Cap09 Sw en Arenas Arcillosas

1Petrofísica Básica e Interpretación de Registros

Ing. Andrés E. Mantilla Z., Ph.D.Geol. Ricardo Bueno Silva, M.Sc.

Saturación de Agua en Areniscas Arcillosas

PETROFÍSICA E INTERPRETACIÓN DE REGISTROS DE POZOHerramientas – Control de Calidad - Principios de Interpretación

Petrofísica Básica e Interpretación de Registros 2

Co

Cw

F1

Cw/F

Roca LimpiaRo = F Rw , o

Co = + XCw

F

X

X es el exceso de conductividadcausado por los minerales arcillosos, que son conductores de corriente

Co = Cw

F

Conductividad en Rocas Limpias vs. Arcillosas

Co

Cw

F1

Cw/F

Roca Arcillosa


“Missed Pay” en Areniscas Arcillosas

• El exceso de conductividad de las arcillas hace que los registros presenten lecturas bajas de resistividad profunda en areniscas arcillosas.

• La Saturación de Agua es inversamente proporcional a Rt

• El cálculo de saturación con el método convencional de Archie puede dar como resultado valores anómalamente altos de Sw ⇒ una zona petrolífera en una arena arcillosa se podría calificar como poco atractiva

t

wnw

RFRS =


Conductividad en Rocas Limpias vs. Arcillosas

F = Cw/Co

Cw

Arenisca Limpia

Arenisca Arcillosa

Arenisca Muy Arcillosa

El efecto de exceso de conductividad de las arcillas es función de la conductividad del agua de la formación.

La sobreestimación de Sw en arenas arcillosas es más significativa en presencia de aguas de formación de relativa baja salinidad.

Si el agua de formación es de alta salinidad, la sobreestimación de Sw es menor.

XFCC w

o +=


Modelos de Saturación de Agua

• Se han desarrollado ~40 modelos para calcular la saturación de agua

• El modelo de Archie es para formaciones limpias, y asume que la roca es un aislante eléctrico perfecto

Todos los otros modelos tienen en cuenta la conductividad de los minerales arcillosos presentes en la roca

t

wnw

RFRS =


Algunos Modelos de Sw en Areniscas Arcillosas

Algunas ecuaciones usadas para arenas arcillosas son:SimandouxIndonesiaWaxman-SmitsDoble-AguaNigeria

Dos tipos de modelos para arenas arcillosas:Modelos basados en Vsh

i.e,, Simandoux, Indonesia y Nigeria

Modelos de “Doble Capa” (Evitan el uso de Vsh)i.e., Waxman-Smits y Doble Agua


Predicción de Sw en Areniscas Arcillosas

No hay un modelo que funcione de manera general.

Lo importante es obtener la calibración de algun modelo vs. resultados de campo, de modo tal que el modelo prediga adecuadamente la saturación de agua, el corte de agua, etc.

Generalmente, con los modelos de Archie y Doble Agua se pueden resolver la mayoría de los problemas.

En ciertos casos, Simandoux, Indonesia, u otros modelos producen resultados satisfactorios.


Modelo Simple para Areniscas Arcillosas

Areniscas limpias

Areniscas arcillosas

Matriz arenosa limpia Swirr

Matriz arenosa limpia Swirr HCsArcilla+ Limo Swb

HCs

φefectiva

φtotal


Método Simple de Sw para Areniscas Arcillosas

Donde φ es la porosidad TOTAL (fracción) obtenida del crossplot de D-N

n

tm

ww R

RaSφ

=

2

222DN

t

DNt

φφφ

φφφ

+=

+=

Si Vshale < 20% :

Si Vshale > 20% : Utilizar como Waxman-Smits, Doble Agua, Simandoux, Indonesia.

zonas gasíferas

zonas de aceite y/o agua


Archie

Simandoux

Indonesia

Nigeria

nw

me

wt Sa

CC φ=

shshn

wsh

nw

me

wt CVSV

Sa

CC 1

)1(−+

−=

φ

2/)2/(12/ nwsh

Vsh

nw

wt SCVS

FCC sh−+=

Todos los modelos de Vsh son similares: Ct = Cclean + Cshale

2/22/1 n

wsh

sh

w

m

t

SR

VaRR ⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

φ

Archie vs. Modelos de Vshale


Predicción de Sw en con Modelos de Vshale

Los modelos de Vsh solo dependen de parámetros que se pueden obtener —en principio— de los registros convencionales. Esto ha hecho que su uso sea frecuente.

Los métodos de estimación de Vsh tienden a sobreestimar el valor real de la fracción arcilla.

Un problema de los modelos de Vsh es la suposición de que los shales circundantes:

Son representativos de los minerales arcillosos en la zona de interés.Están compuestos por 100% arcilla.

Intuitivamente, los modelos de Vsh deberían funcionar bien para areniscas con arcilla laminada, pero tienden a fallar en areniscas con arcilla dispersa.


Distribución de Arcillas en la Roca


El Modelo de Doble Capa

Las arcillas tienen un déficit de carga eléctrica.

Para balancear la carga, en presencia de electrolitos se adsorbe una capa de cationes cerca de la superficie de lasláminas de arcilla.

(Stern, 1924)


Capacidad de Intercambio Catiónico de las Arcillas

~0.20 – 0.70Capa Mezclada

0.20 – 0.40Glauconita

0.05 – 0.35Clorita

0.80 – 1.50Esmectita

0.20 – 0.30Ilita

0.02 - 0.15Caolinita

CEC,meq/gr

Tipo de Arcilla


Modelo de Waxman-Smits

1−

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= n

wt

mt

vn

wt

mt

wt Sa

BQSa

CC φφ

BQv: Conductividad de la arcilla (1/Ωm) en una arena 100% Sw

Reorganizando términos en función de Resistividades:

nwt

wt

v

wt

SSBQ

RRF

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

1m

t

aFφ

=


Nuevos términos:

Qv: En (meq/ml), es una función de la Capacidad de Intercambio Catiónico (meq/gm arcilla seca)

Mide la cantidad de cationes intercambiables presentes

B: La conductividad especifica de los iones intercambiables (mho/m por meq/cc)

Indica que tan efectivamente los cationes conducirán la electricidad. Es un factor para convertir concentración en unidades de actividad (Qv), a conductividad

( )t

matV

CECQφ

ρφ−=

1


Swt es obtenido iterativamente:

Donde Swt|i+1 es el valor de Swt en la iteración i +1, y Swt|i es la Swten la iteración i. Se requiere entonces una suposición de Swt para la iteración inicial (Swt |0)

Nota : Rw en la ecuación de B es a 75 ºF

( )

n

iwtVw

tiwt

SBQR

RF

S

1

1/1

⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

+=

+

( )( ) max/5.083.01 BeB wR−−=

Waxman-Smits


Máxima Conductancia equivalente de intercambio de Iones de Sodio, Bmax, o λNa vs. Temperatura


El comportamiento de Bmax vs. logaritmo de temperatura es mas o menos lineal

Bmax = (51.31)Ln( T ) - 317.2

Bmax

donde la temperatura está en grados Rankine


Máxima Conductancia Equivalente de Intercambio de Iones vs. Rw y Temperatura

(Waxman and Thomas, 1974)


Capacidad de Intercambio Catiónico de las Arcillas

900000.0380.54 – 1.90~0.20 – 0.70Capa Mezclada

450000.0650.56 – 1.100.20 – 0.40Glauconita

450000.0650.15 – 1.100.05 – 0.35Clorita

3000000.0182.00 – 3.900.80 – 1.50Esmectita

320000.0860.55 – 0.830.20 – 0.30Ilita

150000.1780.05 – 0.400.02 - 0.15Caolinita

SalinidadEquivalente

de NaCl, ppm

Rarcilla doble capa, ohm-m

Qv,meq/ml

CEC,meq/gr

Tipo de Arcilla


La medición de CEC y/o Qven el laboratoriono es trivial, y depende de la técnica de preparación de la muestra.

El conocimiento del tipo de arcillas presentes y su distribución, es importante para asumir valores de Qv si no se tienen medidas de laboratorio

Sin embargo, algunas reglas de dedo gordo para Qv:Arenisca Muy Arcillosa: Qv =1.50Arcilla Arcillosa: Qv =1.00Arenisca Moderadamente Arcillosa: Qv =0.50Arenisca Poco Arcillosa: Qv =0.25Arenisca Limpia: Qv =0.00

Qv se puede correlacionar con registros (e.g.,GR, SP, φ ), pero las correlaciones son específicaspara ciertas áreas , y no deben extrapolarse a otros ambientes/lugares.

Valores para Qv


Modelo de Doble Agua

El modelo de Doble Agua es una forma mas general del modelo de Waxman-Smits.

Considera la exclusión de aniones (e.g., Cl-) en la vecindad inmediata de las láminas de arcilla.

Esto hace que el agua ligada a las arcillas sea menos conductiva que el agua libre de la formación, dando origen al nombre de “Doble Agua”



( ) 1−

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= n

wt

mt

wwbwbn

wt

mt

wt Sa

CCSSa

CC φφ

Para determinar Sw, hay que usar métodos iterativos, al igual que con W-S

n

wwbiwt

wb

w

tiwt

RRSS

R

RF

S

1

1 111⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−+

=+


Nuevos términos:Ambos dependen de CEC

Swb: Saturación del agua ligada a las arcillas (boundwater)Swb = f(CEC, Cw)Swb = vQQv

Cwb: Conductividad del agua ligada a las arcillasCwb = g(CEC, Swb)Cwb = β/vQ



Valores de vQ y Cwb para el Modelo de Doble Agua


Predicción de Sw en con Modelos de Doble Capa

Los modelos de Doble Capa son mejores aproximaciones al fenómeno de conductividad en areniscas arcillosas, y por tanto deben dar como resultado mejores predicciones de Sw

Sin embargo, requieren calibración con corazones para que los estimativos de Sw sean precisos


Conclusiones

No hay un modelo perfecto, lo importante es la calibración de alguno.

Generalmente, con los modelos de Archie y Doble Agua se pueden resolver la mayoría de los problemas.


Ejemplo Pozo X

Cap09 Sw en Arenas Arcillosas

Documents

Transcript of Cap09 Sw en Arenas Arcillosas