas
en los valores de PEF de 3,3 y 4,5 barns/electron respectivamente, y cada uno con una desviación
estándar de 0,3. El resultado es bastante bueno; podría ser mejorado por la contabilidad de las
diferencias en la porosidad, pero debido a que la mayor parte de la sección tiene porosidades de 5
pu o menos, las diferencias serían pequeñas. El punto principal de la trama es ilustrar la
incertidumbre en el PEF-más o menos 0,3 pu en este caso. (Esto significa que un valor PEF de 4,5
podría corresponder a una gama de composiciones de 45% de dolomita a la calcita casi puro.) Así
que, aunque la distribución PEF podría ser el resultado de la variación en el grado dedolomitización de la sección estratigráfica, la distribución igualmente bien podría ser explicado por
la respuesta de una medición relativamente ruidoso a un intervalo de roca que, en este caso, se
sabe que consistir enteramente de piedra caliza y dolomita pura. Este hecho es significativo:
Ningún pico corresponde a los valores libres de las litologías puras. Esto podría deberse a que el
PEF no es particularmente exacto, o podría indicar alguna variación de las composiciones puras
finales. En particular, la dolomita puede contener hierro, que, debido a su alto número atómico,
aumentará la PEF. Si contiene solo un 0,5% de hierro se desplazaría el PEF de dolomita al valor
máximo observado de 3.3. Del mismo modo, si la calcita es en realidad la piedra caliza de
magnesio, el PEF podría fácilmente ser desplazado desde el valor esperado para la calcita pura
(5.1) para el valor más bajo observado (4,5). Así, aunque el PEF es una manera conveniente de
distinguir piedra caliza de dolomita, que no está relacionado linealmente con la cantidad de la
dolomita en la formación. Gran cuidado se debe tomar para interpretar el PEF; el analista de
registros debe ser consciente de que es inherentemente imprecisa y puede ser muy sensible a
rastrear los niveles de elementos pesados. Se ve afectada por la barita en el barro y por pozos
rugosos. La curva de PEF no estaba disponible en los registros grabados antes de 1980
aproximadamente.
COMPARACIÓN DE LOS REGISTROS DE DENSIDAD Y REGISTROS DE NEUTRONES
La combinación de registros de densidad-neutrón proporciona información que es másrobusta para distinguir piedra caliza de dolomita. Las herramientas de registro están
disponibles desde al menos la década de 1960. Sin embargo, la herramienta de neutrones
ha evolucionado continuamente desde que se emplearon las primeras herramientas de
neutrones en hoyos abiertos y diferentes herramientas que tienen significativamente
diferentes respuestas a la litología. En muchas partes del mundo, las escalas de densidad y
balanza de neutrones son escogidas de modo que las dos curvas sean recubiertas en la
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caliza waterbearing; en la dolomita, tienen un "shalelike" una separación positiva; es
decir, la curva de neutrones registra las mayores cantidades de "porosidad".
Para usar este modo muy conveniente de identificar la litología y alcanzar los mejores
resultados, el registro de neutrones debe registrarse usando la suposición de una matriz
de piedra caliza. Básicamente, esto significa que el algoritmo que convierte cuentas crudasa la porosidad de neutrones está diseñado para que la porosidad de neutrones sea igual a
la porosidad verdadera en la caliza que está totalmente saturado de agua. Las copias
originales deben ser comprobadas para confirmar que el registro fue grabado usando el
parámetro de una matriz de piedra caliza, debido a que algunos operadores utilizan la
matriz de arenisca. Si se presume que la matriz fuera de arenisca, la porosidad de
neutrones registrada es mayor que la porosidad en piedra caliza acuífera, y las calizas se
caracterizan por la separación positiva de las curvas de densidad y de neutrones. Incluso si
las balanzas y la matriz están configuradas para mostrar las curvas de densidad y las
curvas de neutrones en la caliza acuífera, la cantidad de separación entre las dos curvas enla dolomita es bastante variada. La variación depende no sólo de la litología, sino también
del tipo de instrumento, la porosidad, del tipo de fluido, de las impurezas en la matriz, la
temperatura, y la presión. La importancia de estos factores puede ser estimada por
referencia a los libros de registro gráfico de la empresa.
En la Figura 4, la separación de las curvas como una función de los diferentes registros de
porosidad se muestra para cinco instrumentos wireline-logging tools. En este caso, la
densidad ha sido convertida a la porosidad asumiendo una matriz de piedra caliza, con
porosidad lleno con agua fresca. Claramente, para la mayoría de los instrumentos, la
variación de la separación de la curva con la porosidad es significativa, en particular en los
valores bajos de porosidad. Por otra parte, las diferencias entre los instrumentos son
significativas. Además, algunas variaciones entre las dolomitas de diferentes partes del
mundo son significativas; por lo visto, esto es causado por las impurezas y los rangos de
composición. La amplia y variada separación en los registros obtenidas por el
Schlumberger neutrón compensado Log (CNL) es el resultado de las propiedades de la
dolomita que se utilizó para desarrollar el gráfico inicial; la variada separación no es una
característica del instrumento. Cuando se tienen en cuenta otros factores (tales como la
temperatura y la presión) la variación en la separación de las curvas es el resultado. En
general, entonces, como en el caso de la curva de PEF, la separación es útil para distinguir
la caliza de la dolomita, pero esta evidencia debe tratarse con precaución como una
medida cuantitativa de dolomitización. La separación no se ve afectada en gran medida
por la barita en el lodo de perforación y, todos los demás factores son iguales, es más o
menos directamente relacionada con el grado de dolomitización. La variación más
pequeña ocurre con el conjunto de instrumentos que utiliza neutrones epitérmicos, como
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el instrumento de la porosidad de neutrones de pared lateral (SNP) y la sonda de
porosidad del acelerador (APS), donde la separación con la porosidad hardlyvaries (Figura
4).