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Soluciones de algunos problemas en el análisis de los registros de pozos en las rocas carbonatadas

INTRODUCCIÓN

El análisis de los registros convencionales de rocas carbonatadas comúnmente se percibe como

más difícil que el análisis de las rocas clásticas. Tal generalización no es ni útil ni exacta, porque en

algunos aspectos, los carbonatos son más fáciles de tratar que clásticos. Sin embargo, la

naturaleza de muchas rocas de un yacimiento de carbonato dicta que los resultados de análisis de

registros son inherentemente menos fiables que los de la mayoría de los yacimientos de areniscas.

Si no se tratan adecuadamente, algunas características pueden conducir a graves errores. Las

principales razones para esto son: (1) Que comúnmente ocurran dos componentes litológicas de

rocas carbonatadas que tengan diferentes propiedades físicas significativamente, y (2) que el

número de sistemas de porosidad encontradas en las rocas carbonatadas sea grande.

Además, muchos yacimientos carbonatados se caracterizan por una amplia gama de porosidades,

con una distribución que no es ni siquiera aproximadamente normal. Esto hace que los promedios

sean muy sensibles al valor del punto de corte de porosidad y trae todo el concepto de salarioneto en tela de juicio. Además, los efectos relacionados con la química de las rocas carbonatadas

pueden conllevar a problemas. En este trabajo, estos problemas y sus consecuencias se abordan.

THE CARBONATE LITHOLOGIES AND DISCRIMINATION OF CALCITE FROM DOLOMITE

LITOLOGÍA DE LOS CARBONATOS Y LAS DIFERENCIAS ENTRE CALCITA Y DOLOMITA

Comúnmente ocurren dos litologías de carbonatos las cuales se nombran considerando el mineral

predominante: la calcita (a menudo referido como "piedra caliza") y la dolomita. La Dolomita está

relacionada con la calcita por la sustitución de la mitad de los átomos de calcio por magnesio, y los

dos minerales comparten la misma estructura cristalina. Sin embargo, las composicionesintermedias son termodinámicamente inestable con respecto a la piedra caliza y la dolomita y,

finalmente, se separan en una mezcla de los dos miembros de extremo (Morse y Mackenzie,

1990). En sentido estricto, las formas termodinámicamente estables pueden variar ligeramente de

calcita estequiométricamente pura a dolomita, sobre todo si coexisten, pero los diagramas de

composición demuestran que la variación es muy pequeña.

Para la mayoría de los ambientes geológicos de interés, la temperatura, la presión y la

composición del agua de formación aseguran que sólo uno de los elementos extremos sobrevive;

por lo tanto, rocas del yacimiento de carbonato tienden a ser de piedra caliza o dolomita. Las dos

litologías pueden coexistir en el depósito o incluso la misma formación, pero a la escala en que losregistros convencionales funcionan, la matriz es probable que sea uno o el otro. Esto se demuestra

en la Figura 1, que muestra la proporción de dolomita-mineral de un gran número de muestras de

afloramiento (Steidtmann, 1917). Una tendencia similar se evidencia en la Figura 1, que muestra

también los resultados del análisis químico húmedo de casi 200 muestras de un campo de América

del Norte, que produce rocas carbonatadas del Devónico (Jodry, 1955).



Las propiedades físicas de la dolomita y la calcita son significativamente diferentes, como se ilustra

en la Tabla 1. Estos varían de una diferencia de casi el 50% para algunos de los parámetros

nucleares a 5% respecto a la densidad. Sin embargo, esta pequeña diferencia de 5% en la

densidad puede tener un efecto drástico sobre la porosidad calculada, como se ilustra en la Figura

2, que muestra cómo la densidad de la piedra caliza y la dolomita saturada de agua varía como una

función de la porosidad. La densidad de 2,6 g / cm3 corresponde a la porosidad de alrededor de5% en piedra caliza, pero más de 10% en dolomita. Debido a la litología tiende a ser la piedra caliza

o la dolomita, la porosidad es más probable que este más cerca de uno u otro de estos extremos y,

por consiguiente, es poco probable valores intermedios. En conclusión se puede deducir que si la

litología es erróneamente identificada, se pueden tener graves errores al momento de determinar

la porosidad en los registros derivados.

Es claro a partir de la Figura 2 que el porcentaje de error es mayor en el rango de bajas

porosidades. Por desgracia, los carbonatos de baja porosidad pueden ser buenas rocas del

yacimiento, por lo que no se puede descartar el efecto de la litología, simplemente porque se

presume que es significativa sólo en rocas que no contribuyen a produci reservas. En cualquiercaso, aún en la porosidad de orden del 30 %, la diferencia en la porosidad calculada basada en la

dolomita o la matriz de caliza es todavía de la orden del 5 %.

Los minerales de silicato muestran una variación similar en propiedades, pero las areniscas

normalmente se componen de una mezcla de estos minerales. Aunque las composiciones precisas

de areniscas varían mucho, las propiedades físicas de las mezclas varían relativamente poco. Estas

son las propiedades que son citadas en los libros de tabla de servicio de la empresa como los

valores de la matriz de arenisca. Por ejemplo, las densidades de la matriz de la mayoría de

areniscas están cerca de 2,65 g / cm3. En ausencia de otra información específica, 2,65 g / cm3 en

general es un valor seguro.

Dado el hecho de que la correcta identificación de la litología es esencial para el cálculo de una

porosidad confiable, esto nos hace preguntarnos como podemos determinar esto. As always, the

best way to identify lithology is from the rocks themselves, that is, from cores, sidewall cores, or

bit cuttings. Como siempre, la mejor manera de identificar la litología es de las rocas a sí mismos,

es decir, a partir de núcleos, núcleos de las paredes laterales, o esquejes bits. Hay varias maneras

de hacer esto, y los métodos más fiables emplean la química, ya sea los llamados métodos

químicos húmedos analíticos o, cada vez más, los métodos instrumentales tales como la absorción

atómica o Rayos X, fluorescencia. Well-site methods such as calcimetry can be quite reliable if

procedures are followed properly, but in general, they are best considered as being indicative. Los

métodos de bien-sitio como la CALCIMETRÍA pueden ser bastante confiables si los procedimientos

son seguidos correctamente, pero en general, ellos son los mejores considerados como ser

indicativos.



Figura 1. Los histogramas de fracción de dolomita de las muestras de afloramientos (punteadas)

(Steidtmann, 1917) y las muestras de los pozos (oscuros) (Jodry, 1955). (Las pocas muestras de los

núcleos con más de 100% de dolomita se refieren a Mg / Ca en proporciones de más de 1.)

Las cifras entre paréntesis muestran la variación aproximada de los valores recomendados por

diferentes contratistas. La diferencia porcentual se define como (valor de dolomita-valor de

calcita) / (valor de calcita). U es el índice de absorción fotoeléctrica, que es una medida de laextensión a la que una unidad de volumen de una sustancia va a absorber los rayos gamma por el

efecto fotoeléctrico. Se mide implícitamente por herramientas modernas de densidad, pero la

salida normalmente se muestra como la cantidad relacionada PEF, que es la absorción por

electrón. Las dos cantidades se relacionan mediante PEF = U / densidad . En general, PEF sería una

propiedad bastante incómoda de usar; ingenieros nucleares invariablemente trabajan con U. Sin

embargo, es bien conocido que los analistas tienen la suerte de tratar con rocas porosas llenas de



agua o de hidrocarburos, en el que U y disminución de densidad casi a la misma velocidad con la

porosidad. Esta coincidencia significa que PEF es casi porosidad independiente.

EFECTO FOTOELÉCTRICO

Entre los registros de telefonía fija, los métodos generalmente más aplicable hacen uso de

herramientas nucleares. La curva más sencilla de usar es el factor fotoeléctrico (PEF, o PE), que es

una salida estándar de la mayoría de las herramientas modernas de densidad. El PEF se relaciona

con el número atómico promedio de la formación. (Básicamente, se deriva de la medida en que los

rayos gamma de baja energía son absorbidos por la formación. Los elementos pesados absorben

estos rayos gamma con más fuerza que los elementos ligeros). Se aumenta con el aumento de

número atómico (Z) siguiendo una ley de potencia del formulario.

Donde K es una constante. Para calcita pura, el PEF lee 5.1 barns/electron y de la dolomita pura

lee 3.1 barns/electron. La diferencia refleja la sustitución de la mitad de los átomos de calcio

(número atómico 20) con magnesio (número atómico 12). Desgraciadamente, por diversas

razones, el PEF no es una curva muy precisa o exacta. En primer lugar, debido a la dependencia del

poder de la ley, las pequeñas cantidades de elementos pesados pueden alterar el valor

drásticamente. Esto significa que los lodos que contienen barita pueden cambiar el PEF y leer

valores más altos y, en casos extremos, hacen que la curva sea inútil. En segundo lugar, hay unadependencia de la porosidad y una menor dependencia del tipo de fluido y, aunque en principio

éstas pueden ser tomadas en cuenta, complican las cosas generalmente. More important,

however, the physics of the measurement means it is inherently imprecise; por ejemplo, una

lectura de 4,5 no implica necesariamente una mezcla de 25% de dolomita y 75% de calcita. (Los

pobres resultados de precisión desde el hecho de que la medición utiliza sólo una pequeña

fracción del número total de rayos gamma que son explotadas en la medición de la densidad). La



evidencia de esta imprecisión se documenta en la Figura 3, que muestra un histograma de PEF

grabado desde un pozo en el mar Adriático. La litología cubierta por la parcela es de piedra caliza

casi completamente pura o dolomita pura; la pequeña cantidad de esquisto en la sección no está

incluido en la trama. El histograma es claramente bimodal, con picos que corresponden a los

valores de PEF de 3.3 y 4.5. Estos están cerca, pero no es igual a los valores esperados para la

piedra caliza y la dolomita, respectivamente; el primero es mayor de lo esperado, el segundo másbajo de lo esperado. También de interés son los valores de PEF que son más bajos y más altos que

los valores modales. Los valores extremos significan que el histograma observado se puede

modelar satisfactoriamente simplemente por la adición de dos distribuciones normales, centradas

en los valores de PEF de 3,3 y 4,5 barns/electron respectivamente, y cada uno con una desviación

estándar de 0,3. El resultado es bastante bueno; podría ser mejorado por la contabilidad de las

diferencias en la porosidad, pero debido a que la mayor parte de la sección tiene porosidades de 5

pu o menos, las diferencias serían pequeñas. El punto principal de la trama es ilustrar la

incertidumbre en el PEF-más o menos 0,3 pu en este caso. (Esto significa que un valor PEF de 4,5

podría corresponder a una gama de composiciones de 45% de dolomita a la calcita casi puro.) Así

que, aunque la distribución PEF podría ser el resultado de la variación en el grado dedolomitización de la sección estratigráfica, la distribución igualmente bien podría ser explicado por

la respuesta de una medición relativamente ruidoso a un intervalo de roca que, en este caso, se

sabe que consistir enteramente de piedra caliza y dolomita pura. Este hecho es significativo:

Ningún pico corresponde a los valores libres de las litologías puras. Esto podría deberse a que el

PEF no es particularmente exacto, o podría indicar alguna variación de las composiciones puras

finales. En particular, la dolomita puede contener hierro, que, debido a su alto número atómico,

aumentará la PEF. Si contiene solo un 0,5% de hierro se desplazaría el PEF de dolomita al valor

máximo observado de 3.3. Del mismo modo, si la calcita es en realidad la piedra caliza de

magnesio, el PEF podría fácilmente ser desplazado desde el valor esperado para la calcita pura

(5.1) para el valor más bajo observado (4,5). Así, aunque el PEF es una manera conveniente de

distinguir piedra caliza de dolomita, que no está relacionado linealmente con la cantidad de la

dolomita en la formación. Gran cuidado se debe tomar para interpretar el PEF; el analista de

registros debe ser consciente de que es inherentemente imprecisa y puede ser muy sensible a

rastrear los niveles de elementos pesados. Se ve afectada por la barita en el barro y por pozos

rugosos. La curva de PEF no estaba disponible en los registros grabados antes de 1980

aproximadamente.

COMPARACIÓN DE LOS REGISTROS DE DENSIDAD Y REGISTROS DE NEUTRONES

La combinación de registros de densidad-neutrón proporciona información que es másrobusta para distinguir piedra caliza de dolomita. Las herramientas de registro están

disponibles desde al menos la década de 1960. Sin embargo, la herramienta de neutrones

ha evolucionado continuamente desde que se emplearon las primeras herramientas de

neutrones en hoyos abiertos y diferentes herramientas que tienen significativamente

diferentes respuestas a la litología. En muchas partes del mundo, las escalas de densidad y

balanza de neutrones son escogidas de modo que las dos curvas sean recubiertas en la



caliza waterbearing; en la dolomita, tienen un "shalelike" una separación positiva; es

decir, la curva de neutrones registra las mayores cantidades de "porosidad".

Para usar este modo muy conveniente de identificar la litología y alcanzar los mejores

resultados, el registro de neutrones debe registrarse usando la suposición de una matriz

de piedra caliza. Básicamente, esto significa que el algoritmo que convierte cuentas crudasa la porosidad de neutrones está diseñado para que la porosidad de neutrones sea igual a

la porosidad verdadera en la caliza que está totalmente saturado de agua. Las copias

originales deben ser comprobadas para confirmar que el registro fue grabado usando el

parámetro de una matriz de piedra caliza, debido a que algunos operadores utilizan la

matriz de arenisca. Si se presume que la matriz fuera de arenisca, la porosidad de

neutrones registrada es mayor que la porosidad en piedra caliza acuífera, y las calizas se

caracterizan por la separación positiva de las curvas de densidad y de neutrones. Incluso si

las balanzas y la matriz están configuradas para mostrar las curvas de densidad y las

curvas de neutrones en la caliza acuífera, la cantidad de separación entre las dos curvas enla dolomita es bastante variada. La variación depende no sólo de la litología, sino también

del tipo de instrumento, la porosidad, del tipo de fluido, de las impurezas en la matriz, la

temperatura, y la presión. La importancia de estos factores puede ser estimada por

referencia a los libros de registro gráfico de la empresa.

En la Figura 4, la separación de las curvas como una función de los diferentes registros de

porosidad se muestra para cinco instrumentos wireline-logging tools. En este caso, la

densidad ha sido convertida a la porosidad asumiendo una matriz de piedra caliza, con

porosidad lleno con agua fresca. Claramente, para la mayoría de los instrumentos, la

variación de la separación de la curva con la porosidad es significativa, en particular en los

valores bajos de porosidad. Por otra parte, las diferencias entre los instrumentos son

significativas. Además, algunas variaciones entre las dolomitas de diferentes partes del

mundo son significativas; por lo visto, esto es causado por las impurezas y los rangos de

composición. La amplia y variada separación en los registros obtenidas por el

Schlumberger neutrón compensado Log (CNL) es el resultado de las propiedades de la

dolomita que se utilizó para desarrollar el gráfico inicial; la variada separación no es una

característica del instrumento. Cuando se tienen en cuenta otros factores (tales como la

temperatura y la presión) la variación en la separación de las curvas es el resultado. En

general, entonces, como en el caso de la curva de PEF, la separación es útil para distinguir

la caliza de la dolomita, pero esta evidencia debe tratarse con precaución como una

medida cuantitativa de dolomitización. La separación no se ve afectada en gran medida

por la barita en el lodo de perforación y, todos los demás factores son iguales, es más o

menos directamente relacionada con el grado de dolomitización. La variación más

pequeña ocurre con el conjunto de instrumentos que utiliza neutrones epitérmicos, como



el instrumento de la porosidad de neutrones de pared lateral (SNP) y la sonda de

porosidad del acelerador (APS), donde la separación con la porosidad hardlyvaries (Figura

4).

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