UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICOPor mi raza hablar el esprituFACULTAD DE INGENIERADivisin de Ingeniera en Ciencias de la TierraOBTENCIN DE MUESTRASREPRESENTATIVAS DE LAS ROCAS DELOS YACIMIENTOS PETROLEROST E S I SQUE PARA OBTENER EL TTULO DE:I N G E N I E R A P E T R O L E R AP R E S E N T A:NADIA MNICA LPEZ GARCSDIRECTOR DE TESIS:ING. MANUELJUANVILLAMARVIGUERASCiudad Universitaria, Mxico, D.F. Noviembre2009.AGRADECIMIENTOSA mis padres Rosa y LaurentinoPor todo el apoyo, comprensin, sacrificio, consejos, paciencia y darme nimos para saliradelante en la vida con este proyecto. Sin ustedes no hubiera sido posible, los quiero mucho y estatesis es para ustedes. Mil Gracias paps hoy y siempre.A mis hermanos Alea Janet y Carlos IlichPor darme su apoyo y ayuda en todo momento y por salir adelante a pesar de las adversidadesvividas a lo largo de este camino. Los quiero mucho hermanos.A mi sobrino Jos David para quien el espacio y el tiempo es un terreno de aventuras y alegras.Mi ms sincero y especial agradecimiento a mi director de tesis, al Ing. Manuel Juan VillamarVigueras, por invertir parte de su tiempo en la revisin y orientacin de la tesis. Gracias.A mis sinodales, al Dr. Rafael Herrera Gomez, Ing. Agustn Velasco Esquivel, M.I. AlbertoHerrera Palomo, e Ing. Octavio Steffani Vargas; les agradezco sus comentarios y aportacionesrealizadas.A mi amigo Marco Antonio Silva Galicia, quien me acompao durante el proceso deformacin y de quien tuve siempre palabras de nimos en los momentos difciles.Al Ing. Luis Gerardo Garca Vela e Ing. Mauricio Galindo, por su amistad y por apoyarmecon informacin para realizar mi trabajo de tesis. GraciasA la Universidad Nacional Autnoma de Mxico y a la Facultad de Ingeniera, por darme laoportunidad por medio de las herramientas y conocimientos que imparte en sus aulas,laboratorios, bibliotecas y centros culturales, de superarme como persona y formarme comoprofesional en una maravillosa universidad.NDICEINGENIERA PETROLERAOBTENCIN DE MUESTRAS REPRESENTATIVAS DE LAS ROCAS DELOS YACIMIENTOS PETROLEROSPAGLISTA DE TABLAS Y FIGURAS iRESUMEN vINTRODUCCIN vi1.- ROCAS RELACIONADAS A LOS YACIMIENTOS PETROLEROS 11.1. ROCAS SEDIMENTARIAS. 11.1.1.Textura de las rocas sedimentarias 21.2. CLASIFICACIONES DE LAS ROCAS SEDIMENTARIAS. 21.2.1. Clasificacin de Grabau. 31.2.2. Clasificacin de Pirsson. 31.2.3. Clasificacin de Corrales Zarauza 41.3. ROCAS GENERADORAS DE HIDROCARBUROS. 61.4. ROCAS ENTRAMPADORAS DE HIDROCARBUROS 71.4.1. Rocas almacenadoras. 71.4.1.1.Principales rocas almacenadoras. 81.4.1.2. Tipos de Porosidad y Permeabilidad de rocas almacenadoras 181.4.2. Rocas sello 232.- IMPORTANCIA DE DISPONER DE MUESTRAS REPRESENTATIVASDE LAS ROCAS DE LOS YACIMIENTOS.252.1. INTRODUCCIN AL CORTE DE NCLEOS.. 252.2. LA IMPORTACIA DE NUCLEAR. 262.3. EL PROPSITO DE NUCLEAR.. 282.4. MTODOS DE NUCLEO.. 29NDICEINGENIERA PETROLERA2.5. ANLISIS DE NCLEOS EN LABORATORIO Y APLICACIN DERESULTADOS322.6. PLANEACIN DEL CORTE DE NCLEOS... 373.- ASPECTOS GENERALES RELACIONADOS AL CORTE DE NCLEOS 573.1.PERFORACIN DE UNA ROCA 573.2. BARRENAS... 613.2.1 Componentes de una barrena623.3. BARRENAS PARA LA EXTRACCIN DE NCLEOS. 683.3.1 Barrenas PDC.. 703.3.2 Barrenas con diamante natural... 733.3.3 Barrenas Ballaset.. 743.4. CONDICIONES DE OPERACIN DE LAS BARRENAS 774.- MUESTREROS DE ROCA EN POZOS PETROLEROS. 844.1. NUCLEO EN EL FONDO DEL POZO 844.1.1.Nucleo convencional. 844.1.2.Nucleo a presin. 1024.1.3.Nucleo con esponja1134.1.4.Nucleo con gel. 1214.1.5.Nucleo con manga elstica... 1274.1.6.Nucleo orientado 1384.1.7.Nucleo con lnea de acero. 1464.1.8.Nucleo con motor de fondo... 1524.1.9.Nucleo y perforacin con la misma barrena.. 1574.2. NUCLEO EN LA PARED DEL POZO... 1604.2.1. Herramienta de muestreo de pared por percusin. 1624.2.2. Herramienta de muestreo de pared por rotacin167NDICEINGENIERA PETROLERA4.3. NUCLEO EN AGUAS PROFUNDAS. 1724.3.1. Barril muestreador rotario bsico.. 1764.3.2. Nucleo de pistn avanzado.. 1774.3.3. Barril muestreador extendido. 1804.3.4. Barril muestreador con diamantes1824.3.5 Muestreador con motor de fondo.. 1844.4. NUCLEO Y TOMA DE REGISTROS SIMULTANEAMENTE4.5. RESUMEN DE ASPECTOS RELACIONADOS A LOS MUESTREADORES DEFONDO Y DE PARED..186193CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.. 195BIBLIOGRAFA197LISTA DE TABLAS Y FIGURASiLISTA DE TABLAS PAGTabla 1.1 Clasificacin de las rocas sedimentarias segn grabau3Tabla 1.2 Clasificacin de las rocas sedimentarias detrticas segn Corrales Zarauza.5Tabla 1.3 Clasificacin de rocas sedimentarias no detrticas segn Corrales Zarauza.5Tabla 1.4 Clasificacin de rocas carbonatadas propuesta por Dunham.12Tabla 1.5 Los once tipos principales de rocas carbonatadas de Folk. 13Tabla 1.6 Clasificacin de rocas carbonatadas propuesta por Folk. 14Tabla 1.7 Clasificacin de rocas carbonatadas con base en el tamao de grano segn folk.15Tabla 1.8 Comparacin de la porosidad entre areniscas y carbonatos publicada por choquette y pray17Tabla 1.9 Porosidades tpicas para rocas sedimentarias clsticas con terrgenos comunes y paraacumulaciones de sedimento no consolidado.20Tabla 1.10 Clasificacin de la porosidad en rocas carbonatadas presentada por Choquette y Pray21Tabla 2.1 Anlisis de laboratorio sobre muestras de rocas y aplicacin de resultados en reastcnicas de geologa y geofsica.33Tabla 2.2 Anlisis en laboratorio sobre muestras de rocas y aplicacin de resultados en reastcnicas de perforacin, terminacin y reparacin de pozos.34Tabla 2.3 Anlisis en laboratorio sobre muestras de rocas y aplicacin de resultados en reastcnicas de caracterizacin, comportamiento y simulacin de yacimientos.35Tabla 2.4 Anlisis de laboratorio sobre muestras de roca y aplicacin de resultados en reastcnicas de produccin.36Tabla 2.5 Ventajas y limitaciones de los diferentes tipos de muestreo.42Tabla 2.6 Hoja de registro con informacin importante que debe enviarse al laboratorio junto con losncleos.51Tabla 3.1 Muestra el grado de dureza y abrasividad de algunas rocas sedimentarias.59Tabla 3.2 Constantes elsticas dinmicas de las rocas.61Tabla 3.3 Tipos de barrenas para la obtencin de ncleos.70Tabla 3.4 Caractersticas de las barrenas muestreadoras PDC.71Tabla 3.5 Caractersticas de las barrenas muestreadoras con diamante natural.73Tabla 3.6 Caractersticas de las barrenas muestreadoras ballaset.75Tabla 3.7 Seleccin de barrenas nucleadoras basndose en la litologa.76Tabla 4.1 Tamaos de barriles muestreadores convencionales. 88Tabla 4.2 Tipos y caractersticas de tubos o fundas del barril interno. 90Tabla 4.3 Variedad de tamaos del barril nucleador con esponja.118Tabla 4.4 Muestra el mejoramiento de datos de saturacin y mojabilidad del ncleo obtenido pormedio del sistema con gel.122Tabla 4.5 Caractersticas y beneficios del muestreo con gel.125Tabla 4.6 Especificaciones de la herramienta de medicin electrnica magntica.144Tabla 4.7 Dimetros de herramientas y de ncleos relacionados al muestreo con lnea de acero148Tabla 4.8 Especificaciones del sistema integral de nucleo con motor de fondo156Tabla 4.9 Caractersticas de la herramienta de rotacin para cortar ncleos de pared170Tabla 4.10 Especificaciones tcnicas de las herramientas de muestreo de rocas rcb, apc, xcb182Tabla 4.11Tabla 4.12Caractersticas tcnicas del barril nucleador con motor de fondoCaractersticas generales de los diferentes muestreadores de ncleo de fondo y de pared185193LISTA DE TABLAS Y FIGURASiiLISTA DE FIGURASFigura 2.1 Lugar donde se almacenan los ncleos.28Figura 2.2 Mesa de trabajo para colocar, observar y seleccionar los ncleos en el laboratorio. 36Figura 2.3 Aspecto geolgico y petrofsico de los sedimentos de un ambiente Deltaico. 43Figura 2.4 Tubo sellado hermticamente. 53Figura 2.5 Bolsas plsticas con sello hermtico.54Figura 2.6 Cajas de congelamiento.54Figura 2.7 Estas cajas pueden ser utilizadas para transporte terrestre o puestas dentro de unarmazn de hierro para transporte martimo.56Figura 3.1 La roca falla por esfuerzos de corte.62Figura 3.2 La roca falla por esfuerzos compresivos.62Figura 3.3 Partes esenciales de una barrena tricnica.63Figura 3.4 Partes esenciales de una barrena PDC.63Figura 3.5 Barrena bicntrica.64Figura 3.6 Barrena ampliadora.64Figura 3.7 Grfica comparativa de eficiencia en trminos de la energa especfica.66Figura 3.8 Diferentes tipos de cortadores. 70Figura 3.9 Ncleo cortado con la barrena anti-giro.72Figura 3.10 Ncleo cortado con la barrena convencional de giro. 72Figura 3.11 Peso de la barrena recomendado para barrenas muestreadoras.79Figura 3.12 Muestra la relacin entre la velocidad de rotacin (rpm) y los tipos de rocas.81Figura 4.1 Elementos importantes de un barril convencional.86Figura 4.2 Partes internas importantes del barril nucleador convencional.87Figura 4.3 Diseo de diversos atrapancleos convencionales.91Figura 4.4 Estabilizadores: (a) bordes rectos, (b) bordes en espiral y (c) bordes de metal de altadureza.93Figura 4.5 Ensamblaje del barril nucleador interno.95Figura 4.6 Etapas de las operaciones antes de empezar el muestreo.96Figura 4.7 Etapas de las operaciones durante el muestreo.98Figura 4.8 Diagrama donde se muestra: a) la operacin de nucleo y b) la recuperacin del ncleo delfondo del agujero.100Figura 4.9 Barril muestrero de ncleos a presin. 104Figura 4.10 Descarga en la cara de la barrena.108Figura 4.11 Esquema del sistema de muestreo a presin, en la parte derecha se observa laherramienta una vez tomada la muestra, se activa el sistema de recuperacin, el barrilnucleador se retrae y la vlvula de bola se cierra.110Figura 4.12 Barril nucleador con esponja.114Figura 4.13 Partes esenciales del barril con esponja.115Figura 4.14 Corte transversal del tubo de aluminio con la esponja y el ncleo.115Figura 4.15 Muestra (a) un atrapador de ncleos de bola y (b) un tapn especial.116Figura 4.16 Seccin del tubo de aluminio con esponja y ncleo. 117LISTA DE TABLAS Y FIGURASiiiFigura 4.17 Cambios de saturacin de fluidos en el ncleo por cambios de presin y temperatura alllevarlo a la superficie.119Figura 4.18 Ensamblado para la preservacin del ncleo en el fondo del pozo: (a) pistn del barrilinterior cerrado antes del encapsulado del ncleo, (b) vlvula liberadora de gel abierta, (C)encapsulacin del gel y preservacin del ncleo.123Figura 4.19 Muestra la trayectoria del fluido de perforacin y del gel antes y durante la toma de lamuestra.124Figura 4.20 Barril nucleador para formaciones suaves y deleznables. 130Figura 4.21 Situacin del barril nucleador de manga elstica en el fondo del pozo.132Figura 4.22 Situacin del barril nucleador de manga elastica nucleando.132Figura 4.23 Situacin del barril nucleador con manga elstica en la recuperacin del ncleo. 133Figura 4.24 Atrapancleos Hydrolift de cierre total. 134Figura 4.25 Mecanismo de recuperacin con el atrapancleos hydrolift de cierre total.135Figura 4.26 Muestreo orientado.138Figura 4.27 Lneas de orientacin marcadas en el ncleo.139Figura 4.28 Barril para corte de ncleo orientado.140Figura 4.29 Partes internas esenciales del barril para corte de ncleo orientado.141Figura 4.30 Atrapancleos orientado con tres marcadores de tungsteno de carbn.142Figura 4.31 Tipos de zapatas trazadoras para varios tipos de formacin.142Figura 4.32 Herramienta de medicin electrnica magntica.144Figura 4.33 Herramienta modular magntica.145Figura 4.34 Barril muestreador para lnea de acero.147Figura 4.35 Tapn perforador solo y ensamblado.148Figura 4.36 Ncleo inmediatamente despus de removerlo del barril muestreador. 149Figura 4.37 Ejemplo de una buena recuperacin en ncleo fracturado en calizas duras.149Figura 4.38 Esquemas que muestran las etapas de nucleo y de perforacin, utilizando tapnperforador, con equipo para lnea de acero.150Figura 4.39 Sistema integral de nucleo con motor de fondo.154Figura 4.40 Elemento para cada de canica.154Figura 4.41 Estabilizadores.155Figura 4.42 Barrena nucleadora con tapn removible (a)acondicionada para nucleary (b)acondicionada para perforar.157Figura 4.43 Muestra la herramienta perforadora-nucleadora con elementos para tomar registros derayos gamma, as como direccionales y de inclinacin.158Figura 4.44 Barril nucleador de pared por percusin. 162Figura 4.45 a) se encuentra la carga lista para ser disparada; b) se ha disparado el pequeo barrilmuestreador y c) se recupera la muestra.163Figura 4.46 Muestra el can con la serie de pistolas con los cilindros donde se aloja la muestra164Figura 4.47 Herramienta de muestreo de pared por percusin.165Figura 4.48 Muestras de ncleos de pared de pozo obtenidas por el mtodo de rotacin.167Figura 4.49 Muestreador mecnico rotario de pared.168LISTA DE TABLAS Y FIGURASivFigura 4.50 Mecanismo de la toma del ncleo de pared por rotacin.169Figura 4.51 Pequeas barrenas muestreadoras de pared de pozo.169Figura 4.52 Esquema de la herramienta RCB y componentes principales, la imagen muestra elesquema de trabajo de la herramienta.176Figura 4.53 Esquema del funcionamiento de la herramienta APC y sus componentes principales. (a)antes de la recuperacin del ncleo, (b) durante la recuperacin del ncleo.178Figura 4.54 Calidad de ncleos: (a) obtenido por mtodo rotario y (b) obtenido por pistn.179Figura 4.55 Esquemas de la herramienta XCB en dos escenarios diferentes, a la izquierda se tiene elesquema de la herramienta utilizada en sedimentos suaves, a la derecha en sedimentosms consolidados.180Figura 4.56 Esquema de operacin de la herramienta ADCB y sus principales componentes.183Figura 4.57 Esquema del barril nucleador con motor de fondo y sus componentes principales. Seaprecia en la figura el funcionamiento del barril muestreador interno.185Figura 4.58 Sistema de corte de ncleo y toma de registro de resistividad durante el nucleado.189Figura 4.59 Esquema de la tecnologa LWC.190Figura 4.60 Ilustracin de un ensamble de fondo de pozo LWC. 191RESUMENvRESUMENEsta tesis tiene como objetivo reunir y describir las etapas principales de trabajo para laextraccin de ncleos en los pozos petroleros: a) planificacin, b) corte, c) manejo y d)preservacin de ellos, para obtener muestras de roca representativas de la formacin de inters,minimizando la alteracin fsica del ncleo, desde su extraccin hasta que es entregado allaboratorio. Tambin se consideran las aplicaciones que tienen la informacin y los resultadosobtenidos de los ncleos mediante pruebas realizadas en el laboratorio.El contenido del trabajo se presenta en cuatro captulos.En el primer captulo, se definen conceptos bsicos, que permiten comprender la importancia delas caractersticas de las rocas sedimentarias, para poder deducir la distribucin y la estructurainterna de las diversas formaciones sedimentarias acumuladoras de hidrocarburos.El segundo captulo, resume la informacin sobre la planificacin de la extraccin de muestrasrepresentativas de la formacin. Se considera la necesidad de tomar ncleos segn el tipo yubicacin del pozo, los tipos de ncleos que se pretenden obtener, la cantidad de ellos, as comosu proteccin y su preservacin, para que no se daen durante el transporte desde el pozo hastael laboratorio y se conserven en buenas condiciones el tiempo que estarn almacenados.En el tercer captulo, se definen conceptos importantes sobre los parmetros propios de laoperacin del corte de ncleos en un pozo para lograr una extraccin eficiente.El cuarto captulo, presenta un panorama de la tecnologa del corte de ncleos, que haavanzado en forma considerable para maximizar las recuperaciones de los diferentes tipos derocas y, a la vez, minimizar el dao en el ncleo, dependiendo de las caractersticas propias dela roca a muestrear. Se describen brevemente y en forma general equipos muestreadores y lasoperaciones de campo correspondientes.Al final del trabajo se hacen algunos comentarios con respecto a las conclusiones alcanzadas ya las recomendaciones que se juzga conveniente hacer. Asimismo, se incluye una relacin de labibliografa consultada.INTRODUCCINviINTRODUCCINDurante dcadas, la industria petrolera se ha visto obligada a mantener una continua evolucin,invirtindo grandes cantidades de recursos en la investigacin. Estos esfuerzos han llevado aldesarrollo de nuevas tcnicas que hoy por hoy hacen posible mejorar la explotacin de los campospetroleros. Estas nuevas tcnicas han basado su desarrollo en el avance de distintas ramas de laciencia, como: sistemas de cmputo, ingeniera de materiales, sistema de comunicacin satelital,estandarizacin de procedimientos, sistemas de control y monitoreo en tiempo real, entre otras.La evaluacin de los yacimientos de hidrocarburos que se encuentran tanto en rocas carbonatadas,como en siliciclsticas (predominantemente areniscas y lutitas)ha sido prioridad para losinvestigadores y productores de petrleo y gas. En todo el mundo, los yacimientos localizados enesos tipos de roca son de gran importancia en el mbito petrolero. Es de suma importancia que elIngeniero Petrolero conozca, lo mejor posible, todas las caractersticas y propiedades de talesyacimientos.La comprensin de la historia de las rocas sedimentarias que almacenan aceite y/o gas ofrecemuchas ventajas a los especialistas involucrados en todas las etapas de la vida productiva de losyacimientos, desde la exploracin hasta el abandono.Para entender mejor el comportamiento de tales yacimientos y establecer procesos de recuperacinms eficientes, desde el inicio de su explotacin hasta las etapas avanzadas, se requiere conocerlas caractersticas ms importantes de la roca, que permitan evaluar el potencial de las formaciones.Con la mayor informacin posible de las rocas, obtenida de varias fuentes, como lo es a travs delanlisis de ncleos, se genera un modelo geolgicopetrofsico del yacimiento.El anlisis de ncleos es un componente importante en la evaluacin de la formacin y en lacaracterizacin de los yacimientos, especialmente cuando se estn desarrollando yacimientoscomplejos.En la industria petrolera se dispone de tecnologa para la extraccin de ncleos, la cual ofrece unagran variedad de sistemas para la obtencin de muestras de rocas que, combinados con una seriede procedimientos, hacen factible obtener ncleos de alta calidad, a costos razonables, paradiferentes tipos de aplicacin. Con muestras de calidad se podrn determinar y comprender mejorlas caractersticas de las formaciones con el fin de poder alcanzar los objetivos de produccin.En esta tesis se consideran diversos aspectos importantes para lograr que en la superficie se tenganmuestras de roca representativas de los yacimientos petroleros.CAPTULO 1~ 1 ~1 1. . R RO OC CA AS S R RE EL LA AC CI IO ON NA AD DA AS S A A L LO OS S Y YA AC CI IM MI IE EN NT TO OS SP PE ET TR RO OL LE ER RO OS S1.1 ROCAS SEDIMENTARIASLas rocas de la corteza terrestre son de origen gneo o sedimentario, o bien, son losequivalentes metamrficos de ellas. Las rocas gneas son resultado del enfriamiento y solidificacindel magma; las que se muestran en la superficie estn expuestas a agentes que tienden adestruirlas. Partes de ellas son disueltas, otras partes se descomponen dando lugar a nuevosminerales y otras mas se rompen en fragmentos.Las rocas sedimentarias clsticas estn formadas a partir de la desintegracin o descomposicin derocas pre-existentes. Cuando los materiales erosionados y transportados se depositan formancuerpos no consolidados de arena, grava y lodos. Frecuentemente, las rocas sedimentarias seencuentran dispuestas en capas o estratos. Se ha observado que las rocas sedimentarias clsticasse depositan en forma de capas individuales, sensiblemente horizontales, superpuestas. A estehecho se le denomina estratificacin; es una propiedad exclusiva de tales rocas sedimentarias y esuna de sus caractersticas.La formacin de rocas sedimentarias clsticas se inicia con el intemperismo fsico (mecnico) oqumico y biolgico de rocas existentes. Los productos del intemperismo constituyen la materiaprima de tales rocas sedimentarias. Los agentes erosivos (de transporte), ros, viento, glaciares,corrientes ocenicas desplazan los materiales intemperizados hasta su depositacin. Posteriormenteson transformados en rocas (litificacin).Los productos resultantes de esta destruccin se pueden colocar principalmente en 3 grandesgrupos litolgicos: Arcillas, limos y Arenas (incluye gravas y fragmentos ms grandes). Si en lasrocas pre-existentes que fueron erosionadas haba rocas formadas por carbonatos, habr tambinpartculas de este material en las rocas clsticas.Captulo 1.Rocas relacionadas a los yacimientos petrolerosUNAM - FI ~ 2 ~Cada uno de estos productos est sujeto a un transporte largo o corto hasta que finalmente llegan asu lugar de depsito. En este lugar son cementados, compactados o recristalizados formando lasrocas del grupo sedimentario clstico.Los tres grupos ms comunes son de las arcillas, lmos y arenas; otros minerales menos comunesson: carbonatos de calcio, dolomita, halita, yeso y anhidrita, feldespatos, micas y minerales de fierroy materia orgnica.1 1. .1 1. .1 1 T TE EX XT TU UR RA A D DE E L LA AS S R RO OC CA AS S S SE ED DI IM ME EN NT TA AR RI IA AS SSe refiere al tamao, forma y arreglo de las partculas que la constituyen. Las cuales se dividen en: Textura Clstica: La forma y tamao de las partculas (sedimentos) es determinante en lanaturaleza de la roca resultante. De acuerdo con el tamao de las partculas de sedimentos clsticoses el tipo de roca sedimentaria. Textura No Clstica:Tiene una apariencia cristalina en la cuallos granos estnentrelazados. Los cristales que se precipitan de una solucin acuosa son muy pequeos aunquepueden crecer por presin; es comn una apariencia similar a las rocas gneas cristalinas; deacuerdo con el tamao de los cristales pueden ser de grano fino (menos de 1 mm), medio (1 a 5mm) o grueso (ms de 5mm).1.2 CLASIFICACIONES DE LAS ROCAS SEDIMENTARIASExiste confusin en los nombre de los sedimentos despus que han sido litificados ytransformados en rocas, es conveniente sealar las bases utilizadas para la clasificacin. Acontinuacin es importante sealar las bases utilizadas para las clasificaciones ms conocidas:Captulo 1.Rocas relacionadas a los yacimientos petrolerosUNAM - FI ~ 3 ~1 1. .2 2. .1 1 C CL LA AS SI IF FI IC CA AC CI I N N D DE E G GR RA AB BA AU UEs un ejemplo de clasificacin gentica que considera a las rocas en dos grandes grupos: exgenas(formadas por fuerzas externas: erosin y transporte de las partculas), endgenas (formadas porfenmenos qumicos y crecimientos orgnicos), como se muestra en la Tabla 1.1.Tabla 1.1. Clasificacin de las rocas sedimentarias segn Grabau.GRUPO CLASE ORIGENExgenasPiroclastos Acumulacin de partculas slidas expulsadas por volcanes.Autoclastos Material triturado por fallas.Atmoclastos Material residual del intemperismo.Anemoclastos Acumulacin de material acarreado por el viento.Hidroclastos Acumulacin de material acarreado por el agua.Bioclastos Acumulacin de restos orgnicos.EndgenasHidrolitos Precipitacin qumicaBiolitos Accin de organismos o procesos bioqucos1 1. .2 2. .2 2 C CL LA AS SI IF FI IC CA AC CI I N N D DE E P PI IR RS SS SO ON NSe basa en dos peculiaridades principales: modo de formacin y composicin de las caractersticasfsicas.A. Sedimentos de origen mecnico.1. Depsito de origen acuoso.a. Conglomerados y brechas.b. Areniscas y arenas.c. Lutitas y arcillas.2. Depsito de origen terrestre.a. Loess.b. Dunas de arenas.Captulo 1.Rocas relacionadas a los yacimientos petrolerosUNAM - FI ~ 4 ~B. Sedimentos de origen qumico formados a partir de soluciones.1. Concentracin.a. Sulfatos: yeso y anhidrita.b. Cloruros: halita (sal de roca).c. Slice: calcedonia, etc.d. Carbonatos: calizas, travertino.e. Minerales de fierro :rocas ferruginosas:.2. Orgnicas formadas a travs de la accin de plantas y animales.a. Carbonatos: calizas de varios tipos.b. Slice: calcedonia, diatomita, tierras de radiolarios.c. Fosfatos: roca fosftica.d. Carbn: rocas de serie carbonfera.1 1. .2 2. .3 3 C CL LA AS SI IF FI IC CA AC CI I N N D DE E C CO OR RR RA AL LE ES S Z ZA AR RA AU UZ ZA A. .Divide a las rocas en dos grandes grupos: rocas detrticas y rocas no detrticas, limitando dosgrandes grupos de caractersticas diferentes. De las rocas detrticas se establecen tres subgrupos oclases de acuerdo al tamao: ruditas, arenita y lutita. Dentro de las rocas no detrticas se establecenseis divisiones o clases a partir de la composicin qumica. Ver Tablas 1.2 y 1.3.La clasificacin de las rocas carbonatadas se presenta en el apartado B.1.Captulo 1.Rocas relacionadas a los yacimientos petrolerosUNAM - FI ~ 5 ~Tabla 1.2. Clasificacin de las rocas sedimentarias detrticas segn Corrales Zarauza.GRUPO mm. ClaseSedimento yTamao TexturalCompactadaCriterios deSubdivisinROCASDETRITICAS256RuditasBloquesGravaSegn forma:Conglomerado(redondeado)Brecha(angulosos)1. Gnesis.2. Composicin decantos.2 Cantos1/2*ArenitasArena muy gruesaArenisca1. Composicin.% de cuarzo% de feldespatos% de fragmentos de rocas% de matriz detrtica2. Gnesis1 Arena gruesa1/4 Arena media1/8 Arena fina1/16 Arena muy fina1/256*LutitasLimo Limolita1. Color.2. Composicin.3. Textura.*las clases marcadas con asterisco forman en total ms del 99% de las rocas sedimentarias.Tabla 1.3. Clasificacin de rocas sedimentarias no detrticas segn Corrales Zarauza.GRUPO CLASE CRITERIOS DE SUBDIVISINROCASNODETRTICAS* Rocas Carbonatadas1. Composicin2. TexturaEvaporitas 1. ComposicinRocas Silceas de origen orgnico y qumico1. Gnesis2. ComposicinRocas Aluminio - Ferruginosas de origen qumico1. Composicin2. GnesisRocas organogenas1. Composicin2. Textura y Estado FsicoRocas Fosfatadas1. Textura y Estructura2. Gnesis*las clases marcadas con asterisco forman en total ms del 99% de las rocas sedimentarias.Captulo 1.Rocas relacionadas a los yacimientos petrolerosUNAM - FI ~ 6 ~1.3 ROCAS GENERADORAS DE HIDROCARBUROSLa generacin de petrleo y la migracin primaria del mismo, se efectan en la roca generadora. Ladeterminacin de una roca generadora esta basada en:1. Su contenido de materia orgnica.2. El tipo de materia orgnica.El anlisis ptico permite definir cualitativa y cuantitativamente cuatro tipos de materia orgnica: Algceo Herbceo Leoso CarbonosoLa predominancia de la materia orgnica de los tipos algceos y/o herbceos, permite considerar ala roca como generadora de hidrocarburos lquidos; asimismo los tipos leosos y carbonosos danlugar a hidrocarburos gaseosos. Si el residuo palinolgico contiene materia mixta, entoncespodemos considerar a la roca como generadora de de petrleo y gas.Materia Orgnica. Comprende una fraccin soluble en solventes orgnicos (tetracloruro de carbono,acetona, etc.) y una fraccin insoluble. La segunda se refiere a la materia orgnica de las lutitasbituminosas.El Kergeno es la forma mas abundante de materia orgnica fsil, existen en forma dispersa en lasrocas y es la fuente del petrleo y del gas, as como el constituyente orgnico de las lutitasbituminosas. A partir de un kergeno determinado se forman, por una parte, los hidrocarburos ricosen hidrgeno y, por otra, un kergeno residual, sobre todo poliaromtico y pobre en hidrgeno.La calidad de un kergeno, es decir su capacidad para producir petrleo o gas, depende en primerlugar de su composicin original. Un kergeno rico en hidrgeno y en cadenas alifticas, puedeproporcionar una cantidad importante de aceite y despus de gas si est sepultado a unaprofundidad suficiente, principalmente si la materia orgnica es derivada delfiltoplacton, como lasalgas o las bacterias. Por el contrario, un kergeno pobre en hidrgeno; constituido principalmentede material poliaromtico y de grupos funcionales oxigenados, posee un bajo potencial de aceite; sinembargo, podr producir gas por cracking a gran profundidad.Captulo 1.Rocas relacionadas a los yacimientos petrolerosUNAM - FI ~ 7 ~1.4 ROCAS ENTRAMPADORAS DE HIDROCARBUROS1 1. .4 4. .1 1 R RO OC CA AS S A AL LM MA AC CE EN NA AD DO OR RA AS SEs aquella roca que sea capaz de almacenar a los hidrocarburos. Generalmente tienen unaextensin geogrfica mayor que la de los yacimientos, debido a que stos estn restringidos a latrampa. La mayor parte de las acumulaciones de petrleo en el mundo se encuentran en rocasalmacenadoras clsticas o detrticas, incluyendo las areniscas, pero en Mxico la mayor produccinproviene de rocas carbonatadas.Para que un cuerpo o estrato pueda considerarse como almacenador debe de ser: Poroso:Poseerespaciossuficientespara almacenarun volumen considerable dehidrocarburos. La porosidad de las rocas de yacimiento o almacenadoras, normalmente quedadentro del intervalo de 5% a 30%. La porosidad de la roca carbonatada frecuentemente es algomenor que en las areniscas, pero la permeabilidad de los carbonatos puede ser superior porpresencia de fracturas. Permeable: Sus poros deben estar interconectados de manera que cedan fcilmente loshidrocarburos al ser alcanzados por un pozo. Para que la roca sea permeable debe contener poros oespacios comunicados que permitan el movimiento del agua, aceite o gas. Mostrar cierta continuidad lateral y vertical: Las caractersticas almacenadoras de una rocapueden ser originales como la porosidad intergranular de las areniscas, o secundarias resultantes decambios qumicos, como la disolucin en las calizas, o por esfuerzos, como el fracturamiento decualquier tipo de rocas. Los cambios secundarios pueden aumentar la capacidad almacenadora deuna roca o puede provocarla en rocas que no tenan originalmente.Captulo 1.Rocas relacionadas a los yacimientos petrolerosUNAM - FI ~ 8 ~1.4.1.1 Principales Rocas AlmacenadorasLa mayor parte de las reservas mundiales de aceite y gas se encuentran en rocas almacenadorasdetrticas o qumicas. En el primer grupo, las representantes ms importantes son las areniscas; enelsegundo grupo,est representado pordolomas y calizas,a las que en lo sucesivodenominaremos rocas carbonatadas.A. Areniscas.Las areniscas se presentan en una variedad de consolidaciones y en algunas partes del pas,presentan texturas muy heterogneas. Aunque la mayor parte de las areniscas son de granos muyfinos a medios; por lo general, los ncleos tomados de yacimientos en areniscas tienen mayornmero de servicios a realizar una vez que llega al laboratorio. Son mucho ms susceptibles adaos de formacin debido a la delicadeza de su mineraloga, y la tortuosidad de su sistema deporo. Por lo mismo, la tortuosidad de su sistema de poro requiere mayor nmero de herramientaspara caracterizar dicho sistema y conocer su efectividad para trasmitir fluidos.Areniscas consolidadasLas areniscas consolidadas por lo general son las que tienen de moderada a baja porosidad ypermeabilidad. Debido a su calidad de roca, de regular a pobre, frecuentemente se les realizanestimulaciones para mejorar la produccin de las mismas.Losestudios dellaboratorio dedicadosa suministrarinformacin para eldiseo de lasestimulaciones de los yacimientos frecuentemente requieren que el ncleo sea tomado con unatcnica para orientarlo y preservarlo desde la boca del pozo. En otras instancias, dependiendo delobjetivo de la toma del ncleo y las pruebas del laboratorio programadas, es posible que el ncleoconsolidado no requiera preservacin alguna.Los ncleos de arenisca consolidada impregnados con aceite, por ejemplo los de Chicontepec,siempre deben contar con preservacin realizada en el pozo. Frecuentemente los ncleos de lacuenca de Burgos no requieren preservacin.Captulo 1.Rocas relacionadas a los yacimientos petrolerosUNAM - FI ~ 9 ~La mayor parte de las areniscas consolidadas son productoras en la cuenca de Burgos y en elpaleocanal de Chicontepec. Otras de menor importancia existen en la subcuenca de Macuspana, lacuenca de Misantla y la cuenca terciaria de Veracruz. Las cuencas de Misantla, Veracruz yMacuspana cuenten con areniscas friables que son, o que potencialmente pueden ser prolferaspara la produccin de aceite y gas. A veces, estas areniscas resultan no consolidadas.Areniscas no consolidadasCuando se sospecha que el ncleo puede presentar sedimentos deleznables, muy friables o noconsolidados, se debe programar su corte, preservacin y manejo en forma muy especial. Ms del90% de los ncleos cortados en areniscas deleznables en Mxico hasta la fecha de la publicacinde esta gua, han sufrido daos irreparables antes de llegar al laboratorio. Desde un corte brusco,lavado de los sedimentos frente la corona, el viaje a la superficie, su manejo en la superficie, la faltade estabilizacin en el pozo, todo permite un reacomodo de los granos de las areniscas produciendoun empacamiento de granos no representativo del yacimiento. La textura de las arenas (tamao degrano, clasificacin de granos, angulosidad y esfericidad) con poca o nula arcilla define muchas delas caractersticas (reserva y comportamiento de produccin) de las areniscas.La alteracin de estas texturas por descuido en la planificacin de la toma del ncleo representa ungasto innecesario y una prdida para la empresa.La mayor parte de las areniscas no consolidadas han sido productivas en la Regin MarinaSuroeste, en las cuencas de Macuspana, Reforma Comalcalco, Istmos de Salinas. Por lo general seencuentran a profundidades menores a 2000 metros en las cuencas mencionadas.B. Carbonatos.Los yacimientos en carbonatos tienen una gran variedad de texturas y sistemas porosos. Muchas delasrocascarbonatadastienen textura cristalina bastante compacta con poca porosidad,exceptuando aquellas que tienen presencia de fracturas. Por lo general, estas rocas son fciles demanejar en cuanto a su preservacin en el pozo. La preservacin que requieren estos tipos de calizacuando estn impregnados con aceite tiene la finalidad de prevenir la oxidacin de crudo.Captulo 1.Rocas relacionadas a los yacimientos petrolerosUNAM - FI ~ 10 ~Su sistema poroso de matriz por lo general cuenta con gargantas de poros pequeas, son de bajapermeabilidad de matriz, entonces en algunos casos cuando transcurre poco tiempo entre larecuperacin del ncleo y su llegada al laboratorio, no se requiere preservacin alguna (slo colocartapas en los extremos de los tubos antes de despachar al laboratorio).Los carbonatos con texturas ms complejas, incluyendo porosidad por disolucin (brechas, porejemplo), son mucho ms delicados, y si estn impregnados con aceite, se requiere mantener elaceite aislado del aire con una preservacin adecuada. La preservacin cumple el objetivo de evitaroxidacin del aceite que podra provocar cambios de mojabilidad y para facilitar la limpieza deaquellas muestras que las requieren.La preservacin debe ser realizada de tal manera que no afecte la porosidad de la roca, bien seaporosidad formada por fracturas abiertas o por cavidades de disolucin. La inyeccin de sustanciasde preservacin daa la porosidad, reducindola a valores menores que su estado natural. Estoafecta todas las mediciones realizadas sobre el ncleo en el laboratorio.La anisotropa de la transmisibilidad de los fluidos en los yacimientos de rocas carbonatadas debeser tomada en cuenta en la planificacin del nucleo si la medicin del mismo es importante para eldesarrollo o explotacin del yacimiento. Los sistemas de fracturas frecuentemente presentes enyacimientos de calizas y dolomas son caracterizados mediante un ncleo orientado. Los ncleospueden ser orientados cuando se tomen, o posteriormente en el laboratorio.En cualquiera de los dos casos, el ncleo requiere un manejo inicial (desde el pozo) particular paraasegurar que se obtenga la mejor informacin de los estudios del laboratorio.La mayor parte de los niveles Mesozoicos productivos son del sur del pas, en los estados deTabasco y Campeche, aunque tambin existen en la plataforma de Crdoba, parte de la Faja deOro, Sur de Tamaulipas, y la cuenca de Sabinas.Captulo 1.Rocas relacionadas a los yacimientos petrolerosUNAM - FI ~ 11 ~B.1. Clasificacin de Rocas Carbonatadas.Existen tres clasificaciones de mayor uso en la actualidad, cada una se enfoca o hace nfasis en unaspecto diferente, pero las tres se fundamentan en la clasificacin de Dunham, basada en la texturay es la ms ampliamente usada. Las clasificaciones son: Clasificacin de DunhamEsta clasificacin identifica una muestra de roca fcilmente de acuerdo a los siete trminos quepropone Dunham los cuales son presentados a continuacin y en la Tabla 1.4. Mudstone: Rocas que a simple vista se detecta que en su mayora estn formadas por lodocarbonatado, los granos (fsiles, ooides, etc.) son menos del 10% de la roca. Wackestone: Los granos ya son un porcentaje mayor al 10% de la roca, y estn soportadospor lodo, esto es como si flotaran en una matriz de lodo. Packestone: Tiene una gran cantidad de granos con lodo entre ellos, ya no son soportadospor el lodo sino por granos. Grainstone: La cantidad de granos es superior a la de un packestone, con esparita entreellos y con muy poco o casi nada de lodo (fango microcristalino). Floatstone: 10% o ms de los granos son mayores a 2 milmetros de dimetro y la matriz esde lodo. (como un Packestone) Rudestone: 10% o ms de los granos son mayores a 2 milmetros de dimetro y la matriz esde esparita. (como un Grainstone) Boundstone: Los componentes orgnicos originales se consolidan en la roca desde sudepositacin (como son colonias de corales y estromatolitos).Captulo 1.Rocas relacionadas a los yacimientos petrolerosUNAM - FI ~ 12 ~Tabla 1.4. Clasificacin de rocas carbonatadas propuesta por Dunham.LA TEXTURA ORIGINAL DEL DEPSITOES RECONOCIBLELA TEXTURA NOSE RECONOCELos componentes originales no estn soldadosComponentescementadosCARBONATOSCRISTALINOSContiene lodo Sin lodoBOUNDSTONESostenida por lodo Sostenida por granos% Granos vs MatrizPACKSTONEGRAINSTONE10% GranosMUDSTONEWACKESTONE Clasificacin de Folk.Hace una divisin prctica en tres familias principales de calizas determinando las diferentesproporciones de los tres miembros externos. En la Tabla 1.5 se puede observar la clasificacin deacuerdo a estas familias.Aloqumicos (Espticas y Microcristalinas). Son partculas carbonatadas procedentes de lapropia cuenca, entre las que Folk distingue:Intraclastos. Fragmentos de sedimento carbonatado parcialmente compactado. Tamaoarena o rudita y forma variada.Oolitos. Partculas esferoidales y ovoides con estructura radial y/o concntrica.Fsiles. Caparazones o restos de organismos sin romper. En el caso de estos fragmentos seles consideran interclastos.Pelets. Partculas en forma esferoidal de tamao de limo o arenas, sin estructura interna.Captulo 1.Rocas relacionadas a los yacimientos petrolerosUNAM - FI ~ 13 ~Ortoqumicos.Micrita. Lodo de calcita microcristalina. Cristales de 1 4 micras. Producto de precipitacinqumica o bioqumica que puede constituir sedimentos o rocas o formar matriz de rocascarbonatadas con abundancia de aloqumicos.Esparita. Es elcemento de calcita con cristales superiores a 10 micras,claros almicroscopio.Tabla 1.5. Los once tipos principales de rocas carbonatadas de Folk.Estas son las tres familias que se determinan con base en el contenido de sus miembros externos,pero debido a que algunas calizas estn en parte, constituidas por estructuras orgnicas quecrecieron in situ y formaron una masa resistente durante su crecimiento, tales como los biohermas,se clasifican en una cuarta familia debido a su modo gnesis nico, y estas rocas son denominadasBiolitas.Captulo 1.Rocas relacionadas a los yacimientos petrolerosUNAM - FI ~ 14 ~En la siguiente Tabla 1.6 se presenta la clasificacin para rocas carbonatadas de Folk de maneraprctica y resumida.Tabla 1.6. Clasificacin de rocas carbonatadas propuesta por Folk.COMPOSICINVOLUMTRICA DEALOQUMICOS> 10 % DE ALOQUMICOS < 10 % DE ALOQUMICOSRocasBiohermalesCALCITAESPTICA >MATRIZ MICRTICAMATRIZ MICRTICA> CALCITAESPTICA1 - 10 %Aloqumicos< 1%Aloqumicos> 25%INTRACLASTOSIntrasparruditaIntramicritaIntramicruditaIntramicritaABUNDANTESALOQUMICOSIntraclastos:Micrita conintraclastosMicrita, oparchesdespatita.PresentaDismicritaOrganismosen posicindecrecimiento 25 %OoidesOosparruditaOosparitaOomicruditaOomicritaOoides:Micrita conOolitas< 25%OoidesVolumenFsiles /Peloides>3:1BioesparruditaBiosparitaBiomicruditaBiomicritaFsiles:MicritafosilferaBIOLITITA3:1a1:3BiopeisparruditaBiopelsparitaBiopelmicruditaBiopelmicritaPeloides:Micritapeletifera30000)Rgido4Captulo 3.Aspectos generales relacionados al corte de ncleosUNAM - FI ~ 74 ~Tienen un cuerpo fijo, cuyo material puede ser de matrizde acero. Su elemento de corte es dediamante natural incrustado en el cuerpo de la barrena. Por lo general, entre ms dura y msabrasiva sea la formacin, ms pequeo ser el diamante que se debe usar en la barrena. Losdiamantes para este tipo de barrenas son redondos, pero de forma irregular.Estn diseadas especialmente para formaciones de areniscas de grano grande, conglomerados oformaciones fracturadas. El mtodo ms comn para fijar los diamantes es con el uso de una matrizde metal, tungsteno, cobalto, nquel, o sus aleaciones. Es por ello que se pueden obtener ncleoshasta de 30 metros de largo sin dificultad, esto reduce los viajes redondos hasta en un 30% de losnecesarios en formaciones donde se requiere muestreo de intervalos largos.3 3. .3 3. .3 3 B BA AR RR RE EN NA AS S B BA AL LL LA AS SE ET TLas barrenas BallaSet son trmicamente estables. Estas barrenas pueden operar en situaciones quegeneran alto calor de friccin a 2192 F (1200 C). Son usadas para perforar rocas duras, porejemplo caliza dura, basalto y arenas finas duras, entre otras. Los diamantes sintticos tienen formade tringulos pequeos no redondos.Por lo tanto, los requerimientos bsicos para una barrena nucleadora son esencialmente los mismosque para una barrena de perforacin ya que ambas ejecutan la misma funcin. Por lo tanto losprincipios sobre barrenas de perforacin tambin se aplican a las barrenas muestreadoras. Elproblema de disear una buena barrena muestreadora es algo ms complicado, porque solo secorta el borde exterior de la formacin dejando intacta la mayor parte posible de ella. Por lo tanto, lassuperficies cortantes y las chumaceras son considerablemente menores que las de una barrena deperforacin. Adems de que se requiere siempre que una barrena debe perforar un agujero tanrpidamente como sea posible, con desgaste mnimo en las superficies cortantes, la barrena demuestreo debe satisfacer los siguientes requerimientos adicionales: cortar un nucleo de tamaoptimo de modo que la cantidad de la muestra pueda recuperarse y ser llevada a la superficie parasu anlisis.Captulo 3.Aspectos generales relacionados al corte de ncleosUNAM - FI ~ 75 ~Tabla 3.6. Caractersticas de las barrenas muestreadoras Ballaset.TABLA DE BARRENAS MUESTREADORAS BALLASETBARRENA CARACTERISTICASResistenciaa lacompresin(psi)TIPO DECORTADO-RESDUREZA DE LA FORMACINDISPO-SITIVOANTI-GIROSUAVE MEDIOMEDIO-DURODUROSC226Resistencia a las pequeas capasabrasivas. Tipos de rocas: Limolita,Dolomita, Mudstone, CalizaAltaresistencia alacompresin.(7500 15000)Triangular4 4SC278**(**BARRENAS PARA USOEN FORMACIONES ABRASIVAS)Diseadas para ncleos enformaciones demasiado abrasivas,fracturadas o duras. Tipos de rocas:areniscas, caliza, dolomita.Muy altaresistencia ala compresin(15000 30000)Rgido4 4SC279**(**BARRENAS PARA USOEN FORMACIONES ABRASIVAS)Formaciones duras y abrasivas conuna alta resistencia a la compresinen algunas capas abrasivas. Tiposde rocas: areniscas y conglomeradosAltaresistencia ala compresin(>30000)Impregnado4SC777** (**BARRENAS PARA USOEN FORMACIONES ABRASIVAS)Se pueden aplicar en operacionesdonde se genere alta temperaturacon estratos muy abrasivos. Tipos derocas: AreniscasAltaresistencia ala compresin(>30000)Pesado4 4SC281Para formaciones extremadamenteduras o abrasivas. Tipos de rocas:esquisto, cuarcita, volcnicaAltaresistencia ala compresin(>30000)Pesado4Captulo 3.Aspectos generales relacionados al corte de ncleosUNAM - FI ~ 76 ~A continuacin se muestra en la Tabla 3.7, la seleccin de las barrenas nucleadoras basndose enel tipo de litologa, el tipo de roca y el esfuerzo compresivo de la roca.Tabla 3.7. Seleccin de barrenas nucleadoras basndose en la litologa.FORMACINRESISTENCIA A LACOMPRESINTIPO DE ROCABARRENAS BSICASRECOMENDADASFormacin suave con capas dealta plasticidad y baja resistencia ala compresin.< 1500 Arcilla, sal, marga ARC422Formacin suave con bajaresistencia a la compresin y dealta perforabilidad.1500 - 3500Sal, marga,anhidrita(evaporitas),lutitasARC422, ARC412,ARC425Formacin de suave a media conbaja resistencia a la compresincon capas interestratificadas duras.3500 - 7500 Arena. lutita, tiza ARC425, RC476Formacin de medio a dura conalta resistencia a la compresin ypequeas capas abrasivas.7500 - 15000Limolita, dolomita,mudstone, calizaC18, SC226, SC777,ARC325, ARC427,RC478GNFormacin dura y densa con muyalta resistencia a la compresin,pero no abrasiva.1500 - 30000 Caliza, dolomitaC23, SC226, SC278,C201, SC777, ARC427,RC478GNFormacin dura y densa con muyalta resistencia a la compresin yalgunas capas abrasivas.> 30000 AreniscasC23, SC278, SC777,SC279, SC281Formaciones extremadamenteduras y abrasivas.Esquisto, cuarcita,volcnicaSC281Captulo 3.Aspectos generales relacionados al corte de ncleosUNAM - FI ~ 77 ~3.4 CONDICIONES DE OPERACIN DE BARRENAS Las barrenas para formaciones suaves requieren de una carga o peso mnimo para que susdientes largos y espaciados, construidos lo ms delgado posible, puedan mantener una mximapenetracin,efectuando su accin de rascado y triturado;los factores limitantes de surendimiento son la eficiencia hidrulica de su equipo de perforacin. Debe recordarse que unfactor muy importante en estas formaciones es la velocidad de rotacin (RPM). Las barrenas para formaciones medias-suaves tienen una estructura de corte capaz de resistir lamayor carga unitaria para penetrar la formacin y el desgaste por abrasin en su dimetro o reade calibre. Por esta razn, sus dientes son ms fuertes y numerosos con mayor cantidad demetal en las hileras del calibre. Las barrenas para formaciones medias-duras destruyen la formacin por trituracin con unmnimo de rascado. Requieren cargas unitarias altas para exceder la resistencia a la compresinde estas formaciones, las que generalmente son ms abrasivas que las anteriores. Las barrenas para formaciones duras requieren los mximos niveles de energa para vencer laalta resistencia compresiva de la formacin que contiene considerables cantidades de materialabrasivo. Contienen elementos cortantes ms cortos y de mayor dureza, tienen un mayor nmerode cortadores para que la carga sobre cada uno de ellos no sea demasiado grande.Por lo que una barrena de muestreo con tipo de cortadores de arrastre se considera como buenapara sacar muestras de formaciones suaves, mientras que las de rodillos cortantes estn mejoradaptadas para las formaciones ms duras.La circulacin del fluido de perforacin, peso aplicado a la barrena, y velocidad de la mesa rotariason los factores ms importantes en el proceso de nucleado y cada uno de ellos influye en los otros.El xito en el proceso de nucleado depende principalmente de la combinacin adecuada de estosparmetros. La operacin de las barrenas se define por tres parmetros:Captulo 3.Aspectos generales relacionados al corte de ncleosUNAM - FI ~ 78 ~PESO SOBRE LA BARRENA (PSB).Rotar la barrena y circular a travs de ella el fluido de perforacin no es suficiente para cortar unncleo. Es necesario aplicar peso sobre la barrena (PSB) para cortar un ncleo, el adecuadorendimiento de la barrena y la buena recuperacin del ncleo estn en funcin principalmente deeste factor.El PSB es la carga aplicada a la barrena por medio de los lastrabarrenas para que sta efecte lapenetracin en las formaciones. La penetracin se logra cuando la carga aplicada sobre la barrenasupera la resistencia de compresin de la formacin en contacto con los dientes de la barrena. Larespuesta de la formacin en relacin con el peso sobre la barrena se puede medir a travs de lavelocidad de penetracin; por ejemplo, cuando no hay avance en la velocidad de penetracin, puedeser porque la barrena se est atascando (embolando) por exceso de recortes, por perforar formacinms dura o se acab la vida til de la barrena.El peso adecuado sobre la barrena mantiene los diamantes planos sobre la formacin de modo quela barrena est siempre en posicin perpendicular al fondo del pozo. Cualquier fluctuacin en el pesosobre la barrena puede afectar el ritmo de penetracin. Es importante usar los lastrabarrenas deperforacin para darle peso suficiente a la barrena y para mantener la sarta de perforacin entensin y evitar la vibracin que puede daar los diamantes o incluso quebrar la sarta de perforacin.Se puede determinar el peso sobre la barrena adecuado revisando la grfica que relaciona pesossobre la barrena con dimetros de la misma, Figura 3.11, o de otro modo sera multiplicando elnmero de diamantes en la cara de la barrena por el factor K que se determina con base en lacalidad de los mismos. El ltimo mtodo es el ms adecuado.Un mtodo alternativo para obtener el peso sobre la barrena ms adecuado es aplicar peso enincrementos de 1000 libras a una velocidad de rotacin de 110 rpm hasta que la velocidad depenetracin no aumenta con el incremento en el peso o hasta que se registra un aumento dramticoen los requerimientos de torque para continuar con la operacin.Se deben considerar varios factores cuando se determina el peso sobre la barrena, estos factoresincluyen la dureza y fracturabilidad de la formacin, el tamao de la barrena, el tamao de losCaptulo 3.Aspectos generales relacionados al corte de ncleosUNAM - FI ~ 79 ~diamantes de la barrena, la calidad de los diamantes y el nmero de diamantes que entran encontacto con la formacin.Cuando se ha obtenido un peso ptimo sobre la barrena, ste debe mantenerse constante mientrasel ncleo es cortado. El uso de mecanismos automticos puede contribuir a lograr sto y al mismotiempo prolongar la vida de la barrena. El peso ptimo sobre la barrena puede cambiar conformecambian las formaciones que se nuclean, por lo que un anlisis minucioso de las formaciones anuclear as como el monitoreo continuo del peso sobre la barrena resultan benficos para eldesarrollo de la operacin.Demasiado peso sobre la barrena en formaciones duras puede derivar en que se pueden quemar oquebrar los diamantes, poco peso sobre la barrena disminuye la velocidad de penetracin y daa labarrena.La adecuada combinacin del peso sobre la barrena y la velocidad de rotacin es casi imposibledeterminarla antes de iniciar las operaciones. An as, es importante recordar que todos losparmetros estn interrelacionados y tanto el peso sobre la barrena como velocidad de rotacin y lapresin del fluido de perforacin deben encontrar un balance para garantizar el xito de la operacin.Figura 3.11. Peso de la barrena recomendado para barrenas muestreadoras.Captulo 3.Aspectos generales relacionados al corte de ncleosUNAM - FI ~ 80 ~VELOCIDAD DE ROTACIN (RPM).A este parmetro se le llama generalmente rotaria. Consiste en la cantidad de vueltas orevoluciones por minuto (RPM) que la mesa rotaria transmite a la sarta de perforacin y sta, a suvez, a la barrena.La velocidad de perforacin es directamente proporcional a la velocidad de rotacin (RPM) enformaciones blandas (suaves). En formaciones duras, la velocidad de rotacin disminuye as como lavelocidad de penetracin, en ciertos rangos.La velocidad de rotacin de la barrena nucleadora,medida en revoluciones porminuto,generalmente afecta elritmo de penetracin, aunque la velocidad de penetracin dependemayormente del tipo de formacin que est siendo perforada. El personal encargado de la operacindebe tener una idea de las caractersticas de la formacin. El registrador de lodo puede tambinproporcionar informacin valiosa acerca de la dureza o suavidad de la formacin.La mejor velocidad rotaria es generalmente encontrada por ensaye y error, a menos de que elpersonal de perforacin tenga la experiencia suficiente para determinar la mejor velocidad que lascondiciones del pozo requiere. El gasto de fluido medido en galones por minuto y el peso sobre labarrena deben ser mantenidos constantes mientras se determina la velocidad ptima de rotacin. Dela misma manera la velocidad de rotacin debe ser compatible con el gasto de fluido de perforaciny el peso sobre la barrena.La velocidad de rotacin puede ayudar a recuperar el ncleo y a evitar bloqueos. Por ejemplo unavelocidad de rotacin baja es recomendada para roca fracturada o rota. Una velocidad de rotacinelevada en ese tipo de formaciones las puede despedazar o incluso ocasionar la perdida del ncleo.Consecuentemente la velocidad de rotacin elevada no siempre es la mejor.La Figura 3.12 muestra la relacin entre la velocidad de rotacin (RPM) y los tipos de roca. Estagrafica puede ayudar a seleccionar la velocidad de rotacin apropiada.Captulo 3.Aspectos generales relacionados al corte de ncleosUNAM - FI ~ 81 ~Figura 3.12. Muestra la relacin entre la velocidad de rotacin (rpm) y los tipos de rocas.FLUIDOS DE PERFORACIN.Los fluidos de perforacin son usados en el corte de ncleos porque limpian las herramientas y labarrena. El fluido tambin expone la formacin a la accin cortante, adems incrementa la eficienciaporque reduce la posibilidad de perder diamantes durante el proceso.Agua, lodo base agua, lodo base aceite, gel, gas o aire o combinaciones de ellos pueden ser usadoscomo fluido de nucleado. El fluido ideal de perforacin no debe daar el ncleo, debe balancear lapresin de poro, prolongar la vida de la barrena y garantizar mximos ritmos de perforacin. Comofluido contiene una cantidad mnima de arena y de prdida de circulacin. Demasiada prdida decirculacin genera problemas en el corte y taponamiento de las toberas de la barrena.El gasto del fluido de perforacin generalmente es medido en galones por minuto. Generalmente,conforme aumenta el tamao de la barrena aumenta tambin el gasto de fluido de perforacin. Eltipo de formacin tambin debe ser considerado para definir el gasto.Cuando se usa gas o aire como fluido de perforacin el gasto se estima a partir del gasto de lodoque se requerira para el tamao de agujero que se tenga. Para el nucleo con aire, el volumen esigual a 10 pies cbicos por minuto por cada pie cbico por minuto que se requiera de lodo.Es necesario usar la cantidad adecuada de fluido para obtener buenos resultados en el nucleo.Captulo 3.Aspectos generales relacionados al corte de ncleosUNAM - FI ~ 82 ~Una cantidad menor puede derivar en dao a la barrena por inadecuado enfriamiento y limpieza.Una cantidad muy pequea de fluido reduce considerablemente la velocidad de penetracin y daala barrena. Si la cantidad de fluido es muy grande se puede ocasionar dao o prdida del ncleo yerosin de la barrena.El contenido de fluidos del ncleo es alterado por el fluido de perforacin porque una pequeacantidad del fluido de perforacin entra al barril y realiza contacto con el ncleo cuando es cortado.Los barriles nucleadores estn diseados para minimizar el lavado del ncleo.Diversos factores afectan el grado de contacto del fluido de perforacin con el ncleo. Estosfactores incluyen: la velocidad de penetracin, la permeabilidad horizontal y vertical del ncleo, eldimetro del ncleo, ciertas propiedades del fluido de perforacin y la presin diferencialentre laque tiene la formacin y la del fluido de perforacin. El ritmo de penetracin de la barrena y lapresin diferencial son los factores ms importantes. Entre ms rpido sea cortado el ncleo menostiempo ser lavado con el fluido de perforacin. Una presin diferencial elevada tiene mayoresposibilidades de causar el lavado del ncleo. Los ncleos casi siempre tienen un cierto grado delavado. En cierto grado el barril interno protege el ncleo del dao por fluido de perforacin. Paragarantizar que se minimiza el efecto de lavado el espaciamiento entre la zapata interna y la coronade la barrena no debe exceder 1/8 de pulgada. De cualquier modo, si la zapata interna entra encontacto con la barrena entonces el barril interno rotar y puede romper o fracturar el ncleo oincluso daar el barril nucleador.El gasto de la bomba contribuye a lograr un ncleo ptimo. Cuando se determina el gasto, eloperador de nucleo considera el equipo que va a emplear y determina un gasto adecuado para labarrena. Se asegura tambin de que la cantidad de agua que va a emplear no exceda la cantidadque puede circular a travs de los hidrocanales de la barrena. Al hacer eso elimina la posibilidad dedaar el ncleo o el barril interno. Se considera adecuado bombear entre 5.3 y 7 galones por minutode fluido por cada pulgada cuadrada del rea del agujero. Durante las operaciones el operador denucleo mantiene las emboladas de la bomba constantes y observa la presin en la misma pararegistrar cualquier cambio en la presin.Captulo 3.Aspectos generales relacionados al corte de ncleosUNAM - FI ~ 83 ~El contenido de arenas en el fluido de perforacin debe ser mantenido en menos del 1% paraminimizar el dao que el fluido le puede provocar al barril nucleador. El volumen de fluido paracirculacin es determinado por:+ Condiciones del pozo.+ Tamao y diseo de la barrena.+ Tipo de fluido de perforacin.+ Profundidad del agujero.+ Tubera de perforacin.+ Barril nucleador y capacidad de labomba.+ Caractersticas de la formacin.Las coronas de las mismas dimensiones son diseadas para manejar los mismos gastos decirculacin aunque difieren en su configuracin. El uso de fluidos pesados o con viscosidadesplsticas pueden afectar los gastos de circulacin que se desean.Altos volmenes de circulacin pueden daar la barrena al iniciar la operacin de corte del ncleo.Un alto volumen puede causar que la corona deslice en el fondo del pozo o que oscile provocandodaos a los cortadores, reduccin de los ritmos de penetracin y disminucin de la vida de labarrena nucleadora.Para obtener el ptimo ritmo de penetracin, una parte del volumen de circulacin se debe usarvariando el peso sobre la barrena y las RPM. Los gastos de circulacin tambin pueden ser variadospara obtener una eficiente limpieza del pozo, adems de generar enfriamiento, sto maximiza la vidatil de la corona o barrena nucleadora. Un bajo volumen de circulacin puede no realizareficientemente la limpieza en la corona, originando problemas como remolienda de recortes ochoque de recortes contra los dientes de la barrena nucleadora, este tipo de problemas reducen losritmos de penetracin.CAPTULO 4~ 84 ~4 4. . M MU UE ES ST TR RE ER RO OS S D DE E R RO OC CA AS S E EN N P PO OZ ZO OS S P PE ET TR RO OL LE ER RO OS S4.1. NUCLEO EN EL FONDO DEL POZO4 4. .1 1. .1 1. . N NU UC CL LE EO O C CO ON NV VE EN NC CI IO ON NA AL LPara que sea efectiva,la extraccin de ncleos debe serplaneada teniendo en cuenta,principalmente, la evaluacin de la formacin. El personal encargado de la extraccin o corte demuestras puede seleccionar y emplear numerosas herramientas y tcnicas para lograr los objetivosde muestreo de la formacin en el pozo.El equipo de muestreo convencional incluye una barrena muestreadora, que se localiza en elextremo inferior de la tubera de perforacin y se utiliza para cortar el ncleo, un atrapancleos pararetener el ncleo una vez cortado y que se coloca inmediatamente arriba de la barrena sacancleos.En la extraccin convencional, una barrena corta ncleos, un barril nucleador interno y un barrilnucleador externo son colocados en el extremo inferior de la sarta de perforacin y viajanfrecuentemente dentro del agujero. El flujo del fluido de perforacin a lo largo de la tubera deperforacin circula entre los barriles exterior e interior pero no puede pasar por dentro del barrilinterior, esto trae como resultado que haya mayor recuperacin del ncleo y menos arrastre de losfluidos de la formacin que lo saturan, por el lodo de perforacin. Despus, por medio del recorridodel fluido por la barrena se remueven los recortes que en ese momento genera la barrena. Cuandola cantidad deseada del ncleo es cortado o cuando el barril est lleno, el barril muestrero es alzadodel fondo.El barril interno est equipado con un atrapancleos que agarra el ncleo cortado en elfondo del agujero y lo retiene mientras se lleva a la superficie. El fluido de perforacin circula entrelos barriles interior y exterior.Capitulo 4Muestreros de rocas en pozos petrolerosUNAM - FI ~ 85 ~Se han introducido varias innovaciones en un esfuerzo para aumentar la recuperacin de ncleos,como un barril interior que no est fijo al barril exterior y que, por lo tanto, est libre para girar opermanecer inmvil y varios diseos de atrapancleos tanto para formaciones duras como suaves.Ventajas del muestreo convencional: Se obtiene un ncleo ms grande, en una operacin de corte. Es til para tomar ncleos en formaciones consolidadas de todos los tipos de litologa(areniscas, calizas, dolomas, sales, rocas gneas y metamrficas, etc.) Es una continuacin del desarrollo de los mtodos originales de la extraccin de ncleos.Desventajas del muestreo convencional:7 La tcnica requiere que se saque toda la tubera de perforacin del agujero y se fije elequipo especial de muestreo en ella, antes de empezar las operaciones de muestreo.7 Para reanudar las operaciones de perforacin normales es necesario sacar la tubera deperforacin del agujero y reponer el equipo de perforacin quitando el equipo de muestreoespecial7 No se puede recuperar la muestra sin sacar toda la tubera de perforacin del agujero.7 El atascamiento del ncleo es uno de los motivos ms comunes para la terminacinprematura del nucleo convencional.El atascamiento ocurre por el desplazamiento de la barrena sobre una fractura, que causa unaobstruccin al tratar de entrar el nucleo en el barril interior (sobre todo en formacin suave). Cuandoun atascamiento ocurre,elensamblado debe sacarse completamente delpozo y elbarrilmuestreador debe ser revisado. Esto causa un viaje completo adicional y tpicamente puedeconsumir un da de tiempo de aparejo.Un problema comn del nucleo convencional es la identificacin del intervalo a nuclear. Losprofesionales identifican este punto estudiando datos disponibles de otros pozos en el rea ycorrelacionndolos, datos ssmicos y resultados de la revisin de los recortes que se obtienen con elfluido durante la perforacin. Sin embargo, esto es un mtodo impreciso y abierto a malasinterpretaciones.Capitulo 4Muestreros de rocas en pozos petrolerosUNAM - FI ~ 86 ~EQUIPO CONVENCIONAL PARA LA EXTRACCIN DE NCLEOS.Barril Nucleador (Core barrel).El barril nucleador o muestrero es probablemente la herramienta ms importante en la extraccin dencleos porque retiene el ncleo y lo sostiene durante el corte y la recuperacin. Por lo tanto, eldiseo de tal barril debe proporcionar tanta proteccin como sea posible contra daos por el fluidode perforacin.La mayora de los barrilesmuestreros,Figura 4.1, estn diseados con un barrilinterior y un barril exterior. El barril exterior,el cual usualmente es de tubera de acero,es similar al collar (lastrabarrena de acero)de perforacin, rodea a otro barril (barrilinterior) que permanece fijo mientras el barrilexterior gira. El ncleo est contenido en elbarril interior. Para la construccin de estebarrilse usa una tubera lisa con el fin defacilitar la entrada del ncleo. El flujo delfluido de perforacin hacia abajo es a travsdel espacio anular entre los dos tubos.Los barriles muestreros convencionales,Figura 4.1, usualmente tienen 30 pies delargo (9 m). Los ncleos pueden ser de 30,60 o 90 pies de largo o pueden ser mslargos.Figura 4.1. Elementos importantes de un barrilconvencional.Capitulo 4Muestreros de rocas en pozos petrolerosUNAM - FI ~ 87 ~Los barriles muestreros deben ser equipados con conexiones de seguridad que permitan que elbarril interior pueda ser quitado de barril exterior en caso de que se llegaran a adherir. Los residuosdel ncleo intactos dentro del barril interno y el barril externo son extrados despus.Un barril muestrero convencional usualmente tiene las siguientes partes: cabeza o unin giratoria,una zapata de la tubera interior ensamblada con un atrapa ncleos, y una conexin de seguridad.A continuacin, la Figura 4.2 ilustra a detalle, las partes que constituyen un conjunto para muestreoconvencional.Figura 4.2. Partes internas importantes del barril nucleador convencional.Barriles MuestreadoresLa mayora de los barriles nucleadores convencionales son muy similares, excepto por el tamao.Cada uno tiene un barril exterior y un barril interior que acepta el ncleo. La mayora de estosbarriles son capaces de cortar 60 pies (aprox. 18 m) de ncleo y algunos pueden ser modificadospara cortar hasta 90 pies (aprox. 27 m). Algunos de los barriles de muestreo especializados puedencortar un ncleo de dimetro tan pequeo como de 1depulgadaotangrande como de 14BARRIL EXTERIORTUBO INTERIOR DEALUMINIOZAPATASUPERIORATRAPANUCLEOSOUTER TUBEINNERTUBETOP ENDCORECATCHER SHOEZAPATAINFERIORSTABILIZERESTABILIZADORCORE BITCORONAINNER TUBETUBO INTERIOR DEALUMINIOBARRIL EXTERIOROUTER TUBEESTABILIZADORSTABILIZER OUTER TUBEBARRIL EXTERIORSHIMSCALIBRADORESCARTUCHOCARTRIDGECAPRETENEDORDELBALEROBEARINGRETAINERBALLSBEARINGRACEPISTA DELBALERORODAMIENTOSTAPA DECARTUCHOCARTRIDGEPLUGLIBERADOR DEFLUJOINNER TUBEPLUGBALLCANICAASIENTODE CANICAPRESSURERELIEF PLUGOUTER TUBEBARRILEXTERIORSAFETY JOINT PINPIN DE LAJUNTA DESEGURIDADANILLO DESEGURIDADLOCKINGRINGFRICTIONRINGANILLO DEFRICCINO-RINGO-RINGCAJA DE LA JUNTA DESEGURIDADSAFETYJOINT BOXESTABILIZADORSTABILIZERCapitulo 4Muestreros de rocas en pozos petrolerosUNAM - FI ~ 88 ~pulgadas de dimetro. La siguiente tabla muestra la variedad de tamaos disponibles de barrilesnucleadores convencionales.Tabla 4.1. Tamaos de barriles muestreadores convencionales.BARRIL EXTERIORDIAMETRO DELNUCLEO[ Pg]D.E. [Pg] D.I. [Pg]3 2 13 2 14 3 24 3 24 3 25 4 36 4 26 4 26 4 36 5 37 5 47 5 38 6 5El ensamblaje del fondo del pozo (BHA) consiste generalmente de dos componentes: el barril interiory el barril exterior. El material cortado es recuperado en el barril interior, el cual no sufre rotaciones ysirve para contener al ncleo mientras es llevado a la superficie. Para evitar que el ncleo salga delbarril interior durante el viaje a la superficie se utilizan mecanismos de retencin. Los retenedoreshan sido exitosos en la recuperacin de cualquier tipo de formaciones en la industria petrolera. Retenedores de giro: una cua tipo retenedor adecuado para la mayora de los tipos dencleos. Retenedores deslizables: una pequea cua deslizable que es utilizada para ncleosdireccionales. Retenedorhidrulico:un retenedorinsertado en un tubo cerrado hidrulicamente,recomendable para formaciones no consolidadas y fracturadas.Capitulo 4Muestreros de rocas en pozos petrolerosUNAM - FI ~ 89 ~Barril exterior, Este dispositivo deber ser mas pequeo en dimetro que el agujero que se estperforando, en l van acoplados de dos a seis estabilizadores (dependiendo de la longitud delncleo) con el fin de mantenerlo estable. Los estabilizadores son secciones roscadas removibles ypuesto que estn sujetos a trabajos abrasivos, debern ser remplazados frecuentemente. La barrenanucleadora, que muchas veces es llamada cabeza de nucleo o corona, es roscada y se une a laparte baja del barril exterior.Barril interior, Este elemento va unido al barril exterior por medio de una junta de seguridad. En laparte inferior del barril se encuentra un tazn que sostiene al ncleo. Este ensamblaje ha sidodesarrollado para capturar y retener el ncleo liberndolo de la formacin al final de la operacin decorte. En la parte superior, el barril interior tiene una vlvula check de bola que est diseada paraprevenir que el lodo fluya hacia abajo alrededor del ncleo mientras se corta. Barril interior con camisa de PVCLas camisas de PVC (cloruro de Polivinilo) son utilizadas en el barril interior por dos razones:1. Mejoran la recuperacin cuando se nuclea en formaciones fracturadas o arenas noconsolidadas, puesto que tienen un deslizamiento que reduce el atascamiento.2. Una camisa de PVC hace un tubo de manejo conveniente para ncleos que estnfracturados o no consolidados. Estos tipos de formaciones caen fuera cuando se usanbarriles convencionales haciendo un manejo difcil del ncleo en la superficie.Sin embargo, el barril interior con camisa de PVC tiene limitaciones de temperatura y esfuerzo, yaque el PVC convencional se suaviza a 140 F (60 C) mientras que el PVC clorinatado (CPCB)opera a temperaturas hasta de 180 F (82.2 C); ste, a su vez, es ms costoso que el PVC ydeber usarse cuando las temperaturas de fondo lo requieran.Capitulo 4Muestreros de rocas en pozos petrolerosUNAM - FI ~ 90 ~ Barril interior con camisa de Fibra de VidrioLa fibra de vidrio y compuestos de grafito tienen resistencias parecidas a las del acero. La fibra devidrio se est usando para barriles interiores de nucleo convencional y sus resinas polister resistentemperaturas hasta de 180 F (82.2 C). La fibra de vidrio con resinas epxicas pueden usarse atemperaturas tan altas como de 350 F (176 C). La ventaja sobre el barril interior con camisa dePVC es que son ms resistentes y toleran altas temperaturas de operacin, tambin muchas vecesuna camisa de PVC es ms difcil de remover del barril interior, cuando se usa una camisa interior defibra de vidrio puede ser removida ms fcilmente y enviarse despus al laboratorio.Con el uso de las fundas de aluminio y fibra de vidrio, se debe siempre bajar el ncleo del piso deperforacin utilizando el Transportador del Ncleo para evitar dao al ncleo en esta operacin, noimporta si el ncleo fuera consolidado o no consolidado.Aunque los tubos o fundas que se utilizan como barril interno son de aluminio, existen otros tipos defundas que posiblemente sern utilizadas en un futuro, ver Tabla 4.2.Tabla 4.2. Tipos y caractersticas de tubos o fundas del barril interno.TIPO DE TUBO O FUNDA LONGITUD (m) RANGOS DE TEMPERATURAACERO TEMPLADO 0.5, 30, 120 Alta TemperaturaACERO GRADO A 30, 120 Fuerte y EstableFIBRA DE VIDRIO 9, 18, 27, 36 180 F 240 FALUMINIO 9, 18, 27, 36 Hasta 350 FACERO PVC 9 180 FACERO + FIBRA DE VIDRIO 9 250 FACERO + ALUMINIO 9 350 FEl atrapancleos (core catcher).Est diseado para no dejar caer al ncleo cuando se levanta la sarta de tubera del fondo (Figura4.3). Tiene una pieza principal que permite al ncleo entrar al barril cuando se corta, pero al levantarel ncleo del fondo, ste ejerce peso sobre el catcher, apretando al ncleo para no permitir su cada.Capitulo 4Muestreros de rocas en pozos petrolerosUNAM - FI ~ 91 ~Una vez que el ncleo est en la superficie, se puede recuperar el fragmento en el catcherejerciendo presin hacia la cima del ncleo.Cuando los ncleos son recuperados sin funda, esta operacin se hace con el barril suspendidosobre el piso de perforacin, dandose frecuentemente la parte inferior del ncleo (tal vez losprimeros 20 centmetros). Cuando el ncleo es obtenido con funda, se desenroscan unas partes confrecuencia en el piso de perforacin; otras partes, en el rea de trabajo designado para lapreservacin del ncleo. Se puede recuperar del atrapancleos el fragmento apretado con mnimodao, por lo que se puede analizar en el laboratorio.Figura 4.3. Diseo de diversos atrapancleos convencionales.Junta de seguridad.Proporciona una conexin de enroscado durable que puede romperse fcilmente en el piso deperforacin para facilitar el proceso de recuperacin del ncleo. Si el barril nucleador se atasca en elfondo del pozo la junta de seguridad permite dar marcha atrs al barril muestreador, lo cual permiteal tubo interno y al ncleo ser removidos, eliminando el retraso en las operaciones del equipo deperforacin, reduciendo gasto de mantenimiento y asegurando la recuperacin del ncleo.Top SubParte superior del sistema de corte de ncleos que se conecta con el aparejo de perforacin(Figura 4.1).Unin giratoriaLa unin giratoria permite al barril exterior rotar alrededor del barril interior con una rotacin libremxima para mantener el ritmo de penetracin y solucionar los problemas que se presenten en larecuperacin del ncleo. Esta unin permite optimizar el flujo del fluido a travs del barril nucleadorpara mejorar el sistema hidrulico de las barrenas y mantener la circulacin.Capitulo 4Muestreros de rocas en pozos petrolerosUNAM - FI ~ 92 ~Canica de aceroLa canica de acero es lanzada a travs del aparejo de perforacin o aparejo de fondo para serasentada en un tubo interior, empujando e impidiendo el flujo del fluido de perforacin a travs delbarril nucleador interior. La canica es lanzada al inicio del corte del ncleo, la cual es conducidahasta el barril interior. La accin de la canica es forzar al fluido a pasar por el espacio anularconformado entre el barril interior y el barril exterior.Asiento de canicaPermite circular un volumen determinado de lodo de perforacin a travs del barril muestreador,asegurando una limpieza en el barril interior y en el pozo antes de empezar el nucleo. Cuando seasienta la canica de acero se desva el flujo del fluido de perforacin a travs de los orificios porencima del barril interno, causando que el flujo del fluido pase entre los barriles interno y externo,minimizando la contaminacin del ncleo y manteniendo la circulacin en la barrenaEnsamblaje de la zapataTiene como objetivos: mantener el barril interno en su lugar y fijo dentro del barril exterior, proteger elncleo una vez que entra y sostener el atrapa ncleos. El atrapa ncleos retiene el ncleo poracuamiento entre el ncleo y dentro de la zapata. Una vlvula de presin de alivio es tambin unaparte del ensamblaje del barril.Cojinetes de empuje.Para aumentar la calidad del ncleo se utilizan sistemas que ofrecen una combinacin de resistentescojinetes radiales localizados en la parte superior en el barril, sto proporciona independencia entrela rotacin del barril interior y el barril exterior.Estabilizadores.Son importantes porque ayudan al contacto entre la barrena y la formacin, lo cual hace que lasbarrenas se desgasten de modo uniforme debido a la correcta posicin de la misma. Por estemotivo es que ofrecen varias ventajas. Los estabilizadores mejoran el cortado del ncleo porquesujetan a la barrena por el lado plano contra el fondo del pozo y se obtiene as una posicin ptimapara el nucleado.Capitulo 4Muestreros de rocas en pozos petrolerosUNAM - FI ~ 93 ~El tambaleo de la tubera de perforacin, que puede ocasionar desgaste no uniforme de la barrena,fugas de fluido de perforacin, velocidades de penetracin bajas y posible riesgo de rompimiento delncleo, es minimizado cuando la barrena est en contacto perpendicular al fondo del pozo. Adems,los estabilizadores mejoran la recuperacin de los ncleos porque la sarta de perforacin disminuyesu tambaleo y el ncleo corre menos peligro de perderse, daarse o romperse. Adems, losestabilizadores evitan que los ncleos sean cortados en espiral, lo cual contribuye a evitar lasprdidas de los ncleos. Usualmente los estabilizadores tienen bordes en espiral, rectos o de metalde alta dureza, ver Figura 4.4. El tipo de bordes usados depende de las condiciones del pozo.Figura 4.4. Estabilizadores: (A) bordes rectos, (B) bordes en espiral y (C) bordes de metal de altadureza.Por ejemplo, los estabilizadores con bordes de metal de alta dureza pueden emplearse para reforzaruna formacin desquebrajada. Los estabilizadores colocados por arriba de la barrena tienden acausar efecto de pndulo. Esto es que los lastrabarrenas bajo el estabilizador tienden a adoptar unapostura vertical debido a la gravedad.Los estabilizadores son colocados generalmente en barriles estndar cerca de la barrena y cerca deextremo del barril. As un barril de 30 pies tendr 2 estabilizadores, uno de 60 pies tendr 3 y assucesivamente. Se pueden requerir ms estabilizadores dependiendo de las caractersticas delpozo. El dimetro exterior de los estabilizadores debe ser igual al de la barrena nucleadora o en sudefecto 1/32 de pulgada menor. Los estabilizadores, en las secciones adicionales del barrilCapitulo 4Muestreros de rocas en pozos petrolerosUNAM - FI ~ 94 ~nucleador, usualmente son entre 1/16 y 1/8 de pulgada ms pequeos que el dimetro de la barrenanucleadora. Los estabilizadores deben reemplazarse cuando el desgaste en el espesor es notable.Los estabilizadores no se usan cuando las condiciones del pozo no son compatibles con ellos.ENSAMBLADO Y MANTENIMIENTO DE LOS BARRILES MUESTREROSEl personal de perforacin encargado de las operaciones de corte de ncleos debe obtenerinformacin y literatura del consultor de nucleado acerca de los procedimientos a seguir en elensamblado y mantenimiento de los barriles muestreadores.Cuando el barril nucleador est empacado con el barril interno dentro del externo, el primer paso enel ensamblado del barril nucleador es adjuntar el manipulador inferior a las secciones inferiores delos barriles interno y externo, luego se enganchan los elevadores al manipulador inferior, despusestas secciones inferiores son pasadas a travs de la mesa rotaria hacia el interior del pozo. Seusan las cuas para sostener los barriles mientras se colocan los estabilizadores, posteriormente secoloca la abrazadera del barril interno, se levantan las secciones superiores de los barriles interno yexterno, las conexiones del barril interno se limpian, y la seccin superior es conectada a la seccininferior del barril interno. Se debe tener cuidado para no confundir las conexiones. El ensamblado delbarril interno es levantado y la abrazadera es removida. La seccin superior del barril externo esbajada y ensamblada con la parte inferior del barril externo. Las juntas de los estabilizadores sonrevisadas para que tengan el ajuste adecuado, y la abrazadera del collar de perforacin escolocada justo debajo de los bordes del estabilizador. Las cajas de seguridad se ajustan tambin. Elbarril interno es levantado para revisar las juntas, la junta de seguridad, los anillos, los soportes, ylas zapatas inferiores y superiores as como el receptculo del ncleo. La abrazadera del barrilinterno es colocada, el barril interno es levantado y colocado en el interior del barril externo hastaque el peso total del barril interno descanse sobre la abrazadera. Se realiza la conexin de la juntade seguridad. El ensamblado del barril se saca del agujero. Se coloca la barrena nucleadora.Usando el ajustador de barrena, sta es apretada al barril exterior. El barril interno se prueba paraasegurarse que gira libremente. Se revisa tambin el liberador de presin. El ensamblado del barrilnucleador est entonces listo para ser colocado en la sarta de perforacin e iniciar el proceso denucleado, ver Figura 4.5.Capitulo 4Muestreros de rocas en pozos petrolerosUNAM - FI ~ 95 ~Figura 4.5. Ensamblaje del barril nucleador interno.Operaciones de NucleoAntes de empezar la operacin de extraccin de muestras, el personal responsable debe obtenerinformacin acerca de las condiciones del pozo y poder determinar el mejor equipo para el agujero yla formacin a nuclear y prepararse para algn posible problema que se pueda presentar.Lo anterior trae como resultado ahorro de tiempo y dinero, que puedan perderse como resultado delas suposiciones y problemas inesperados.Despus de haber conocido las condiciones delpozo y de haber obtenido el equipo apropiado, elpersonal encargado de la extraccin de ncleos verifica la limpieza del agujero con el fin de nocausar problemas. Si el agujero no est limpio pueden daarse los diamantes de la barrena y laCapitulo 4Muestreros de rocas en pozos petrolerosUNAM - FI ~ 96 ~barrena tendr que ser reemplazada. El agujero es limpiado de desechos metlicos con herramientamagntica, usando un extractor de piezas rotas durante la perforacin o por el bombeado del fluidode perforacin dentro del agujero permitiendo que la corriente del fluido saque lo desechos oherramientas rotas o por la combinacin de ambos mtodos.Figura 4.6. Etapas de las operaciones antes de empezar el muestreo.Recomendaciones generales antes de empezar el corte de ncleos. Asegurarse de que el pozo est en calibre es decir, que a lo largo del pozo se conserve eldimetro del agujero perforado, y adems est limpio de cualquier basura en el fondo. En el ltimo viaje, se recomienda un viaje corto y cualquier punto apretado deber serrimado. Por ningn motivo se deber usar el barril muestrero para repasar el pozo en el viaje alfondo, generalmente resulta un dao a la corona con prdida de calibre, y atascamientoprematuro del barril muestrero. De ser necesario, se deber sacar el barril muestrero yrealizar un viaje para conformar el agujero. Circular la ltima lingada arriba del fondo del pozo y en el fondo del pozo. Confirmar laprofundidad total antes de arrojar la canica. Una vez que la canica ha sido sentada se notarla baja circulacin y el incremento en la presin. Al momento que se tenga la barrena junto con el barril montados en la sarta de perforacinla operacin de nucleado est lista para ser iniciada.Capitulo 4Muestreros de rocas en pozos petrolerosUNAM - FI ~ 97 ~El operador de nucleo introduce el barril al agujero con mucho cuidado pues las barrenas dediamante requieren un trato menos rudo que las barrenas tricnicas. La barrena se baja hasta queapenas toca el fondo. Durante este tiempo se enciende la bomba del lodo. La barrena puede girarselentamente para asegurar que toca el fondo.Recomendaciones al momento de meter el barril muestrero. Verificar la longitud de la tubera y revisar el espacio mximo disponible para asegurar elcorte del ncleo en una corrida (sin hacer conexin) Pasar a travs de la zapata cuidadosamente. Si se encuentra resistencia leve en el pozo, se deber rimar, con poco peso (1/2 a 1 ton).Nunca intentar forzar el ensamble a que pase a travs de la resistencia, ya que sto podradaar el equipo y la corona. Tocar fondo cuidadosamente con rotacin Iniciar la circulacin con el flujo mnimo posible para permitir que salgan los escombros delespacio anularentre los barriles (interiory exterior)suavemente y posteriormenteincrementar el flujo al ms alto permisible para limpiar el fondo del pozo y desplazarcualquier basura dejada durante la perforacin previa.Procedimiento en el corte del ncleo:Cuando el gasto de la bomba es ajustada aproximadamente entre 5.3 y 7 galones por minuto (gpm)por pulgada cuadrada del rea del agujero, la barrena es bajada sin rotacin. Luego se aplican entre5000 y 8000 libras para determinar si la barrena descansa sobre el fondo limpio o sobre recortes.La barrena se levanta otra vez y la rotacin comienza lentamente entre 30 y 50 rpm. La barrena sebaja lentamente y el peso se aplica gradualmente. El peso sobre la barrena empieza en cerca del 20por ciento del peso mximo que se espera y se incrementa en 2000 libras hasta que se determina lavelocidad de rotacin ptima. La operacin inicia y la velocidad de rotacin as como el peso sobre labarrena se incrementan lentamente mientras se ajusta el gasto de fluido de perforacin deseado.Capitulo 4Muestreros de rocas en pozos petrolerosUNAM - FI ~ 98 ~Figura 4.7. Etapas de las operaciones durante el muestreo. Dejar caer la canica a travs de la tubera de perforacin. Despus de algunos minutos(aproximadamente de 5 a 10 min.) la canica se aloja en su asiento. Si se usa alto flujo lapresin causada por la bola al sentarse (acomodarse en su asiento) puede causar que el tubointerior se colapse. La presin en el stand pipe no deber ser mayor de 500 psi. Registrar la presin en la bomba y en la tubera mientras la canica cae, el manejo de bajosgastos en la bomba, permitir el correcto asentamiento de la canica en el fondo. Ajustar al gasto deseado, de acuerdo a la formacin y/o lo requerido para el corte del ncleo. Anotar los valores de fondo de pozo: Torque, Presin de la columna de tubera (SPP) al gastocalculado, Peso de la sarta Usar bajas rpm e incrementarlas suavemente si es necesario. Se recomienda una velocidadmoderada al iniciar el muestreo, para minimizar la vibracin que podra daar al ncleo, ypermitir a la corona cortar el perfil. Una velocidad de rotaria muy baja podra conducir a unaaccin de vibracin torsional (slip-stick). La rotacin debe ser optimizada y balanceada hastaobtener la mejor velocidad de penetracin. Usar bajo peso sobre la corona, incrementndolo si es necesario, en el primer metro nucleadocon 1 Ton. Hasta obtener la mejor velocidad de corte de ncleo. (Los parmetros de operacinsern optimizados para alcanzar un mnimo de torque).Capitulo 4Muestreros de rocas en pozos petrolerosUNAM - FI ~ 99 ~ En la medida de lo posible evitar hacer conexiones durante el corte del ncleo. Al llenarse el barril nucleador con las muestras de la formacin, el manmetro del torque dejarde oscilar indicando que est lleno el barril. Al sacar la herramienta muestreadora no se deber de rotar la sarta y se deber sacarcuidadosamente la sarta con las cuas, y mantener una velocidad lo ms bajo posible.Las condiciones ptimas de nucleado son mantenidas constantes hasta que el ncleo es cortadocompletamente o hasta que se presenta algn problema. El gasto y presin de la bomba, lavelocidad de rotacin, el torque y el peso sobre la barrena son monitoreados cuidadosamentedurante el proceso de nucleado porque la fluctuacin, incremento o decremento de cualquiera deestos indicadores puede representar un problema.Un decremento en la velocidad de rotacin puede indicar que la barrena ya no se encuentra en unestado ptimo, que la formacin rocosa ha cambiado o que el barril nucleador est atascado. Unincremento en la presin de la bomba puede indicar que algunos diamantes pudieron habersedaado y cado al fondo del pozo de modo que impide que la barrena se asiente de forma apropiadasobre el fondo. Un incremento o decremento en el torque puede indicar que el barril interno estatascado o bloqueado. Esta condicin es causada generalmente por las fracturas de la formacin opor el rompimiento de material no consolidado. El peso excesivo sobre la barrena puede ocasionar eldesprendimiento de los diamantes de la barrena; esta condicin se puede observar en la vibracin ycabeceo de la sarta de perforacin. Cuando sto ocurre la sarta debe sacarse completamente pararevisar el estado de las herramientas.Cuando se ha cortado la longitud deseada de ncleo llega el momento de separarlo de la formacin.El operador de nucleo detiene la bomba de lodo y la rotacin de la sarta de perforacin y levanta labarrena del fondo. El barril es levantado gradualmente hasta que el perforador de nucleo considere,con base al indicador de peso, que la zapata ha sujetado el ncleo y lo ha arrancado. Usualmente serequieren 20000 libras de fuerza para arrancar el ncleo. Si se tienen problemas para arrancar elncleo, se continuar jalando al ncleo por espacio de 5 minutos y se enciende la bomba. No seemplea rotacin durante este proceso por que puede daar el barril interno.Capitulo 4Muestreros de rocas en pozos petrolerosUNAM - FI ~ 100 ~Figura 4.8. Diagrama donde se muestra en: a) la operacin de nucleo y b) la recuperacin del ncleodel fondo del agujero.Despus de que se ha arrancado el ncleo, se vuelve a colocar la barrena por lo menos dos vecesms sobre el fondo con un peso de la mitad del que se emple para cortarlo, lo anterior es paraasegurar que no se dejan tramos de ncleo en el fondo y que ste ha sido recuperado en sutotalidad.Si se pierde parte del ncleo o el ncleo completo, el operador tratar de encontrarlo buscando laparte superior con la barrena, cuando lo encuentra rota la barrena lentamente y aplica un peso sobrela barrena de 500 libras. El ncleo entre en el barril nucleador si es que no se ha recostado ofracturado. Si el ncleo no entra puede ser debido a que es muy corto o a que se encuentrarecostado, en este caso se puede perforar con la barrena nucleadora la parte superior del ncleopara tratar de hacerlo entrar, sto se hace a velocidades muy bajas para no daar la barrena.El barril nucleador se atascar cuando se use una barrena con dimetro mayor al del agujero,cuando se aplique un torque excesivo a la sarta de perforacin o cuando la densidad del lodo seademasiado alta. En este caso el operador puede tratar de usar aceite para desatascar el barril.El proceso de enjarre, empuje y jaloneo del barril se hace con mucho cuidado para no daar labarrena. Si todo falla la sarta es regresada y el barril es pescado.Capitulo 4Muestreros de rocas en pozos petrolerosUNAM - FI ~ 101 ~Si el perforador quiere repetir la operacin despus de hacer las conexiones, coloca la barrena en elfondo sin rotar pero con la bomba encendida y se emplea un peso 30 por ciento mayor al que se usla primera vez para liberar el barril y permitir as la entrada de otro ncleo. Luego se vuelve al pesonormal y la rotacin se incrementa de forma gradual, y la operacin de nucleado continua.La operacin de muestreo deber ser terminada una vez que la longitud del ncleo ha sidoalcanzada o en caso de que el barril muestrero se atasque prematuramente, lo que ser indicado porla falta de avance y falta de torque. El corte se deber suspender para evitar que se pierda lacantidad de ncleo cortado hasta ese momento. De ser necesaria una segunda corrida deberrealizarse un viaje con barrena con el propsito de acondicionar nuevamente el pozo para el cortedel complemento del ncleo.Recuperacin del ncleo: Levantar el barril muestrero y asegurarse de las condiciones en que viene el ncleo. Eliminar la corona y cerrar el barril muestrero con el protector. Meter el barril muestrero al pozo y desconectar la junta de seguridad, levantar la misma yrecuperar el tubo interior de aluminio con el ncleo dentro, de acuerdo a los procedimientosrecomendados. Colocar el tubo interior de aluminio en la canastilla de manejo designada para hacer lasoperaciones de marcado y corte del ncleo. Desconectar todo el barril y retirarlo del piso de perforacin. Verificar una operacin segura con la cortadora del barril o tubo interior e instruir al personal delos riesgos. Marcar y cortar el tubo interior de acuerdo a los requerimientos de los anlisis.Los procedimientos mencionados sern sealados por el especialista en corte de ncleos, dependiendo de laoperacin observada con el fin de optimizar la velocidad de corte y la calidad del ncleo recuperado.Capitulo 4Muestreros de rocas en pozos petrolerosUNAM - FI ~ 102 ~4 4. .1 1. .2 2 N NU UC CL LE EO O A A P PR RE ES SI I N NLas tcnicas de extraccin de ncleos convencionales, no a presin, son incapaces de recuperarsignificativamente los fluidos con sus saturaciones in-situ, con presencia de gas (en solucin o libre)ya que el gas expulsa a los fluidos del ncleo al llevarlo a la superficie.La extraccin de ncleos a presin resuelve este problema al mantener la mue