Interpretación de registros de pozos. II parte: Fundamentos básicos en la interpretación cuantitativa de registros

Para este caso tratare lo referente a los fundamentos básicos necesarios para la interpretación cuantitativa de los registros obtenidos después del perfilaje corrido en el pozo.

En la primera entrega referente a la Interpretación de registros de pozos, se abarcaron ciertos fundamentos básicos centrados en la operación de perfilaje de pozos, las herramientas empleadas y la forma como se transmiten los datos, por lo que para una mejor comprensión de esta segunda parte, recomiendo la lectura de: Interpretación de registros de pozos. I parte: Fundamentos básicos operacionales y de transmisión de los datos

Lo primeramente relevante en una descripción del yacimiento, es que mediante todos los estudios posibles podamos cuantificar las reservas de petróleos contenidas en el mismo. Para poder cuantificar las reservas de petróleo contenidas en el yacimiento tenemos también que cuantificar otras propiedades del yacimiento que se pueden medir como la porosidad, la saturación de fluidos, la permeabilidad y otros más, de los cuales estaré mencionando brevemente a continuación.

Para entender la necesidad existente de tener que interpretar los registros de pozos de una manera cuantitativa, es necesario que entendamos que la producción de petróleo y/o gas natural se extrae de acumulaciones que se dan en el espacio poroso de las rocas del determinado yacimiento del que se esté realizando la extracción. Estos yacimientos pueden ser rocas como dolomitas, calizas o areniscas, debido a estos estudios cuantitativos, surge la siguiente interrogante:

¿Cómo calculamos la cantidad de petróleo y/o gas contenida en una unidad volumétrica del yacimiento?

Para calcular la cantidad de petróleo y/o gas natural en el yacimiento se multiplica la porosidad de la roca almacén por la saturación de hidrocarburos.

Además de la porosidad y la saturación de fluidos (hidrocarburos) podemos calcular el volumen estimado de la formación que contienen los hidrocarburos, y de esta forma podemos calcular las reservas totales de petróleo y/o gas natural para poder estimar si realmente la cantidad de hidrocarburos que existe en el yacimiento es atractivo comercialmente.

Es fundamental el conocimiento de la geometría para este caso de la estimación del volumen del yacimiento, lo podemos calcular mediante la multiplicación del espesor por el área del yacimiento.

La segunda interrogante que puede surgir en vista a los análisis hechos hasta los momentos es la siguiente:

¿Qué otro parámetro petrofísico es necesario para evaluar la productividad del yacimiento?

Son muchos los parámetros que se pueden someter a estudio y evaluación, sin embargo en vista de los que ya se han expuesto en párrafos anteriores, resulta necesario que se pueda evaluar la facilidad con la que puede fluir el petróleo desde el yacimiento por medio del sistema poroso, por lo que podemos concluir que otro parámetro petrofísico necesario para la evaluación de la productividad del yacimiento es estudiar la forma en la que los poros están intercomunicados, y esto solo se puede hacer mediante el estudio de la permeabilidad.

Finalmente podemos deducir que la importancia que tiene el poder conocer los fundamentos básicos en la interpretación cuantitativa de registros nos permitirá conocer y calcular ciertos parámetros petrofísicos como:

- Porosidad.

- Saturación de hidrocarburos.

- Espesor y área del yacimiento.

- Permeabilidad.

- Geometría del yacimiento.

- Temperatura y presión del yacimiento.

El conocer y cuantificar estos parámetros nos permitirá un correcto estudio y próxima evaluación en la producción de un yacimiento, todo esto sin perder el objetivo principal que es la correcta interpretación de los registros de pozos, para este caso la interpretación llevada a cabo de una forma cuantificada en relación de los parámetros mencionados anteriormente.

Es por ello que en este artículo se explicara el significado que tienen los conceptos de porosidad, permeabilidad, temperatura y presión, saturación, geometría del yacimiento, separadamente de la explicación de la interpretación de registros de pozos tomando en cuenta el proceso de invasión del fluido de perforación como restricción en la medición de los equipos de perfilaje, y los registros de resistividad.

Porosidad

La porosidad es el volumen de los poros por cada unidad volumétrica de la formación, también la podemos definir como la fracción del volumen total de una muestra que es ocupada por poros o huecos. El símbolo que regularmente se emplea para denotar la porosidad es ∅. Para entender un poco la porosidad de algunos materiales, y de esta forma llegar a comprender la porosidad de una formación de hidrocarburos, tomemos el ejemplo de un pedazo de vidrio que tiene una porosidad cero, mientras que por otro lado tenemos otro material como una esponja la cual tiene una porosidad muy alta.

Saturación

La saturación de algún fluido en particular en una formación geológica contenedora de hidrocarburo es la fracción de su volumen poroso ocupado por el líquido en comparación. Por ejemplo si queremos saber la saturación de agua en una determinada formación deberíamos de calcular la fracción del volumen poroso que contiene agua en esa determinada formación. La saturación de algún fluido en la formación se denotada con la letra S, y se coloca un subíndice para indicar si la saturación es de agua, petróleo o gas.

Permeabilidad

La permeabilidad es una propiedad que mide la habilidad que tiene la roca para permitir la facilidad con la que los fluidos líquidos pueden fluir por medio de los espacios porosos de la roca. La unidad de medición de la permeabilidad es el darcy, resultando esta una unidad de medición muy grande, por lo que se acostumbra a utilizar milidarcy (md), el símbolo empleado para denotar la permeabilidad es K.

Geometría de los yacimientos

Los yacimientos de hidrocarburos existen en una cantidad considerable de formas, tamaños y orientaciones, en la que inclusive se puede formar una cantidad de combinaciones entre dichos tipos de yacimientos, en la siguiente imagen propia se muestran algunos ejemplos:

Es importante el estudio de la forma física y orientación que tenga un yacimiento petrolífero, ya que de esto depende considerablemente su productividad, entre su variedad podemos encontrar yacimientos anchos, estrechos, espesos o delgados, grandes o pequeños, si el yacimiento es grande, como por ejemplo algunos que tienen cientos de kilómetros cuadrados y tener varios miles de pies de espesor, puede contener grandes cantidades de hidrocarburos. Por el contrario si el yacimiento es demasiado pequeño, pueden no resultar atractivos para ser explotados comercialmente.

¿Cómo afecta la presión y temperatura a los yacimientos?

La afectación de la presión y temperatura sobre el yacimiento petrolífero radica en las distintas formas en las que puede producir hidrocarburo un yacimiento en forma natural, es decir sin que exista un mecanismo artificial de producción.

A diversos cambios de temperatura y presión los fluidos que estás sometidos en el yacimiento como lo es el petróleo pueden ver alteradas ciertas propiedades como lo es el caso de la viscosidad. Por ejemplo a medida que la presión baja el gas de formación tiende a salir de la solución en la que se encuentra con el petróleo, cuando la presión en el yacimiento baja en el yacimiento las burbujas de gas pueden ocasionar una bajada considerable en la permeabilidad efectiva del petróleo.

Las relaciones entre la presión, temperatura y fases de las mezclas de hidrocarburos son muy variables, esta variación va a depender del tipo de los hidrocarburos presentes en el yacimiento. En la siguiente figura se podrá observar de manera sencilla un diagrama de fases entre el punto de burbuja y el punto del rocío:

La temperatura de un yacimiento productivo no varía demasiado, aunque la única manera que presente algún tipo de variación es que al yacimiento se le realice algún tipo de mecanismo de recuperación secundaria como inyección en vapor de agua. Sin embargo es inevitable una baja presión en el yacimiento virgen y el pozo, esta caída de presión varía de una fuerza de algunos PSI hasta la presión total de un yacimiento.

¿Cómo afecta el proceso de invasión del fluido de perforación al yacimiento?

Cuando se perfora un pozo en la condición de sobrebalance, es decir cuando la presión hidrostática del lodo de perforación es mayor a la presión de formación, se tiene la condición en la que la que el fluido de perforación forma una costra en las paredes del pozo por medio del lodo que se filtra, este proceso de filtración es lo que se conoce como invasión del lodo, si este proceso de invasión genera un radio de invasión muy grande hace que las herramientas que se bajen al pozo para realizar las operaciones de perfilaje y realizar los registros no registren la información correctamente, ya que por ejemplo si es un registro de resistividad, es muy largo el espacio que tiene que atravesar las ondas eléctricas hacia la formación.

Una forma de paliar la situación con este problema de invasión del lodo hacia la formación, es mantener una propiedad del fluido de perforación dentro de los parámetros según sea el programa de perforación, esta propiedad es el filtrado del lodo.

Una vez descritos todos estos conceptos como porosidad, saturación de hidrocarburos, permeabilidad, geometría y volumen del yacimiento, comportamiento de la presión y temperatura en un yacimiento, podemos entender la importancia que tiene la comprensión de todos estos conceptos en la interpretación cuantitativa de los registros de pozos de petróleo.

¿Por qué entender el concepto de Resistividad eléctrica en el conocimiento de registro de pozos?

Uno de los tipos de registros que comúnmente se emplean en la perforación de pozos para determinar los parámetros anteriormente explicados, son los registros de resistividad eléctrica, estos son emplean con el objetivo principal de detectar la existencia de agua, petróleo y/o gas en formación.

¿Qué se entiende por resistividad?

La resistividad es la capacidad que tiene un fluido de impedir el flujo de corriente eléctrica en sí mismo. La unidad de medición empleada en los registros eléctricos es el ohmio – metro. Para entender el significado de resistividad desde una forma más coloquial, podemos entender a la resistividad como lo opuesto de conductividad, es decir si un fluido es altamente conductivo es porque su resistividad a la corriente eléctrica es baja, y si un fluido es de resistividad alta es porque su conductividad a la corriente eléctrica es baja.

La intención de correr registros eléctricos en el pozo es con el objetivo primordial de encontrar formaciones que contengan saturaciones potenciales de petróleo y gas, por lo que si existen formaciones que se componen de rocas que al estar secas, no conducirán corriente eléctrica, esto es, la matriz de roca tiene una conductividad nula o una resistividad muy alta.

Una corriente eléctrica podrá fluir solo a través del agua intersticial como fluido conductor que satura la estructura porosa de la formación, más solamente si el agua intersticial contiene sales disueltas, que bajo la influencia de un campo eléctrico, los iones formados se mueven transportando corriente eléctrica a través de la solución. Mientras mayor sea la concentración salina, menor será la resistividad del agua de formación y por lo tanto, de la formación.

Importancia de la resistividad como parámetro de medición en los registros de pozos

De todos los parámetros de la roca que miden las herramientas de registro, la resistividad representa un parámetro de medición de los registros convencionales que tiene una gran importancia, ya que es el tipo de medición por medio del cual existen herramientas y equipos que tienen una gran profundidad de investigación, es decir la resistividad es un parámetro que mide la capacidad de no transmisión de corriente eléctrica de ciertos fluidos de la formación que solo pueden medir las herramientas convencionales de registro, y ser capaces de penetrar un radio profundo de la pared del pozo y penetrar varios metros hacia la formación.

Otra de las importancias que tiene la interpretación de registros eléctricos es que nos ayuda a cuantificar ciertos parámetros como saturación de fluidos, en especial determinaciones de saturación en la parte no invadida del yacimiento.

Dentro de las premisas estudiadas previamente como el concepto de resistividad y la importancia que esta tiene como parámetro de medición en los registros convencionales, cabe hacernos la siguiente pregunta:

¿Cómo se interpreta un registro de resistividad eléctrica?

Uno de los parámetros que nos ayuda a cuantificar el potencial atractivo y comercial de un yacimiento para extraer petróleo, es la saturación de hidrocarburos que esta posea, por lo que el interpretar correctamente un registro de resistividad eléctrica resulta fundamental, ya que con los valores de resistividad podemos calcular la saturación de agua y la saturación de hidrocarburos.

El registro de resistividad eléctrica también reviste de importancia primordial ya que puede emplearse para obtener los valores de saturación cuando se desconoce los valores de porosidad de la roca, con todo esto podemos predecir la movilidad de los hidrocarburos, y si el caso es que la invasión del lodo de perforación es profunda hacia la formación, se puede llegar a obtener un mejor valor de resistividad total de la formación.

La forma más simple y sencilla que se puede interpretar un registro eléctrico de resistividad es entendiendo que donde existan altos valores de resistividad es porque se está bajo la presencia de hidrocarburos de formación, sea petróleo y/o gas natural. Mientras que si la resistividad de la formación es baja es porque la conductividad es alta, por lo que existe una alta probabilidad de que se esté en presencia de agua de formación, a continuación se presenta la siguiente imagen de un registro de resistividad eléctrica medido en ohmio-metro:

Conclusiones y aporte a la ingeniería

[1] Los perfiles de resistividad se usan para determinar las zonas productivas de hidrocarburo y las zonas de agua, también se emplean para indicar zonas permeables que garanticen la capacidad de movilización de los hidrocarburos, y por último también nos ayuda a determinar la porosidad a partir de la resistividad.

[2] La mayoría de los minerales que constituyen la matriz de la roca, y los hidrocarburos en los poros, no son conductivos, por lo que la capacidad de una roca de transmitir corriente eléctrica es casi completamente una función del agua presente en los poros de la roca, por lo que donde exista presencia de saturación de hidrocarburos en los poros de la roca es porque existe alta resistividad a la electricidad.

[3] La saturación de hidrocarburo es uno de los parámetros que nos ayuda a cuantificar el potencial atractivo y comercial de un yacimiento para extraer petróleo y/o gas natural.

[4] El registro de resistividad eléctrica también reviste de importancia primordial ya que puede emplearse para obtener los valores de saturación cuando se desconoce los valores de porosidad de la roca.

[5] Es importante el mantener un valor del filtrado del lodo según sea el programa de perforación, ya que un valor de filtrado alto genera un ambiente propicio para que exista un radio de invasión y daño a los poros de la roca de formación, impidiendo esto la correcta corrida de registros como los eléctricos.

[6] La variación de la presión y temperatura en el yacimiento resulta un factor predominante en la forma como el yacimiento producirá los hidrocarburos de forma natural.

[7] Dentro de las fuentes básicas cuantitativas dentro del registro de pozo, la geometría del yacimiento radica una importancia relevante a lo que concierne a generar los primeros pasos de estudios de registros, ya que si el yacimiento es de gran tamaño, existe posibilidad de que existan grandes reservas de hidrocarburos.

[8] Parámetros como la porosidad, saturación de hidrocarburos y permeabilidad son elementos cuantificables básicos que complementan muy bien con los registros eléctricos, ya que de la interpretación que se realiza de registros como por ejemplo de resistividad va a depender ciertos cálculos como porosidad, permeabilidad y saturación de hidrocarburos.

Como aporte de este contenido referido a los fundamentos básicos en la interpretación cuantitativa de registros a la ingeniería tenemos que conociendo los aspectos básicos de ciertos parámetros como porosidad, permeabilidad y saturación de fluidos, podremos ir evolucionando a encontrar distintas tecnología orientadas a distintos registros eléctricos, que permitan incluso contribuir a la retroalimentación de la simulación de yacimientos computarizada, en donde cada vez se toma principal importancia dada la magnitud de las nuevas reservas encontradas de petróleo y gas natural en diferentes partes del mundo.

Bibliografía consultada y recomendada

[1] La resistividad eléctrica como ayuda para determinar algunas características del yacimiento. Archie, G.E. Enero de 1942.

[2] Clasificación de rocas de yacimientos de carbonatos y consideraciones petrofísicas. Archie, G.E. Febrero de 1952.

[3] Resistividad de las arenas de salmuera en relación con la Geometría de los poros de roca. Winsaver, W.O. Shearin, H.M. Jr. Masson, Ph. Y Williams, M. Febrero de 1952.