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Imágenes de Pozo: Principios de Adquisición y Aplicaciones Geológicas

de Subsuelo.

Aplicaciones Estructurales Básicas

Néstor Acosta Profesor Adjunto. Cátedra de Geofísica General y Sísmica

Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco

Curso Posgrado Imagenes de Pozo.

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Ejercicio de Bienvenida


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Suponga un elemento plano que atraviesa el cilindro

dibujado:

¿Qué elementos geométricos utilizaría para

caracterizar espacialmente el mismo ? N

Agenda día 4 • Aplicaciones Estructurales Básicas

– Caracterización de fracturas naturales e inducidas

– Determinación de esfuerzos en sitio de pozo (stress in situ)

– Análisis de buzamiento estructural (structural dip)

– Salidas y presentaciones para interpretación

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Definición y Clasificaciones de fracturas

– Una fractura se define como el resultado de una falla frágil que causa discontinuidad en una roca.

– No existe una clasificación de fracturas estándar en las disciplinas de Geociencias. La principal razón de la falta de un sistema unificado es porque cada disciplina requiere diferentes parámetros y cada una trabaja a una escala diferente. La clasificación de las fracturas es necesaria para comprender el mecanismo de generación que conduce a la determinación del origen genético de las mismas. El cual permite predecir la distribución de fracturas en el espacio. Se utilizan dos sistemas de clasificación paralelos. El primero es el mecánico y el segundo es el genético.


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Clasificación Mecánica

• La clasificación mecánica diferencia tres tipos básicos de fracturas:

– Fracturas por cizallamiento, que solo

presentan un desplazamiento paralelo a la superficie de fractura.

– Fracturas híbridas, que muestran tanto cizallamiento como apertura normal a la superficie de fractura

– Fracturas extensionales (articulaciones), que muestran solo un desplazamiento normal a la superficie de fractura.

Curso Posgrado Imágenes de Pozo.

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Clasificación Genética

• La clasificación genética de las fracturas se basa en el entorno en el que las fracturas fueron generadas:

– En los reservorios diferenciamos las

fracturas naturales de las inducidas. Las fracturas naturales se presentan en la roca antes de que se perfore el pozo. Las fracturas inducidas se originan en el proceso de perforación o producción y solo tendrán un efecto localizado.


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Tipos de fracturas comunes

• Las fracturas naturales pueden ser "abiertas" (no mineralizadas), "cerradas (mineralizadas) o una mezcla (parcialmente abiertas) o (parcialmente mineralizadas).

– Las fracturas mineralizadas se rellenan comúnmente con materiales minerales no

conductores (por ej. calcita). Por lo tanto, comúnmente tienen un alto valor de impedancia acústica y alta resistividad, y generalmente aparecen con características brillantes en las imágenes.

– Las fracturas abiertas están llenas de fluido de perforación y, por lo tanto, típicamente conductivas (en sistemas de lodo a base de agua) y tienen una menor impedancia acústica. Aparecen como líneas oscuras en las imágenes resistivas.

– Las fracturas inducidas por perforación siempre están abiertas.


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Ejemplos de fracturas

• Pozos verticales

– Fractura mineralizada

– Fractura abierta

– Fractura inducida


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Tipos de reservorios fracturados

• Basado en la naturaleza de la contribución del flujo de fractura al yacimiento rendimiento, se pueden distinguir cuatro tipos de depósitos:

– Reservorio tipo 1: las fracturas aportan porosidad y permeabilidad.

– Reservorio tipo 2: las fracturas proporcionan solo permeabilidad

– Reservorio tipo 3: las fracturas ayudan a la permeabilidad en un depósito de matriz ya producible.

– Reservorio tipo 4: las fracturas crean barreras en el reservorio.

Nelson, 2001


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• En reservorios Tipo 1: la producción proviene de las fracturas en una roca huésped «tight» (por ej.: granito) y la porosidad de la fractura es, por lo tanto, de suma importancia en la estimación de hidrocarburos en el lugar. Una alta intensidad de fractura es esencial para que este tipo de reservorio para poder entregar hidrocarburos y para su producibilidad.

• El tipo de reservorio 2 puede tener hidrocarburos en la matriz, un gran volumen de las reservas se almacena en la matriz. En este tipo de reservorio la propia matriz sin las fracturas no produciría una producción económica.

• El tipo de reservorio 3 es esencialmente similar al tipo de reservorio 2, también aquí la mayoría del hidrocarburo en el lugar se almacena dentro de la matriz de la roca huésped. Los La diferencia con el Tipo 2 es que la matriz podría producirse incluso sin la fracturas. Sin embargo, las fracturas aumentan las tasas de producción.


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• En los reservorios Tipo 4, las fracturas deterioran la calidad del reservorio. Las fracturas formarán barreras y deflectores para el flujo de fluidos. La porosidad y permeabilidad de la matriz de la roca huésped se reduce por cementación o relleno de arcilla de fracturas, deformación cataclástica en las proximidades de las fracturas u otras alteraciones. Esto puede causar una compartimentación severa del depósito. y la recuperación final de este tipo de reservorio puede ser muy bajo.


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Reconocimiento de fracturas

Criterios primarios de detección:

• Contraste acústico o de resistividad con la roca huésped.

• Típicamente discordante con la estratificación

• Desplazamiento o modificación de la estratificación


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Relaciones fractura / estratificación


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Descripción de fracturas

Discontinuidades sin «off set»

- Juntas o fracturas por tensión

Discontinuidades con «offset»

- Fracturas por cizallamiento

Fracturas por tensión inducidas por la perforación

- Generadas durante la perforación cuando la tensión supera la fuerza de la roca.


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¡Pueden estar abiertas o cerradas!

Se describen en términos de propiedades

resistivas o acústicas:

- Conductivo vs altamente resistivo

- Amplitud alta versus Amplitud baja

Fracturas conductivas. Están abiertas?

• Para imágenes de resistividad:

- Conductivo ≠ Abierto

- Resistivo ≠ Cerrado

Solo los datos dinámicos proporcionan verdadero conocimiento de la "producibilidad" de la fractura. Solo imágenes de pozo pueden proveer una mirada interpretativa.

Ejemplo: «Basamento" de litología no sedimentaria inmediatamente por debajo de reservorios. Muestra abundantes fracturas conductivas. Los núcleos convencionales revelan fracturas rellenas con arcillas diagenéticas.

- Conductivo ≠ Abierto

- Sin «net pay» adicional


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Descripción de Fracturas

• Fractura Natural de Tensión

• Fractura Natural de cizallamiento

• Fractura de Tensión inducida por la perforación


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Natural

Tensión

Fracture

Natural

Shear

Fracture

¿Que es la apertura de fractura? Luthi y Souhaite (1990) demostraron que el pico de corriente leído (es decir, el valor de resistividad más bajo) y el ancho del perfil (es decir, "ancho de fractura" visual) en una imagen de resistividad es una función de:

- tamaño del electrodo

- separación del «pad» y la formación (es decir, revoque)

Sin embargo, el área bajo la curva de conductividad (es decir, exceso integral de corriente ) solo depende de:

- la apertura de la fractura.

- resistividades relativas de la roca hospedante y el líquido en la fractura.

Rxo es la resistividad medida por la herramientas de imagen de resistividad.

Si se puede suponer que el fluido de fractura es lodo, entonces la apertura de la fractura se puede obtener.


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¿Que es la apertura de fractura? CALIBRAR la imagen de resistividad a un dispositivo de lectura menos profunda (curva LLS, Registro de MSF).

DEFINIR la fractura en imágenes. Utilice filtros y software de procesamiento de imágenes para crear una imagen que represente el exceso conductividad debido a la presencia de un fractura. Los filtros pueden usar inmersiones manuales para definir la fractura y evaluar conductividad dentro de una región a su alrededor.

CALCULAR la apertura de la fractura usando la ecuación de apertura de fractura.


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Apertura de fractura

A = incremento de conductividad debido a la

presencia de fractura.

W = ancho de fractura individual

Rm = resistividad del filtrado de lodo

Rxo = resistividad de la zona invadida

b, c = Constantes adimensionales


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Las fracturas conductoras

pueden no llenarse con fluido

de perforación.

La conductividad aumentada

variará con el ángulo de

intersección del pozo

(inclinación de fractura).

No se tiene en cuenta

rugosidad de la pared del pozo

/ desconchado.

¿El ancho de la fractura en el

pozo es igual al ancho de

fractura en la formación?

Testigos orientados

• Método sistemático de recolección de datos estructurales y sedimentológicos orientados de la superficie exterior de núcleos continuos.

• Técnicas de recolección de datos a través del uso de: –Goniómetro mecánico

–Goniómetro computarizado

–Goniómetro de hoja de acetato


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Presentación de datos integrados


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Testigos orientados resumen

• La goniometría del núcleo generalmente proporciona una resolución más alta conjunto de datos que el conjunto de datos de imágenes del pozo.

• La interpretación del núcleo permite la identificación segura de las características vistas en las imágenes del pozo.

• Proporciona una excelente comparación para escalar relaciones entre las características vistas en el núcleo y las visto en imágenes.

• Puede usarse para calibrar espesores de lecho para lecho delgado estudios de imágenes fuera del intervalo central.


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Esfuerzos locales y regionales

• La tensión in situ es la tensión presente actualmente en una roca no perturbada en un ubicación y profundidad específicas. El estrés in situ puede variar significativamente vertical y lateralmente a escala regional y local y no es distribuido uniformemente. El estrés regional, que también se conoce como "Estrés de campo lejano", es impulsado por procesos a gran escala relacionados con la placa tectónica. La magnitud y la dirección del campo de tensión local puede ser perturbado por una serie de factores, incluidas anomalías estructurales y presión del yacimiento.

• La tensión del pozo es la tensión local en la roca de la pared del pozo en una cierta ubicación y profundidad. Este estrés es el resultado de tales parámetros como tensión in situ de campo lejano (tectónica), carga gravitacional (sobrecarga tensión), geometría del pozo, entorno del pozo (peso del lodo), poro presión y permeabilidad.


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Relaciones entorno y pozo

• Tensiones en sitio y en pozo.

• Entorno de tensiones en pozo.

• Entorno de tensiones del pozo y características relacionadas con la tensión.


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Origen de las fracturas inducidas por la perforación

• Peso excesivo en la broca

• Fuerzas hidrostáticas (peso del lodo excesivo)

• Relación esfuerzo de torsión / rotación de la broca

• Cambios anómalos de temperatura

• Presiones in situ actuales


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Fracturas inducidas en Imágenes de Pozo

• Las fracturas inducidas por la perforación se desarrollan y propagan de forma paralela a la máxima tensión horizontal


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Fracturas de tensión inducidas por perforación

• La resistencia a la tracción de la roca se supera mediante tensiones concentradas en el pared del pozo.

• La presión del lodo dentro del pozo puede acentuar las tensiones de tracción y ayudar a propagar fracturas hidráulicas (inducidas por la perforación).


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Breakout del Pozo (desmoronamiento)

• Cuando solo una parte del pozo tiene una tensión mayor que su fuerza, el fracaso local crea una ruptura. Ocurre un fallo de corte localizado en el pozo en la dirección de tensión horizontal mínima.

• La falla por corte crea áreas triangulares de roca limitadas por fracturas. que fallan, agrandando y ovalizando el pozo.

• Si la zona es grande, se producirán fallas y colapso del pozo.


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Anomalía de Stress in situ


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¿Por qué es importante conocer el stress in situ?

El stress in situ afecta los procesos y decisiones vinculadas a perforación, terminación e, y desempeño productivo de pozos:

1. La estabilidad del pozo durante la perforación y las tasas de penetración dependen de la dirección de perforación con respecto a la orientación de la tensión in situ y los pesos del lodo.

2. Las zonas con sobrepresión y las fallas por debajo de la broca pueden predecirse por anomalías de stress.

3. La estabilidad del reservorio a largo plazo es esencial para minimizar la producción de arena. Esto se logra mediante perforaciones desviadas óptimamente y perforaciones direccionales basadas en la orientación del stress in situ.

4. La extensión y la dirección de la propagación de la hidro-fractura están directamente relacionadas con la tensión, orientación y estado de stress.

5. El control y la predicción de las trayectorias de los pozos suelen depender del conocimiento de magnitud y orientación del campo de tensión areal.

7. El drenaje exitoso de un reservorio fracturado puede depender en gran medida de la orientación relativa de las fracturas no mineralizadas y la tendencia de tensión in situ.


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Interpretación estructural con imágenes

El análisis estructural de pozo (con datos de imágenes) aplica las mismas metodologías que el

sistema de estudio geológico de un afloramiento:

1. Obtener una descripción general de la orientación y la forma del pozo (zonas de lavado, etc.),

2. Definir los principales "paquetes litológicos",

3. Caracterizar los planos de estratificación y determinar su actitud a lo largo de la trayectoria del pozo,

4. Las anomalías de buzamiento se investigan de cerca con respecto a su origen sedimentológico o estructural.

5. Las fracturas y los «breakout» se definen, las fracturas se orientan y se agrupan en "naturales" e "Inducidas por la perforación",

6. Se determina la tendencia de la tensión in situ de campo lejano y las anomalías localizadas.

7. Las fracturas se clasifican según su relación de orientación y su transversalidad. relación con la estratificación mecánica (bedding).

8. Los intervalos con alta frecuencia de fracturas, de anomalías de buzamiento, derrumbes, anomalías de breakout y los cambios en la trayectoria del pozo, etc. se analizan para detectar la presencia de fallas.

9. Las fallas se describen, analizan y modelan sistemáticamente en cuanto a actitud, tipo y desplazamientos.

10. Los pliegues se describen, analizan y modelan sistemáticamente en cuanto a actitud y tipos.


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Flujo de análisis estructural

• Picar y clasificar manualmente los planos (dips)

• Generar catalogo de características estructurales.

• Zonificar y definir el buzamiento estructural para cada zona y distinguir dominios estructurales.

• Interprete actitud de fallas y reconocer inconformidades.

• Generar un modelo estructural de la cercanía del pozo.

• Superponer el análisis estructural de datos sísmicos en el dominio del tiempo


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Metodología de interpretación

Análisis visual inicial de la sucesión

Revisión de datos de imágenes

Picado de planos

Límites estructurales y descripción de patrones.

Determinación de buzamiento estructural


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Metodología de interpretación

Análisis visual inicial:

- Identificar las principales zonas estructurales a partir de los datos iniciales.

- Identificar áreas que requieren un examen más detallado.

Datos requeridos:

–Resultados de primer picado automático o manuales.

–Registros de pozo abierto (cambios de litología, etc.)

– Datos de la estratigrafía (pases)

Utilice la escala VISTA GENERAL (1: 500 o 1: 1000) para identificar las principales zonas.


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Revisión de imagen:

- Breve examen de imágenes para evaluar tipos de características visibles.

- Comparación con testigos corona cuando sea posible.

- Establecer una clasificación adecuada de tipos de planos (dips).

Picado de Planos:

– picado sistemático y continuo

- Modificar tipos de planos si es necesario.

- Concéntrese en los tipos de planos "estructurales": planos en arcillas, estilolitas, fracturas, fallas, etc.

Clasificación de planos (dips)

• Los diversos entornos geológicos necesitan ser tratados diferentemente.

• La clasificación de características personalizada permite un mayor detalle y un análisis preciso.

• Identificar correctamente las diferentes características geológicas a menudo no es fácil, pero es clave para aprovechar al máximo la datos de imagen del pozo.


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Determinación del buzamiento estructural

Objetivo: Zonación del pozo y elaboración de tabla de zonas de buzamiento estructural

Técnicas empleadas:

–Reconocimiento visual de zonas estructurales (patrones de dips)

–Solo se utilizan zonas de buzamiento horizontal original (por ej.: laminación paralela en lutitas)

–Gráficos estereoscópicos para refinar la selección de zonas y

valores de buzamiento estructural

–Técnicas de "curvatura estadística" donde no existe estratificación paralela


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Evidencia del cambio en el buzamiento estructural

• Indicaciones de zonas fracturadas, fallas,

erosión, etc.?

• ¿Tendencias de rotación de los dips?

- ¿Fuerte o gradual?

• ¿Cambios en la litología o la estratigrafía?


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Limites estructurales

• Descripción de patrones:

Gráficos vectoriales de dip azimuth acumulativos («vector walkout plots", "dipvana plots") ayudan a identificar y visualizar limites estructurales.

Estos gráficos son útiles para identificar la ubicación de fallas, inconformidades etc. y

destacando secciones de dispersión de los dips.


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Resumen buzamiento estructural

El análisis estructural es el tipo más común de análisis con imágenes de pozos.

La selección manual de planos (dips) puede mejorar significativamente la calidad de un análisis y permitir una mejor identificación de fallas e inconformidades.


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Análisis de fracturas

• Fracturas conductivas: abiertas o cerradas?


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• Fracturas conductivas: abiertas o cerradas?


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• Grafico acumulativo de vectores (rumbo de fracturas)

La dirección acumulativo general del rumbo es NE-SW . Los quiebres definen bloques vinculados a fallas. A escalas mayores, los cambios en dirección pueden indicar diferentes "dominios" estructurales.


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Buzamiento estructural

• Análisis Estadístico


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Análisis de Buzamiento estructural


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Definición de zonas estructurales


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Integración con datos sísmicos


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Preguntas ????

• Ejercicio práctico


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Ejercicio Practico

En las siguientes figuras reconocer:

1- Tipos de fracturas naturales e inducidas

2- Elementos que permitan conocer la dirección de esfuerzos en ubicación de pozo

3- Zonación basada en el buzamiento estructural y posible zona de falla


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Grupo Cuyo. Roca ígnea


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Grupo Cuyo- Barda

Negra.


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Dips bed

boudary

GR

Dens - Neut - DT Caliper

Imagen

Dinámica

Imagen

Estática Roseta bed

boudary

• Grupo Neuquén compuesto de Intervalos de areniscas y pelitas.

Preguntas frecuentes

• Definir fractura, la forma de caracterizarla espacialmente y su criterio de clasificación.

• ¿Que tipos de fracturas naturales existen?

• ¿Cómo se clasifican los reservorios fracturados?

• ¿Qué es la apertura de una fractura y como se determina?

• ¿Como se relacionan los esfuerzos en el entorno de un pozo perforado?

• ¿Qué es una fractura inducida y que es un break out? ¿Cómo se relacionan entre si?

• ¿Que es el buzamiento estructural y cual es el flujo trabajo para su determinación?

• ¿Que son los limites y los dominios estructurales? ¿Con que herramientas se determinan?


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Bibliografía y Referencias

• Acosta, N. (2017). Escuela de Campo de Geología: Relación Afloramientos-Subsuelo. Apuntes y Presentaciones inéditas. Fundación YPF. Programa Universidad e Industria.

• Lofts, J.C., Evans, M., Pavlovic, M., Dymmock, S. (2002). A new micro-resistivity imaging device for use in oil based mud. SPWLA Annual Conference, Oiso, Japan. Prensky, S.E. 1999. Advances in Borehole Imaging Technology and Applications. In: Lovell, M. A.

• Service Catalog. Baker Hughes Inc. (2008). 2.1 Version.

• Thompson, L. (2000). Atlas of borehole imagery. American Association Petroleum Geologists. Data Pages Discovery Series 4, Tulsa, Oklahoma, USA.

Curso Posgrado Imágenes de Pozo.

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