REGISTRO DE RAYOS GAMMA (GR)

1.1. FUNDAMENTO DEL MÉTODO

La herramienta de registro de rayos gamma mide la variación de radioactividad natural

de las formaciones. En formaciones sedimentarias el registro refleja el contenido de

lutitas en la formación, debido a que los elementos radioactivos tienden a concentrarse

en ellas, así como en las arcillas.

Las formaciones limpias normalmente tienen un nivel muy bajo de radioactividad, al

menos que contaminantes radiactivos como la ceniza volcánica o material erosionado

del granito estén presentes o que las aguas de la formación contengan sales radiactivas

disueltas.

Algunos valores típicos para las formaciones son:

Areniscas limpias

GR = 15-30 API.

Carbonatos limpios:

- Dolomita

GR = 10-20 API.

- Caliza

GR = 8-15 API.

Arcillas Cretácicas poco profundas

GR = 100-140 API.

Estrictamente hablando, todos los valores de GR deben corregirse por efecto de pozo y

por la densidad de la formación, sin embargo, la aproximación anterior es normalmente

satisfactoria. Por lo general la curva de este registro se encuentra en la misma pista que

la del SP y es un complemento para la interpretación del mismo.

El registro de rayos gamma es usualmente corrido con el registro del tipo de porosidad,

densidad, neutrón y sónico.

1.2. PROPIEDADES DE LOS REGISTROS DE RAYOS GAMMA

Los rayos gamma al atravesar la materia experimentan colisiones sucesivas de

esparcimiento compton, perdiendo energía con cada colisión. Después de que el rayo

gamma ha perdido bastante energía, es absorbido, por medio del efecto fotoeléctrico,

por un átomo de la formación. Así, los rayos gamma naturales son gradualmente

absorbidos y sus energías degradadas cuando ellos atraviesan la formación. La

proporción de absorción varía con la densidad de la formación. Dos formaciones que

tienen la misma cantidad de material radioactivo por volumen de la unidad, pero

teniendo densidades diferentes mostrará la radioactividad en diferente nivel, las

formaciones menos densas parecen ser ligeramente más radioactivas.

De acuerdo a la litología de la roca también se produce un incremento de la

radioactividad, es decir unas rocas son más o menos radioactivas que otras. Bajo este

criterio se basa el analista de registros para saber cuando está frente a una formación

permeable.

Puesto que hay varios diámetros del hueco, peso del lodo y posición de las

herramientas, las compañías de registros publican cartas de corrección de registros de

rayos gamma bajo condiciones estándar establecidas.

La respuesta del registro de rayos gamma después de las correcciones por efecto del

hueco es proporcional al peso de las concentraciones del material radioactivo de la

formación:

Rhob

AiViRhiGR

Donde:

Rhi = Son las densidades de los minerales radioactivos.

Vi = Son los factores del volumen total de los minerales.

Ai = Son los factores de proporcionalidad correspondientes a la radioactividad del

mineral.

Rhob = Es la densidad total de la formación.

En formaciones sedimentarias la profundidad de investigación del registro de rayos

gama estándar es de alrededor de 1 pie.

Cálculo del Vsh El Vsh se define como la fracción volumétrica de arcilla por volumen total de roca, la

cual puede ser calculada a través del índice de rayos gamma (IGR). Este índice puede

ser obtenido a partir de los datos de perfil de rayos gamma, suponiendo que hay

ausencia de cualquier otro mineral radioactivo fuera de lutitas y arcillas. Los registros

fueron separados por zonas y para cada una de ellas se definió la línea base de arenas y

lutitas.

1.3. CARACTERÍSTICA DE LA HERRAMIENTA

La herramienta contiene un detector para medir la radiación originada en el volumen de

formación cercano a la sonda mediante el uso de sintilómetros para la medición de

radioactividad.

La herramienta de rayos gamma graba la respuesta con una velocidad óptima y a tiempo

constante, colocada en forma opuesta de una formación dada, ya que depende de varios

factores como: la radiactividad de la formación, la densidad del fluido de perforación,

volumen de la formación las actividades especificas del fluido del hueco, diámetro del

hueco, las características y posición del detector y el sistema contador en el pozo.

Figura.1 Diagrama del equipo del registro de rayos gamma

Contadores de centelleo son ahora generalmente utilizados para esta medida. Estos son

mucho más eficientes que los contadores Geiger-Mueller que se utilizaban en el pasado.

Debido a su alta eficiencia el contador de centelleo solamente necesita unas pocas

pulgadas de longitud, por consiguiente se obtiene un buen detalle vertical de la

formación.

1.4. INSTRUMENTOS Y PRINCIPIO DE MEDIDA

Esencialmente existen tres tipos de detectores de rayos gamma:

- La cámara de ionización

- El contador Geiger-Mueller

- El contador scintillation

Pero los rayos gamma no son detectados directamente sino por medio de su interacción

con la materia es decir mediante un proceso de ionización cuando se liberan electrones

de átomos neutros.

A continuación se procederá a explicar cada uno de los detectores de rayos gamma.

1.4.1. La cámara de la ionización

La siguiente figura es una representación esquemática de la cámara de ionización. Este

instrumento consiste de una tubería de acero o un cilindro el cual presenta gas en su

interior a una presión muy alta .

En el medio una barra aislada que contiene 100 voltios positivos en relación al cilindro

de acero.

La actuación de este dispositivo es de la siguiente manera :

Para empezar podemos decir que en el momento en que ingresa un rayo gamma a la

cámara de ionización este empieza a interactuar con la pared del gas , y da lugar a un

ligero movimiento del electrón. Este electrón viaja en el gas reduciendo gradualmente la

velocidad por choques con los átomos de gas y produce una cierta cantidad de

electrones los cuales viajan hacia el aislante ya que esta cargado positivamente y esto

produce un flujo de corriente que es registrado en superficie y así se mide la corriente

promedio que fluye a través del circuito externo. La corriente es de 10-13 amperio que

es una cantidad que puede ser medible y que produce un rayo gamma.

Figura.2 Cámara de ionización

1.4.2 El contador Geiger-Mueller

Básicamente este contador es muy similar a la cámara de ionización y la diferencia esta

en que el contador Geiger-Mueller contiene gas a una baja presion y el alambre tiene

un alto voltaje.

El procedimiento es el mismo pues un rayo gamma de la formación ingresa hacia el gas

produciendo la liberación de un electrón el cual viaja hacia el cable produciendo una

serie de electrones secundarios que al final generan un flujo de una corriente que es la

que se recepta en el registro de los rayos gamma.

Después de que el proceso se ha multiplicado este debe ser detenido de modo que el

contador Geiger-Mueller pueda recuperarse para otro pulso.

Figura.3 Contador proporcional limitado o contador geiger

1.4.3 El contador scintillation

Esta figura representa básicamente lo que es el contador scintillation y esta constituido

por dos partes:

- Un cristal fluorescente que emite un estallido muy diminuto de luz cuando es

impactado por un rayo gamma

- Un tubo múltiple que produce un impulso eléctrico

Figura.4 Detector de rayos gamma Scintillation

En este proceso algunas de las luces provenientes del cristal, golpean una superficie

fotosensible en la cara interior del multiplicador y esto causa la emisión de algunos

cientos de electrones o más.

Estos electrones son atraídos por un electrodo secundario que tiene la propiedad de

emitir aproximadamente tres electrones por cada choque efectivo con él. Los electrones

secundarios continúan a un siguiente electrodo de potencial más alto y se multiplican

por otro factor de aproximadamente tres. Este proceso continúa para aproximadamente

diez fases hasta que la multiplicación de corriente interna sea alrededor de un millón. El

último flujo de electrones produce un pulso pequeño. Este pulso es amplificado y

transmitido a la superficie para ser grabado.

Una característica importante del contador del scintillation es que cada pulso de luz del

cristal es proporcional a la energía del rayo gamma que lo produce y, de acuerdo con la

señal grabada, es proporcional a la energía del rayo gamma que produjo el destello

inicial de luz.

El contador del scintillation es el instrumento más conveniente par medir la radiación,

este se caracteriza por medir la radiación rápida y tener una alta eficiencia de 50 a 60%.

1.5. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS TIPOS DE CONTADORES

Las ventajas de la cámara de la ionización son su fácil construcción y el manejo de bajo

voltaje.

Sus desventajas son la dificultad de medir corrientes del orden de 10-13 amperios y la

eliminación de tendencias debido a la filtración de pequeñas corrientes a través de

aisladores.

La principal ventaja de un contador de Geiger- Mueller, es que produce grandes pulsos

que son transmitidos fácilmente. Su desventaja es su difícil construcción y, al igual que

la cámara de la ionización, es bastante ineficaz (1 %).

Figura 5. Herramientas de GR

1.6. CALIBRACIÓN DE LA HERRAMIENTA

Es importante para evitar errores en la obtención de los registros calibrar

adecuadamente toda herramienta que se corra. Generalmente las herramientas son

calibradas en unidades API de radioactividades observadas en formaciones

sedimentarias; varían desde unas pocas unidades API en anhidrita o sal, hasta 200

unidades API o más en lutitas. La calibración API se basa en el uso de facilidades

permanentes de calibración para establecer unidades de patrón para los registros

radioactivos.

1.7. APLICACIONES Y USOS DE LOS REGISTROS DE RAYOS GAMMA

Indica el contenido de arcilla. .

Diferencia el potencial entre zonas porosas y permeables tales como areniscas,

calizas y dolomitas de capas impermeables tales como arcillas y lutitas.

Es útil para la definición de estratos de lutita cuando la curva del potencial

espontáneo SP esta redondeada o aplanada, esto se da en formaciones muy

resistivas

Cuando no se puede registrar la curva del SP por la presencia de lodos no

conductivos, pozos entubados, o pozos vacíos.

Se usa para la detección y evaluación de minerales radioactivos potenciales

como potasio y uranio.

Es usado para las correlaciones en pozos entubados. Hace posible la ubicación

precisa de los cañones perforadores. Las desviaciones de los rayos gamma en un

pozo entubado comparadas a la correspondiente en el pozo abierto son atenuadas

debido a la absorción de los rayos gamma en el cemento y el caising de

revestimiento.

Identifica topes formacionales.

1.8. INTERPRETACIÓN

La mayor presencia de estas tres familias radioactivas se presentan en los siguientes

casos:

Potasio: micas, feldespatos, arcillas micaceas (Illita) evaporizas radioactivas

Torio: lutitas, minerales pesados

Uranio: fosfatos, materia orgánica

El significado del tipo de radiación depende de la formación en la cual se encuentra. En

carbonatos, el uranio normalmente indica presencia de materia orgánica, fosfatos y

estilolitas. Los niveles de torio y potasio son representativos del contenido de arcilla. En

areniscas el nivel de torio esta determinado por el contenido de minerales pesados y

contenido de arcilla y el potasio esta normalmente contenido en micas y feldespatos. En

lutitas el contenido de potasio indica el tipo de arcilla y mica y el contenido de torio

depende de la cantidad de material detrítico o el grado de arcillosidad.

Altas concentraciones de uranio en una lutita sugiere que la lutita es una roca madre de

hidrocarburos. En rocas ígneas las relaciones relativas de estas tres familias radioactivas

son una guía para el tipo de roca y las razones Th/K y Th/U son particularmente

significativas.

Los minerales radioactivos encontrados en formaciones son, para algunas extensiones,

dependientes del modo de sedimentación o depositación. El modo de transportación y el

grado de re-trabajo o alteración son también factores. Como un ejemplo, debido a que el

torio tiene muy baja solubilidad, este tiene limitada movilidad y tiende a acumularse

con los minerales pesados. Por otro lado, el uranio tiene una mas alta solubilidad y

movilidad, por lo tanto altas concentraciones de uranio se encuentran en planos de falla,

fracturas y en formaciones donde ocurre flujos de agua. De igual manera altas

concentraciones de uranio se pueden formar en capas permeables sobre los

revestimientos y tubings de pozos en producción.

Depósitos marinos están caracterizados por su extremadamente bajo contenido

radioactivo y ninguna de las tres familias radioactivas realizan ninguna contribución

significativa. Zonas meteorizadas son a menudo indicativos de cambios pronunciados

en el contenido de torio y potasio de las formaciones pero mantiene una razón constante

de Th/K.

1.9. LECTURA DE LA CURVA

Figura 6.

Los registros GR y SP muestran una fuerte correlación. Ambos se desvían a la derecha

frente a lutitas y a la izquierda frente a arenas limpias.

Hay que notar que la respuesta del GR es poco sensible al espesor de la formación y que

el GR da una baja respuesta frente a formaciones de carbón.

Debido a que el GR no es sensible al espesor de la capa y puede correrse así como en

pozos revestidos, este es usado para delinear zonas para la perforación.

El GR no es afectado cuando se usa lodos salinos y lodos no conductivos.

REGISTRO CALIPER (CAL)

El registro caliper es uno de los mas sencillos que se corren en el pozo, con propósitos

de registrar el diámetro del hueco ya sea abierto o con tubería de revestimiento, puesto

que nos permite observar irregularidades tales como formas ovaladas de los pozos,

grandes cavernas, desmoronamientos, posibles fracturamientos y restricciones criticas.

2.1. TIPOS DE CALIPER

Existen varios de tipos de caliper entre los más importantes podemos señalar los

siguientes: el caliper de microresistividad, el caliper de densidad y el caliper sónico.

2.1.1. CALIPER DE MICRORESISTIVIDAD

Figura 7.

Tiene dos patines puestos uno frente a otro, y contra la cara de la formación por medio

de dos brazos opuestos que trabajan juntos para estabilizar el cuerpo de la herramienta

en el hueco. Un mecanismo de resorte extiende los brazos de manera que los patines

están en continuo contacto con las paredes del hueco. Al estirarse estos brazos contra la

superficie van siguiendo a través del diámetro real del hueco. La herramienta es

calibrada en la superficie colocando unos anillos metálicos de diámetros conocidos

(usualmente de 8 y 12 pulgadas). El contacto de los patines de la herramienta deben ser

de más o menos 6 pulgadas de largo. Por consiguiente agujeros pequeños irregulares no

pueden ser detectados. La distancia entre la cara de los patines cuando la herramienta

esta colapsada es usualmente 6 pulgadas. El rango de la medida es de 6 a 16 o a 18

pulgadas. La presión que ejercen los patines es baja en unas zonas permeables sobre la

costra de lodo. Las lecturas del registro se hacen en base al diámetro del hueco o aun

diámetro menor, de acuerdo a la densidad de la costra de lodo.

2.1.2. CALIPER DE DENSIDAD

Figura 8.

La densidad se obtiene desde un brazo colocado en el cuerpo de la herramienta. El brazo

es empujado contra la pared del hueco para mantener a la herramienta en buen contacto

con la formación. El caliper mide la distancia entre el rodillo metálico adjunto a la cara

de la herramienta. La herramienta es relativamente rígida y alargada por lo que no

puede moverse ni dentro ni fuera de la ampliación del hueco abierto que es más

pequeño que la longitud de la herramienta. La rugosidad del hueco abierto vista en los

registros refleja el camino del brazo extendido de la herramienta en un solo lado del

hueco abierto, el otro lado está siendo analizado por la herramienta. Porque de la

presión ejercida en la herramienta los brazos tienden a corta a través de la costra del

lodo. El registro leído es aproximadamente igual al diámetro perforado del hueco

abierto menos un grosor de la costra del lodo.

2.1.3 CALIPER SÓNICO

Figura 9.

La herramienta esta centralizada en el hueco con tres indicadores transversales. El

diámetro del hueco se deriva del estiramiento de estos tres brazos los cuales usualmente

trabajan juntos, ellos se cierran y se abren a la vez. Un alargamiento del hueco

usualmente asume una sección no circular porque la presión que ejercen los patines

hace que la herramienta rote buscando la mejor posición para obtener mayor potencial

de energía.

2.2. CAMBIO DE LA FORMA DEL HUECO

Figura 10.

El diámetro del hueco es obtenido por la extensión de estos tres brazos los cuales

trabajan juntos. Las propiedades mecánicas de una formación isotropita da como

resultado secciones transversales en forma de ovalo, un alargamiento del hueco abierto

usualmente asume una sección transversal no circular porque la presión que ejercen las

almohadillas hace que la herramienta rote, buscando la mejor posición para obtener

menor potencial de energía, este es usualmente un eje largo para secciones transversales

elípticas del hueco abierto. La microresistividad, densidad y registro de neutrones

generalmente se mide en el eje largo en las actividades ovaladas.

La presencia de la costra de lodo es demostrada por la presencia de permeabilidad, el

aumento en la costra de lodo y el alargamiento del hueco perforado y la rugosidad

pueden ser usados con otros datos del registro para marcar los cambios en la litología.

Para la apropiada evaluación de los tipos de almohadilla de la herramienta es reforzada

por el conocimiento de la extensión de la rugosidad del hueco perforado.

El siguiente gráfico muestra un caliper medido en una parte del pozo donde hubo

anomalías en la litología y cambios en la forma y regularidad del hueco.

Figura 11.

En la siguiente figura 12 se muestran las variaciones del diámetro del hoyo con la

profundidad para el Pozo 1. En ésta puede observarse que la mayor deformación del

hoyo ocurre en el miembro superior de los conglomerados tipo I, entre 10000 y 12000

pies.

Figura 12 . Registro Cáliper del Pozo

Al comparar el contenido de arcilla con el registro cáliper, se pudo concluir que los

derrumbes están ubicados en la zona de conglomerados rojos no definidos, la cual

presenta un mayor volumen de arcilla que las areniscas que subrayasen a esta zona. Se

observa una reducción del diámetro del hoyo, asociada a una deformación plástica

característica de una zona arcillosa en ausencia de efectos químicos.

Al analizar el registro cáliper (figura 13) medido en dos direcciones específicas, se

puede notar que la deformación del pozo no es uniforme en todas las direcciones.

Cuando la deformación tiende a ovalizar el hoyo, manteniendo el diámetro original en

una dirección, entonces la deformación es debida a esfuerzos tectónicos, es decir,

producto de la aplicación en una dirección preferencial de un esfuerzo horizontal

máximo y de uno perpendicular a éste, esfuerzo horizontal mínimo. A este tipo de

deformación elíptica del hoyo se le conoce como Breakout.

Figura 13. Representación del ensanchamiento del Hoyo en dos direcciones

preferenciales, utilizando los registros cáliper

Figura 14.

Al comparar el peso del lodo de perforación con el registro cáliper, se puede observar

que los intervalos en los que el peso de lodo utilizado está por debajo del límite inferior

establecido, se encuentran derrumbados, aunque todos los derrumbes no pueden ser

adjudicados a causas mecánicas, ya que algunos pueden deberse a efectos químicos y

problemas con los parámetros de perforación.

Figura 15.

3. CONCLUSIONES

El registro de GR es un excelente registro de correlación, ya sea en hueco

abierto o entubado, ya que virtualmente todas las cuentas de GR

provienen de Potasio, Uranio o Thorio

Las arcillas generalmente muestran la mayor radioactividad, pero los

fluidos de perforación pueden contener altas cantidades de Potasio y las

rocas reservorio pueden ocasionalmente ser radioactivas

Los GR tienen una resolución vertical de aproximadamente 1 ft, pero la

velocidad del registro y los filtros aplicados pueden afectar dicha

resolución

Los registros de GR diferencia el potencial entre zonas porosas y

permeables tales como areniscas, calizas y dolomitas de capas

impermeables tales como arcillas y lutitas.

El GR Es útil para la definición de estratos de lutita cuando la curva del

potencial espontáneo SP esta redondeada o aplanada, esto se da en

formaciones muy resistivas

El registro de rayos gamma es la forma que se tiene para medir la

radiación natural de la formación con el objetivo de apoyar al registro del

SP , indicar el contenido de arcilla de una formación , diferenciar zonas

permeables y porosas e identificar topes de formaciones.

Los rayos gamma son muy penetrantes por su carga neutra y no pueden

ser medidos directamente por lo que se usa la interacción de estos con la

materia en un proceso de ionización y así podemos conocer la presencia

de materiales radioactivos (thorio, uranio, potasio) que nos ayudaran a

determinar formaciones limpias y sucias.

A pesar de la gran confiabilidad del registro de rayos gamma, el volumen

de arcilla calculado a partir de dicho registro no es el mejor estimado, ya

que la herramienta que mide esta radiación está influenciada por los

derrumbes y las deformaciones existentes en el pozo, las cuales alteran

las medidas registradas. Con un programa especializado para realizar

evaluaciones petrofísicas se obtiene un mejor estimado del Vsh y es

posible diferenciar entre los diferentes minerales de arcilla, sumado al

hecho de que este porcentaje de arcilla puede ser calibrado con el

obtenido a partir del método de difracción de rayos X.

Se puede concluir que existe una muy buena correlación entre la ventana

de lodo obtenida y los datos reales de los derrumbes ocurridos en el pozo

presentados con el registro cáliper.

Se recomienda realizar un estudio con métodos y software para obtener

las magnitudes de los esfuerzos horizontales máximo y mínimo a partir

de registros de imagen, ya que, utilizando registros de pozo se debe

suponer un modelo mecánico en el que estos esfuerzos son iguales, el

cual no se ajusta a la realidad, sobre todo en la zona estudiada