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Una observación más detallada de la geometría de los poros

Andreas KayserCambridge, Inglaterra

Mark KnackstedtUniversidad Nacional de AustraliaCanberra, Australia

Murtaza ZiauddinSugar Land, Texas, EUA

Por su colaboración en la preparación de este artículo, seagradece a Veronique Barlet-Gouédard, Gabriel Marquette,Olivier Porcherie y Gaetan Rimmelé, Clamart, Francia; BrunoGoffé, École Nórmale Supérieure, París; y Rachel Wood,Universidad de Edimburgo, Escocia.Inside Reality e iCenter son marcas de Schlumberger.

La tecnología de tomografía computada que utiliza rayos X ha constituido un avance

en el campo de la medicina durante más de 30 años. También fue una herramienta

valiosa para los geocientíficos durante un período similar. Las mejoras introducidas

en esta tecnología están ayudando a los geocientíficos a revelar los detalles de la

estructura interna de los poros de la roca yacimiento y a comprender mejor las

condiciones que afectan la producción.

La información obtenida a través del análisis denúcleos (testigos corona) resulta de incalculablevalor para la predicción de la productividad deuna zona prospectiva. Si bien existen otrosmétodos que permiten a los petrofísicos estimarla granulometría, el volumen aparente, la satura-ción, la porosidad y la permeabilidad de lasformaciones, las muestras de núcleos a menudosirven como referencia para calibrar otros méto-dos. No obstante, a pesar de los varios cientos demiles de pies de núcleos completos o en placasque residen en las bibliotecas de todo el mundo,de la mayor parte de los pozos no se han extraídonúcleos.

La abundancia de información que seobtiene a partir de los núcleos tiene su precio.La extracción de núcleos a menudo incrementael tiempo de equipo de perforación, reduce lasvelocidades de penetración y aumenta el riesgode atascamiento del conjunto de fondo de pozo.En ciertas situaciones, las condiciones de fondode pozo o superficie hostiles convierten laextracción de núcleos en una operación dema-siado riesgosa. En otros casos, las correlacionesno son suficientes para permitir que los geólogospiquen en forma precisa y segura los puntos deextracción de núcleos. En cambio, muchosoperadores se valen de los núcleos laterales

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(testigos laterales, muestras de pared) obteni-dos a través de zonas prospectivas y puedencompensar la falta de datos de núcleos comple-tos complementando su programa de adquisiciónde registros habitual con una gama de medicio-nes más amplia.

A medida que las compañías de petróleo ygas intenten drenar los yacimientos maduros enforma más eficaz, los ingenieros y geocientíficosquizás se arrepientan de haber desistido deextraer núcleos. Una vez que un pozo ha sidoperforado a través de una zona productiva, esdemasiado tarde para volver atrás y extraernúcleos completos a menos que se desvíe la tra-yectoria del pozo. No obstante, la mineralogía,granulometría, saturación, permeabilidad, poro-sidad y otras medidas de la textura de la roca aveces pueden determinarse sin extraer núcleos.

Con las mejoras introducidas en la primitivatécnica médica de barrido por tomografía axialcomputada (TAC) desarrollada en el año 1972,los geocientíficos pueden realizar una serie debarridos por rayos X, finos y estrechamenteespaciados, a través de una muestra de rocapara obtener información importante sobre unyacimiento.1 Utilizando una técnica no destruc-tiva denominada tomografía microcomputada,un haz de rayos X enfocado crea “cortes virtua-les” que pueden ser resueltos en una escala demicrones, no sólo de milímetros.2 Estas refina-ciones también posibilitan la opción deexaminar muestras de roca más pequeñas; enlugar de depender de núcleos completos paraobtener mediciones de la porosidad y la permea-bilidad, los geocientíficos ahora pueden utilizarrecortes de formaciones para estimar estas pro-piedades.3 Si bien muchas compañías no extraennúcleos de sus pozos, normalmente contratanlos servicios de una compañía de perfilaje dellodo para recuperar los recortes de formacionesa medida que pasan a las temblorinas (zarandasvibratorias). Cuando no se dispone de núcleos,los geocientíficos están observando que hastauna astilla de roca puede resultar significativa-mente reveladora.

Este artículo examina el desarrollo de la tec-nología de tomografía computada (TC) queutiliza rayos X y la consecuente transferencia detecnología del ámbito de la medicina al campopetrolero. Describimos cómo pueden evaluarselos datos utilizando técnicas de visualizacióninmersiva y analizamos un abanico de aplicacio-nes de campos petroleros que pueden sacarprovecho de las mismas. Por último, veremoscómo esta tecnología sirvió a los investigadorespara evaluar las operaciones de cementación dela tubería de revestimiento y los tratamientos deestimulación de pozos.

1. En el campo de la medicina, la tomografía axialcomputarizada (TAC) a veces se denomina tambiéntomografía asistida por computadora y es sinónimo detomografía computada.

2. Un micrón, o micrómetro, equivale a una millonésima deun metro, o más comúnmente, la milésima parte de unmilímetro. Se abrevia como µ, µm o mc. En el sistema demedidas inglés, un micrón equivale a 3.937 x 10-5 pulgadas.

3. Siddiqui S, Grader AS, Touati M, Loermans AM y FunkJJ: “Techniques for Extracting Reliable Density andPorosity Data from Cuttings,” artículo de la SPE 96918,presentado en la Conferencia y Exhibición Técnica Anualde la SPE, Dallas, 9 al 12 de octubre de 2005.Bauget F, Arns CH, Saadatfar M, Sheppard AP, Sok RM,Turner ML, Pinczewski WV y Knackstedt MA: “What isthe Characteristic Length Scale for Permeability? DirectAnalysis from Microtomographic Data,” artículo de la SPE95950, presentado en la Conferencia y Exhibición TécnicaAnual de la SPE, Dallas, 9 al 12 de octubre de 2005.

4. Hounsfield GN: “A Method of and Apparatus forExamination of a Body by Radiation such as X- orGamma Radiation,” Patente Británica No. 1,283,915 (2 de agosto de 1972).

5. Para obtener más información sobre TC por rayos X,consulte: Publication Services Department of the ODPScience Operator. http://wwwodp.tamu.edu/publications/185_SR/005/005_5.htm (Se accedió el 27 de enero de 2006).

Tecnología de barrido por tomografía computadaOriginalmente desarrollada para uso médico porGodfrey Newbold Hounsfield en 1972, la tomogra-fía computada utiliza barridos por rayos X parainvestigar las estructuras internas de un cuerpo,tales como las estructuras internas del tejidoblando y los huesos.4 La tecnología TC supera elproblema de superposición que plantea la téc-nica de radiografía por rayos X convencionalcuando las particularidades tridimensionales delos órganos internos son oscurecidas por losórganos y los tejidos sobreyacentes cuya imagenaparece en la película de rayos X bidimensional.

En lugar de proyectar los rayos X a través deun paciente y sobre una placa de película, comosucede con los rayos X convencionales, el procesoTC adopta un enfoque diferente. El tomógrafoutiliza una carcasa rotativa en la que se instalaun tubo de rayos X frente a un conjunto de detec-tores. El paciente se ubica en el centro de lacarcasa, mientras la fuente de rayos X y los detec-tores opuestos rotan alrededor del mismo. Con elpaciente ubicado aproximadamente en el centrodel plano fuente-receptor, la carcasa rotativa per-mite obtener una serie de barridos radiográficosestrechamente espaciados desde múltiples ángu-los. Estos estudios, o proyecciones radiográficas,luego pueden procesarse para obtener una repre-sentación 3D del paciente (arriba).

Las proyecciones radiográficas TC dependende la atenuación diferencial de los rayos X cau-sada por los contrastes de densidad presentes enel cuerpo de un paciente. Esta atenuación repre-senta una reducción de la energía conforme los

rayos X atraviesan las diferentes partes delcuerpo. Algunos tejidos dispersan o absorbenmejor los rayos X que otros: el tejido gruesoabsorbe más rayos X que el delgado; los huesosabsorben más rayos X que el tejido blando, mien-tras que la grasa, los músculos o los órganospermiten que pasen más rayos X hacia los detec-tores. Eliminando el paciente de esta ecuación,la atenuación es una función de la energía de losrayos X y de la densidad y el número atómico delos elementos a través de los cuales pasa el rayoX. La correlación es bastante directa: los rayos queposeen menos energía, las mayores densidades ylos números atómicos más altos generalmente setraducen en mayor atenuación.5

> Tomografía axial computada (TAC) de tórax. La manipulación de los valoresde color y opacidad de los diferentes tejidos permite a los facultativos obser-var los pulmones y el esqueleto del paciente sin ningún tipo de obstrucciones.(Imagen cortesía de Ajay Limaye, VizLab, Universidad Nacional de Australia).

6 Oilfield Review

A mediados de la década de 1880, el artistaneoimpresionista Georges Seurat perfeccionóuna técnica pictórica revolucionaria que con-sistía en pintar con diminutos puntos de color.Al igual que Michel Chevrul, quien lo prece-dió, Seurat reconoció que con la distancia elojo mezcla naturalmente los diminutos puntosde colores primarios para generar sombras decolores secundarios. Utilizando minúsculaspinceladas, Seurat y sus contemporáneos cap-taron escenas de paisajes urbanos, puertos ypersonas trabajando y descansando. Esta téc-nica recibió el nombre de puntillismo.

Las computadoras utilizan una técnica simi-lar para mostrar textos e imágenes; perofuncionan en una escala mucho más fina. Cadaimagen exhibida en el monitor de una compu-tadora o en una pantalla de visualización secompone de numerosos puntitos casi impercep-tibles, espaciados a intervalos extremadamenteestrechos. En la pantalla de una imagen 2D,cada punto o pixel (palabra formada por lacontracción de los términos en inglés pictureelements) puede ser definido por las coordina-das horizontal (x) y vertical (y) de la pantalla.Además, es definido por su valor cromático. Enlas imágenes en color, a cada pixel se le asignapor otra parte su propio brillo.

La cantidad de sombras que puede tomarun pixel depende de la computadora y delnúmero de bits por pixel (bpp) que es capazde procesar. Los valores usuales oscilan entre8 bpp (28 bits, lo que se traduce en 256 colo-res) y 24 bpp (224 bits, o 16,777,216 colores).En una imagen de escala de grises de ochobits, por ejemplo, a cada pixel se le asignaríaun valor correspondiente a un matiz de gris,fluctuante entre 0 y 255, donde 0 representael color negro y 255, el blanco.

El número de pixels utilizados para crear unaimagen controla su resolución (arriba, a laderecha). Conforme se utilizan más pixels, laimagen puede ser representada en mayor deta-lle o con mayor nivel de resolución. De estemodo, en la resolución incide inicialmente elsistema de adquisición de imágenes y, posterior-mente, el sistema de despliegue de imágenes.

La resolución en los sistemas de adquisi-ción de imágenes digitales se determina engran medida por el número de células fotorre-ceptoras sensibles a la luz, conocidas comofotositos, que se utilizan para registrar unaimagen. Estos fotositos (más comúnmentealudidos como pixels) acumulan cargas quecorresponden a la cantidad de luz que atra-viesa la lente y pasa a cada célula.1 A medidaque cae más luz en un fotosito, la carga crece.Una vez que se cierra el obturador, se impidela entrada de luz en la lente. En ese momentola carga de cada célula queda registrada en un

chip de procesamiento y luego se convierte enun valor digital que determina el color y laintensidad de los pixels individuales utilizadospara desplegar la imagen en la pantalla. Laresolución de estos dispositivos a menudo seexpresa no en términos de fotositos sino comomegapixels. Un dispositivo de 1.2 megapixel,por ejemplo, podría tener un área de 1,280 x960 (1,228,800 pixels), mientras que con undispositivo de 3.1 megapixels que midiera2,048 x 1,536 (3,145,728 pixels) se lograría unmayor nivel de resolución.

Reemplazo de los puntos 2D por los volúmenes 3D

> Resolución en pixels. La nitidez y claridad de una imagen son afectados por el recuento de pixelsy por el tamaño de los pixels. Para aumentar el número de pixels dentro de un espacio fijo se debereducir su tamaño. A medida que el tamaño de los pixels (en blanco) disminuye progresivamente(de izquierda a derecha), se pueden utilizar más pixels para lograr mayor detalle en la imagen.

> Del pixel al voxel. Un pixel plano (izquierda) incorpora una nueva dimensión cuando el corte enel que reside se apila con otros cortes para formar un volumen (derecha). La incorporación de lacoordenada z del número de corte básicamente asigna un valor de profundidad al pixel, creandoasí un voxel en la pila de cortes.

0

0 Franja cromática 256

0

200

400

600

800

1,000

Coor

dena

das

verti

cale

s, y

200 400 600Coordenadas horizontales, x

800 1,000

Color

x

y

Pixel

0

200

400

600

800

1,000

Coor

dena

das

verti

cale

s, y

0 200 400 600Coordenadas horizontales, x

Número de corte, z

800 1,000

Voxelx

y

z

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6. Feldkamp LA, Davis LC y Kress JW: “Practical Cone-Beam Algorithm,” Journal of the Optical Society of America A1, no. 6 (Junio de 1984): 612–619.

7. Kayser A, Kellner A, Holzapfel H-W, van der Bilt G,Warner S y Gras R: “3D Visualization of a Rock Sample,”en Doré AG y Vining BA (eds): Petroleum Geology: North-West Europe and Global Perspectiva—Memoriasde la 6a Conferencia sobre Geología del Petróleo.Londres: The Geological Society (2005): 1613–1620.Vinegar HJ: “X-ray CT and NMR Imaging of Rocks,”Journal of Petroleum Technology 38, no. 3 (Marzo de1986): 257–259.

La resolución de la imagen también puedequedar afectada por el medio en el que ésta sedespliega. Un monitor de computadora deresolución relativamente baja podría descri-birse como una visualización de 640 x 480.Esto significa que el monitor posee un anchode 640 pixels, desplegado a lo largo de unaaltura de 480 líneas, lo que totaliza 307,200pixels. Si esos pixels estuvieran distribuidos alo largo de un monitor de 15 pulgadas, a cual-quier imagen desplegada en ese monitor se leasignarían 50 puntos por pulgada. Para incre-mentar la resolución, se debe reducir eltamaño de la pantalla o bien condensar máspixels en la pantalla. En las aplicacionesmodernas generalmente se adoptan ambosenfoques, comprimiendo un enorme númerode pixels en un área más pequeña.

Para generar la imagen de un objeto 3D, elpixel se expande incorporando otra dimen-sión. Se agrega una tercera coordenada (z) alplano x-y para definir con precisión la posi-ción del pixel dentro del volumen de un objeto3D, creando de este modo un voxel; la abrevia-tura de pixel de volumen. En las imágenes TC,la coordenada z a menudo denota la profundi-dad y se determina sencillamente por laposición que posee un corte tomográfico den-tro de un volumen formado mediante elapilamiento de numerosos cortes estrecha-mente espaciados (página anterior, abajo).Además de las coordenadas x, y, z, un voxelpuede definir un punto por un valor de atri-buto dado. En el caso de los barridos por TC,ese valor es la densidad, que es una funciónde la transparencia de la muestra con res-pecto a los rayos X. Los valores de densidadpueden vincularse a un espectro cromático,mientras que una gama de intensidades puedecontrolar la opacidad de un voxel en la panta-lla de una computadora. Con esta informacióny el software que produce 3 dimensiones, sepuede generar una imagen bidimensional deun objeto 3D para su visualización, con diver-sos ángulos, en la pantalla de unacomputadora.

CuarzoCalcitaAnhidritaBaritaCelestita

Mineral Densidad, g/cm3 Mineral Densidad, g/cm3

2.642.712.984.093.79

YesoDolomíaIlitaCloritaHematita

2.352.852.522.765.18

1. Si bien los especialistas pueden afirmar con razón quelos fotositos no son en realidad pixels, en la jergapopular estos términos se están utilizando cada vezmás en forma indistinta, en gran medida gracias a laatracción que ha despertado la fotografía digital, en laque los fabricantes de cámaras digitales describen laresolución en términos de megapixels.

Los datos de proyecciones digitales se con-vierten en una imagen generada por computadorautilizando algoritmos de reconstrucción tomográ-fica para mapear la distribución de los coeficientesde atenuación.6 Esta distribución puede exhi-birse en cortes 2D compuestos de puntos que sesombrean de acuerdo con sus valores de atenua-ción. (Véase “Reemplazo de los puntos 2D por losvolúmenes 3D,” página 6). De este modo, en losestudios hospitalarios, a los huesos se les asignahabitualmente un color claro que se correspondacon su valor de atenuación comparativamentealto, mientras que al tejido pulmonar lleno deaire se le puede asignar un color más oscurocorrespondiente a valores de atenuación bajos.

Hacia la gran potencia industrialLos contrastes de densidad presentes en un volu-men de roca pueden reflejarse en imágenescomo sucede con el cuerpo humano (arriba).Para mediados de la década de 1980, la tecnolo-gía TC estaba haciendo incursiones importantesen aplicaciones para geociencia. Además de ladeterminación cuantitativa de la densidad volu-métrica de las muestras de rocas, el barrido por

TC fue adaptado para visualizar la desulfuraciónmicrobiana del carbón, el desplazamiento delpetróleo pesado y el flujo de petróleo a través denúcleos de carbonatos.7

En los primeros días de los estudios de rocaspor TC, no era inusual que los geocientíficosimplementaran contratos con la única institu-ción de la ciudad que podía proveer acceso a unatecnología tan sofisticada. A menudo, en la oscu-ridad de la noche, tratando de atraer la menoratención posible, se acarreaban muestras denúcleos desde el ámbito petrolero hasta elambiente prístino y estéril del sector de estudiostomográficos de un hospital para la generación yel análisis de imágenes (abajo).

> Un tipo diferente de paciente. Una sección de núcleo completo se coloca en una carcasa desliza-ble antes de la obtención de imágenes en el centro de tomografía axial computada de un hospital.

> Valores de densidad de los diversos minerales que se encuentran normal-mente en la roca sedimentaria. Los rayos X utilizados para visualizar las texturasde las rocas están afectados, en parte, por las diferencias de densidad ymineralogía que existen en una muestra.

A los profesionales ajenos al ámbito de lamedicina no les llevó mucho tiempo reconocerel potencial de la tecnología TC para la evalua-ción no destructiva de los materiales. Losgeocientíficos pronto se incorporaron a las filasde otros investigadores, particularmente aque-llos dedicados al campo de los ensayos demateriales, quienes procuraban obtener detallescada vez más finos en las imágenes de las estruc-turas internas. Esta capacidad ha sido logradaen gran medida a través del desarrollo de poten-tísimos sistemas de TC que pueden emplearrayos X más poderosos, un punto focal másestrecho y tiempos de exposición más prolonga-dos que los utilizados en el ámbito médico.8

Con el desarrollo de los sistemas microTC(µTC), los investigadores están obteniendo reso-luciones mucho más altas.9 Utilizando estossistemas, los investigadores a veces pueden gene-rar imágenes de sus muestras con tamaños devoxels de tan sólo 2.5 µm. Dependiendo deltamaño de una muestra y del número de pixelsutilizados para generar una imagen de la misma,se están logrando tamaños de voxels equivalentesa una milésima parte del tamaño de la muestra.Por ejemplo, es razonable suponer que unacámara de 1 megapixel que utiliza 1,000 x 1,000pixels puede resolver una muestra de 1 cen-tímetro cúbico con una resolución deaproximadamente 10 µm. De un modo similar,una cámara de 16 megapixels (4,000 x 4,000pixels) es capaz de resolver la misma muestracon una resolución de 2.5 µm.

Con estas resoluciones, los geocientíficospueden distinguir los contrastes de densidad ode porosidad presentes en una muestra de roca yestudiar el espacio y la conectividad de poros engran detalle. Esta tecnología µCT permite elreconocimiento de granos o cementos con dife-rentes composiciones mineralógicas (derecha).Incluso se ha utilizado para diferenciar granosdel mismo tipo, como los que se observan en loscarbonatos donde la microporosidad puedevariar entre los diferentes tipos de granos de lamisma roca.10

El proceso de barridoEl proceso de barrido para adquirir datos µCT esen cierto sentido análogo a la adquisición dedatos sísmicos 3D. Una brigada sísmica registrauna serie de líneas sísmicas regularmente espa-ciadas. Las coordenadas de los puntos inicial yfinal de cada línea son relevadas, haciendo posi-ble inferir la distancia existente entre cada líneade la serie. De este modo, se puede determinarla posición de cualquier punto a lo largo de cual-quier línea así como la distancia entre puntos,dentro de la serie de líneas. Con este conoci-

miento, es posible interpolar la posición entredos puntos o líneas cualesquiera cuando se pro-cesan los datos.

En lo que respecta a la tecnología µCT, seadquiere una serie regular de barridos estrecha-mente espaciados para obtener cortes virtualesde alta resolución de una muestra. Cada pixeldel corte representa un punto barrido y sus coor-denadas corresponden a un punto real de lamuestra. Dado que las coordenadas de cada unode los puntos son conocidas, se pueden determi-nar las distancias entre cada uno de los puntos ycada uno de los cortes. Y, como sucede con lalínea sísmica, los puntos o los cortes puedeninterpolarse entre los cortes existentes. Si seapilan los cortes en forma apretada para confor-mar un volumen de datos, cada pixel de un cortese convierte en parte de la pila e incorpora unatercera dimensión. De este modo, cada pixelpuede ser tratado como un voxel.

El proceso de barrido se lleva a cabo utili-zando sistemas de rayos X altamente espe-cializados. Si bien diversas compañías ofrecensistemas con calidad de investigación, numerososdispositivos microtomográficos que utilizan rayosX se construyen a la medida de las necesidades.Independientemente de que se trate de sistemasen existencia o diseñados especialmente, todosdependen de tres componentes principales: unafuente de rayos X, una plataforma rotativa dondese coloca la muestra y una cámara de rayos X pararegistrar el patrón de atenuación de rayos X den-tro de una muestra.

Para explorar una muestra, se la debe colo-car en la plataforma rotativa situada entre lafuente de rayos X y la cámara. Los rayos X emiti-dos desde la fuente se atenúan a través de ladispersión o la absorción antes de ser registra-dos por la cámara.11 Luego, la cámara registrauna vasta serie de radiografías mientras la

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Granos de arenisca y cemento cuarzoso: 78%

Cemento barítico: 1%

Espacio poroso: 16%

Cemento de calcita: 5%

> Cuantificación tridimensional y distribución espacial de los componentesde la arenisca. Si bien la mayoría de las areniscas están compuestas princi-palmente por granos de cuarzo y cemento, las imágenes radiográficas ayudana poner en perspectiva otros componentes. Las diferencias producidas en laatenuación de los rayos X a través de la muestra indican cambios de densi-dad causados por la porosidad y los diversos componentes minerales de laroca. Una vez mapeadas, estas características pueden ser aisladas para suexamen ulterior.

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muestra rota 360° en forma incremental sobresu plataforma. Un programa de computadoraapila los datos de proyecciones digitales a la vezque mantiene el verdadero espaciamiento entrepixels y cortes. A estos datos se aplican algorit-mos TC para reconstruir la estructura interna dela muestra y preservar su escala en tres dimen-siones.

Uno de esos dispositivos fue construido en elaño 2002 por la Universidad Nacional de Austra-lia en Canberra (arriba). Su fuente genera rayosX con un punto focal de 2 a 5 µm. El haz de rayosX se expande desde el punto focal, creando unageometría de tipo haz cónico.12 Dado que laampliación de la muestra aumenta con la proxi-midad con respecto a la fuente de rayos X, laplataforma rotativa y la cámara están diseñadaspara deslizarse en forma independiente sobre unriel, permitiendo que los investigadores ajustenlas distancias existentes entre la fuente, la mues-tra y la cámara. La plataforma de la muestra

puede hacer rotar la muestra con precisión de unmiligrado y puede acomodar hasta 120 kg [265 lbm]de muestra y el equipo de prueba asociado.13

En este centro, la “cámara” de rayos X constade un centellador que despide rayos de luz fluo-rescente verde en respuesta a los rayos X y undispositivo acoplado por carga (CCD, por sussiglas en inglés) que convierte esta luz verde enseñales eléctricas.14 La cámara posee un áreaactiva de 70 mm2 que contiene 4.1 megapixels(2,048 x 2,048 pixels). El amplio campo visualdel sistema permite a los investigadores generarla imagen de un espécimen de 60 mm con untamaño de pixel de 30 micrones. Además, pue-den aumentar la distancia focal para lograr unbarrido de alta resolución y de este modo obte-ner la imagen de un espécimen de 4 mm conpixels de 2 micrones.

Se necesitan aproximadamente 3,000 pro-yecciones para generar un tomograma de 2,0483

voxels. Entre cada proyección, la plataforma de

la muestra se hace rotar 0.12°. El proceso enterodemanda entre 12 y 24 horas, dependiendo deltipo de muestra y de los pasos de filtrado reque-ridos para reducir las transformacionesartificiales de las muestras. Los 24 gigabytes dedatos de proyección resultantes son procesadoscon supercomputadoras, y 128 unidades de pro-cesamiento central requieren aproximadamente2 horas para generar el tomograma.

Tecnología de visualizaciónUna vez que las proyecciones radiográficas indi-viduales han sido compiladas en un archivo de unvolumen de datos 3D, los datos pueden cargarseen un ambiente de visualización inmersiva paraun examen detallado. Con la tecnología de reali-dad virtual Inside Reality, se pueden generarimágenes y manipular los datos como cualquierotro volumen de datos 3D. Originalmente desa-rrollada para visualizar los volúmenes sísmicoscontenidos en millas o kilómetros de datos, latecnología Inside Reality también puede manipu-lar volúmenes de datos en base a escalassubmilimétricas mucho más finas.

Los geocientíficos utilizan esta tecnología devisualización de avanzada para visualizar unvolumen de datos desde cualquier dirección.Esta capacidad permite observar en forma orto-gonal los planos de estratificación y los planosde fracturas de las muestras de rocas, aúncuando la muestra física haya sido cortada ensentido oblicuo a estos planos. Los rasgos sedi-mentarios y estructurales de la muestra de rocase analizan habitualmente en forma de cortes otransparencias a través de un volumen.

Mientras el proceso de barrido se basa en lasdiferencias de densidad para distinguir los rasgospresentes dentro de una muestra, el proceso devisualización depende en gran medida de lasdiferencias de opacidad. Una forma de exponerlos rasgos que se encuentran a profundidad den-tro de un volumen que comprende millones devoxels es hacer que los voxels adyacentes seaninvisibles. La generación de la opacidad es laclave de la visualización. A cada voxel se leasigna un valor a lo largo de un espectro detransparencia-opacidad, lo que hace que ciertosvoxels se destaquen mientras otros se desvane-cen. Sin esta capacidad, la opacidad de los voxelsexternos ocultaría todos los rasgos que seencuentran en el volumen.

La tecnología basada en voxels puede utili-zarse para determinar el volumen y la geometríade los granos de rocas, el cemento, la matriz y elespacio de poros en una muestra. Utilizando lasherramientas generadoras de opacidad Inside

8. Para obtener más información sobre TC por rayos X, de alta resolución, consulte: Centro de Tomografía Computada por Rayos X, de Alta Resolución, de la Universidad de Texas. http://www.ctlab.geo.utexas.edu/overview/index.php# anchor1-1 (Se accedió el 30 deenero de 2006).

9. Las abreviaturas para la expresión tomografíamicrocomputarizada varían desde µCT (donde la letragriega mu es un símbolo estándar para el prefijo“micro”), uCT (donde “u” es un sustituto de mu), mCT(donde la “m” representa la palabra micro) y XMT paraMicrotomografia por rayos X.

10. Kayser A, Gras R, Curtis A y Wood R: “VisualizingInternal Rock Structures: New Approach Spans FiveScale-Orders,” Offshore 64, no. 8 (Agosto de 2004):129–131.

11. Ketcham RA y Carlson WD: “Acquisition, Optimizationand Interpretation of X-Ray Computed TomographicImagery: Applications to Geosciences,” Computers &Geosciences 27, no. 4 (Mayo de 2001): 381–400.

12. Sakellariou A, Sawkins TJ, Senden TJ y Limaye A: “X-Ray Tomography for Mesoscale Physics Applications,”Physica A 339, no. 1-2 (Agosto de 2004): 152–158.Sakellariou A, Sawkins TJ, Senden TJ, Knackstedt MA,Turner ML, Jones AC, Saadatfar M, Roberts RJ, LimayeA, Arns CA, Sheppard AP y Sok RM: “An X-Ray

> Un aparato para realizar tomografías por rayos X, de alta resolución, en la Universidad Nacional deAustralia. La plataforma rotativa donde se coloca la muestra y la cámara del dispositivo acoplado porcarga (CCD, por sus siglas en inglés) se desliza sobre un carril, posibilitando el ajuste de la distanciaque existe entre la cámara, la muestra y la fuente de rayos X. Con este dispositivo, se puede ampliaruna muestra entre 1.1 y más de 100 veces con respecto a su tamaño original. La plataforma rota conprecisión de un miligrado y puede ser provista de bombas de fluido para generar imágenes del flujoque circula a través de los medios porosos. (Figura cortesía de la Universidad Nacional de Australia).

Aproximadamente 1.5 m

Plataforma de rotación Fuente de rayos XCentellador + CCD

Tomography Facility for Quantitative Prediction ofMechanical and Transport Properties in Geological,Biological and Synthetic Systems,” en Bonse U (ed):Desarrollos en Tomografía por Rayos X IV, Actas de laSPIE—La Sociedad Internacional de Ingeniería Óptica,Vol. 5535. Bellingham, Washington, EUA: SPIE Press(2004): 473–474.

13. Este equipo de prueba incluye bombas u otrosdispositivos utilizados para estudiar el flujo de fluido o la compactación mecánica.

14. En lugar de exponer la película a la luz, la tecnologíaCCD capta las imágenes en una técnica similar a lafotografía digital común. Un dispositivo CCD utiliza unaplaqueta delgada de silicio para registrar los impulsosluminosos emitidos por un centellador. La plaqueta desilicio del CCD se divide en varios miles de celdasfotosensibles individuales. Cuando un impulso luminosoproveniente del centellador impacta sobre una de estasceldas, el efecto fotoeléctrico convierte la luz en unapequeñísima carga eléctrica. La carga que se encuentradentro de una celda se incrementa con cada impulsoluminoso que golpea la celda. Cada una de las celdas dela plaqueta de silicio del CCD corresponde, en tamaño yubicación, a un pixel de una imagen. La intensidad delpixel queda determinada por la magnitud de la cargadentro de una celda correspondiente.

Reality, los geocientíficos pueden asignar diferen-tes valores del espectro de opacidad-transparen-cia a los diversos componentes de un volumen.Esta técnica permite a los geocientíficos distin-guir entre materiales de diferentes valores dedensidad. Por ejemplo, la distribución del cemen-to entre los granos de minerales aparece como uncolor distintivo, mientras que configurar el espa-cio de poros a cero opacidad lo hace transparen-te, mostrando así los espacios que existen entrelos granos. Esto permite que el visualizador sepa-re los granos de rocas del cemento, la matriz y elespacio de poros para descubrir los rasgos sedi-mentarios y estructurales internos (izquierda).

La capacidad de manipular los valores deopacidad desempeña un rol importante en lasherramientas de selección de puntos de picado ygeneración de volúmenes que se ofrecen comoparte de la caja de herramientas del programaInside Reality. Utilizando la herramienta deselección de puntos de picado, el visualizadorselecciona un punto dentro de un corte o vo-lumen. Este punto tiene un cierto valor deatenuación de rayos X. Una vez seleccionado unpunto, el programa pica automáticamente todoslos voxels vecinos de valor similar que se encuen-tran conectados a ese punto. Esta funcionalidadpuede ayudar a un geocientífico a picar un puntodentro de un volumen respecto del cual se sabeque representa la porosidad, por ejemplo, y laherramienta de generación de volúmenes mos-trará toda la porosidad interconectada presenteen el volumen (izquierda).

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15. Saadatfar M, Turner ML, Arns CH, Averdunk H, SendenTJ, Sheppard AP, Sok RM, Pinczewski WV, Kelly J yKnackstedt MA: “Rock Fabric and Texture from DigitalCore Analysis,” Transcripciones del 46o Simposio Anualde Adquisición de Registros de la SPWLA, NuevaOrleáns, 26 al 29 de junio de 2005, artículo ZZ.

16. Tanto la escala de Udden-Wentworth como la escala deKrumbein se utilizan para clasificar las muestras derocas de acuerdo con el diámetro; la primera es unaclasificación verbal mientras que la segunda es numé-rica. De acuerdo con la escala de Udden-Wentworth,las partículas de sedimento de más de 64 mm de diáme-tro se clasifican como cantos rodados. Las partículasmás pequeñas corresponden a guijarros, gránulos,arena y limo. Las de menos de 0.0039 mm, reciben elnombre de arcilla. Si bien existen en uso muchas otrasescalas granulométricas, la de Udden-Wentworth(normalmente conocida como escala de Wentworth) esla más utilizada en geología. La escala de Krumbein esuna escala logarítmica, que asigna un valor conocidocomo phi para clasificar el tamaño del sedimento. Phise calcula mediante la ecuación: ø = –log2 (tamaño degrano en mm).

1.0 mm

1.0 mm

> Poros en areniscas. Se utiliza un filtro de opacidad para presentar diferentes rasgos en ventanas devolúmenes utilizando el programa Inside Reality. La ventana de la izquierda por encima y detrás de laflecha amarilla muestra sólo los granos de cuarzo (verde claro) presentes en esta arenisca eólica dela Formación Rotliegendes situada en Alemania. Un volumen que muestra sólo el espacio de poros(azul) se muestra como fondo, a la derecha. El volumen más pequeño que aparece en primer plano ala derecha muestra el cemento barítico de origen diagenético tardío (rojo). El corte que compone laimagen base indica el cuarzo (gris), el espacio poroso (azul), la barita (rojo) y el cemento carbonatado(naranja). La flecha amarilla que se muestra con el fin de indicar la escala posee 1 mm de longitud.

> Rastreo de la arenisca. Se ha utilizado un filtro de opacidad para resaltar los granos de cuarzo pre-sentes en la arenisca de un yacimiento de gas de la Formación Rotliegendes en Alemania. En el volumen(gris claro), se generan imágenes de la porosidad interconectada (azul) utilizando la herramienta degeneración de volúmenes del programa Inside Reality. La franja (rojo) a lo largo del borde de la poro-sidad indica las posibles conexiones con los poros vecinos detectados automáticamente por elprograma. El cemento carbonatado (naranja) también se muestra en el volumen. El corte horizontalexhibe los granos de cuarzo (gris oscuro), el espacio poroso (negro), el cemento carbonatado (grismedio) y el cemento barítico (blanco).

Verano de 2006 11

Dado que cada voxel se define en parte porsus coordenadas, se puede medir la distanciaque existe entre dos voxels cualesquiera. Parafacilitar este proceso, el sistema Inside Realityutiliza una herramienta de tipo regla para pro-veer una escala visual. Esta herramienta puedeutilizarse para medir el tamaño de granos o deporos en tres dimensiones, ayudando a losgeocientíficos a estimar las proporciones y laconectividad del volumen de poros.

El traslado de las muestras de rocas del labo-ratorio a un ambiente de visualización inmersivaposibilita que los equipos a cargo de los activos delas compañías intercambien información y con-ceptos importantes sobre las muestras deyacimientos para tomar mejores decisiones enbase a la mayor cantidad de información posible.La tecnología Inside Reality permite que los geo-científicos intercambien datos de núcleosvirtuales 3D con quienes se encuentran en lugaresremotos para ayudar a los equipos a cargo de losactivos de las compañías operadoras a colaborarcon los especialistas y socios de compañías detodo el mundo (derecha).

AplicacionesLos datos texturales y los datos de estructura delas rocas proveen a los geólogos informaciónclave que se utiliza en el análisis de facies y enla determinación de los ambientes sedimenta-rios. Los geólogos y petrofísicos ahora puedenobtener importante información sobre eltamaño, la forma y la matriz de granos a partirde barridos digitales de núcleos o fragmentos denúcleos. Una sola imagen de fragmentos denúcleos puede revelar miles de granos individua-les. Mediante la desagregación digital de losgranos de una muestra explorada, los analistaspueden obtener las coordenadas de todos losvoxels que componen cada grano, el número degranos vecinos e información sobre la superposi-ción de granos.15

A partir de ese conjunto de datos, los geólo-gos pueden derivar un análisis general de lostamaños y la distribución de granos para obteneruna serie completa de mediciones estadísticas(derecha). El volumen de granos se mide con-tando los voxels de cada grano diferenciado, apartir de lo cual se deriva el tamaño que luego seclasifica contra las escalas granulométricasestándar de Udden-Wentworth o de Krumbein.16

Frec

uenc

ia

0-1 0 1 2 3 4

10

20

30

40

50

= -log2 (diámetro)

Media

Tamaño de granos

GruesaArenamuy gruesa Fina Limo

> Visualización utilizando la tecnología Inside Reality. El traslado de los volú-menes de muestras al ambiente seguro de colaboración en red de un iCenterpermite que los equipos a cargo de los activos de las compañías se sumerjanen sus datos. La proyección estereoscópica crea una percepción de la pro-fundidad, proveyendo una perspectiva diferente sobre la naturaleza 3D de laroca y su microestructura. El programa de visualización Inside Reality proveeuna imagen detallada de un fósil de foraminífero que mide 1.5 x 1.0 mm (inserto).Esta visualización 3D permite el examen del fósil desde varios ángulos dife-rentes. El avatar animado refleja los movimientos y acciones de señalizaciónde otro visualizador que interactúa con estos datos desde un punto remoto.

> Estadísticas obtenidas a partir de un solo corte de una muestra. Sedesagregaron virtualmente más de 4,100 granos de un solo corte, lo quepermitió a los investigadores compilar datos estadísticos detallados paracaracterizar la estructura y la textura de la roca. Si se comparan con otrasmuestras, estas medidas estadísticas pueden ayudar a los geólogos aclasificar el ambiente sedimentario de la roca. (Adaptado de Saadatfaret al, referencia 15).

Los programas automatizados pueden rastrear yclasificar los granos individuales de acuerdo conlas características de esfericidad y redondez delgrano o clasificarlos de acuerdo con las catego-rías texturales, tales como selección, contactosde granos, matriz o grano soporte. Algunos pro-gramas también pueden medir la anisotropía enla orientación de los granos para ayudar a losgeocientíficos a determinar la dirección de trans-porte de los sedimentos.

Más importante que la medición detallada delos granos de rocas es el análisis del espacio queexiste entre los granos y los contenidos de losmismos. Las herramientas que generan opa-cidad funcionan particularmente bien paramostrar lo que no es roca; es decir, su porosidad.Los investigadores pueden obtener una buenaimagen de la porosidad mediante la reducciónde la opacidad de los voxels densos que repre-sentan los granos de rocas y los cementos,

incrementando simultáneamente la opacidad delos voxels de baja densidad (arriba). Esta mismatécnica de generación de opacidad destaca lamagnitud de la porosidad interconectada dentrode la roca. Una vez que la porosidad es puesta enpantalla, los geocientíficos pueden medir eltamaño de los espacios porosos y las gargantasde poros utilizando la herramienta de tipo regla.La interconectividad de los poros también puederepresentarse utilizando modelos de redes deporos basados en las imágenes tomográficas(izquierda). La distribución de las gargantas deporos y de los tamaños de poros, junto con lainterconectividad, ocupan un lugar destacado enla determinación de la permeabilidad relativa yla estimaciones de la recuperación en muestrasde yacimientos; parámetros que pueden ser difí-ciles de cuantificar cuando diferentes fluidoscompiten por la misma apertura.

Es posible obtener una diversidad de otrasmediciones a partir de las imágenes tomográfi-cas, de las que a su vez se deriva informaciónimportante. Los analistas pueden correlacionardirectamente los datos de imágenes de la tex-tura y la conectividad de poros con medidas delfactor de formación, la permeabilidad y las pre-siones de drenaje capilares. Las comparacionesde los resultados obtenidos a partir de las imáge-nes µCT con las mediciones de laboratorioconvencionales, realizadas en el mismo materialde núcleos, han mostrado en general buena con-cordancia.17

12 Oilfield Review

Granos y cemento cuarzoso

Cambio en la opacidad

Poros y gargantas de poros

> Una enorme cantidad de nada. A través del manipuleo de la opacidad de la imagen de una muestraexplorada, es fácil examinar visualmente los granos de arena (verde) o bien el espacio poroso (azul).En muchas evaluaciones, este análisis detallado del espacio poroso puede revelar importantesclaves del futuro desempeño de un yacimiento.

> Información a escala de poros obtenida de las imágenes tomográ-ficas. Las porciones centrales de los poros (esferas azules), conec-tadas por las gargantas de poros (cilindros azules), se utilizan paramodelar la porosidad en una muestra de roca carbonatada (amarillo).El tamaño y la ubicación de las porciones centrales de los poros y lasgargantas de poros en esta red reflejan las condiciones reales exis-tentes dentro de la microestructura de la roca. La complejidad yheterogeneidad de las redes de poros en los carbonatos aparecenen primer plano a medida que parte de la matriz de roca se vuelvesemitransparente mientras el espacio poroso se vuelve opaco.(Imagen cortesía de la Universidad Nacional de Australia).

Verano de 2006 13

reemplazo de aragonita y una zona de alteraciónmineral caracterizada por la existencia de poro-sidad secundaria alta.

La reacción entre el scCO2 y el cemento pro-dujo un frente de carbonatación irregular que seextiende 4 mm [0.16 pulgadas] desde el bordeexterno del núcleo hacia su centro. Este frente decarbonatación de color más claro se pudo verfácilmente en el volumen 3D en escala de grises yen un corte codificado en color (arriba). El análi-sis de difracción por rayos X subsiguiente

17. Arns CH, Averdunk H, Bauget F, Sakellariou A, SendenTJ, Sheppard AP, Sok RM, Pinczewski WV y KnackstedtMA: “Digital Core Laboratory: Analysis of Reservoir CoreFragments from 3D Images,” Transcripciones del 45oSimposio Anual de Adquisición de Registros de laSPWLA, Noordwijk, Países Bajos, 6 al 9 de junio de 2004,artículo EEE.

18. Bennaceur K, Gupta N, Monea M, Ramakrishnan TS,Tanden T, Sakurai S y Whittaker S: “Captación y almace-namiento de CO2: una solución al alcance de la mano,”Oilfield Review 16, no. 3 (Invierno de 2004/2005): 48–65.

19. Por encima de su punto crítico, es decir 31.1°C y 73.8bar, el CO2 se convierte en un fluido supercrítico. En esteestado comprimido, sus propiedades se encuentranentre las de un gas y las de un líquido. Con una tensiónsuperficial menor que en su forma líquida, el CO2supercrítico penetra fácilmente en las fisuras y grietas.No obstante, a diferencia del gas CO2, puede disolversustancias que son solubles en CO2 líquido.

20. Barlet-Gouédard V, Rimmelé G, Goffé B y Porcherie O:“Mitigation Strategies for the Risk of CO2 MigrationThrough Wellbores,” artículo de las IADC/SPE 98924,presentado en la Conferencia de Perforación de lasIADC/SPE, Miami, Florida, EUA, 21 al 23 de febrero de2006.

21. El cemento puro no posee aditivos que pueden alterarsu tiempo de fragüe o sus propiedades reológicas.

Estudio de los efectos del dióxido de carbono enla cementación de la tubería de revestimientoEn una importante aplicación que trasciende elcampo de la petrofísica convencional, se utilizó latécnica µCT para estudiar los efectos del dióxidode carbono [CO2] sobre la cementación de latubería de revestimiento. Los gases de efectoinvernadero, particularmente el CO2, han sidorelacionados con los aumentos de temperaturaproducidos en todo el mundo. La captación de lasemisiones de CO2 y su secuestro en el subsuelo sehan propuesto como medida para reducir las con-centraciones de gas de efecto invernadero en laatmósfera hasta que sean viables las fuentes deenergía con bajos niveles de emisiones.18 No obs-tante, el CO2 se vuelve supercrítico cuando lascondiciones de temperatura y presión excedenlos 31.1°C y 73.8 bar [87.9°F y 1,070 lpc]—condi-ciones que son excedidas fácilmente en lamayoría de los pozos intermedios a profundos.19

Por lo tanto, un aspecto importante de cualquierproyecto de secuestro de CO2 es saber cómoreaccionarán los materiales de fondo de pozoante la presencia de CO2 supercrítico (scCO2,por sus siglas en inglés).

Los científicos del Centro de Investigacionesde Schlumberger en Cambridge, Inglaterra, hancolaborado con sus colegas del Centro de Pro-ductos Riboud de Schlumberger en Clamart,Francia, para investigar los efectos del almace-namiento de CO2 sobre la integridad del pozo a

largo plazo. En uno de esos experimentos se pro-curó determinar cómo reaccionaría el scCO2 conla cementación de la tubería de revestimiento.20

Utilizados por mucho tiempo en pozos de petró-leo y gas para aislar hidráulicamente las zonasproductivas de la superficie y de otras zonas per-meables, los cementos Pórtland desempeñan unrol crítico en la integridad del pozo.

Este estudio se concentró en una muestra decemento puro.21 La muestra cilíndrica decemento fue curada durante tres días a una tem-peratura de 90°C y a una presión de 280 bar[194°F y 4,061 lpc]. Los científicos obtuvierontomografías computadas del cilindro de cementoantes de exponerlo al scCO2. Luego, el cementofue sometido a un ambiente de scCO2 húmedo yse mantuvo a una temperatura de 90°C y a unapresión de 280 bar durante 30 días. Posterior-mente, se cortaron y exploraron dos tapones denúcleos del cilindro original.

Utilizando el programa Inside Reality, losinvestigadores pudieron manipular el volumende datos para visualizar la porosidad y las micro-fracturas y realizar cortes arbitrarios a través delas zonas de interés. Mediante la comparaciónde los barridos realizados antes y después deltratamiento, los investigadores observaron cam-bios significativos en el tapón de cemento comoresultado del ataque del scCO2. De particularinterés resultaron la formación y la distribuciónde las microfracturas, además de una zona de

0 1cm

2

Frente de alteración

Imagen TCTapón de núcleo

Frente de carbonataciónZona de muy baja porosidad

Burbuja de aire(Diámetro 0.5 mm)

Frente de disolución

Microfractura rellena

Zona de muy alta porosidad

> Tapón de núcleo de cemento puro. De unos pocos centímetros de longitud, esta muestra reveló información importante acercadel comportamiento del CO2 supercrítico con respecto al cemento Pórtland. La imagen tomográfica en escala de grises de lamuestra de cemento (derecha), explorada con una resolución de 18.33 µm, muestra una alta concentración de aragonita a lo largodel borde de un frente de carbonatación, acompañado por un frente de alteración. Un frente de disolución adicional de alta poro-sidad se extiende a mayor distancia y penetra el núcleo. Los agujeros circulares con un diámetro de 500 µm pueden representarburbujas de aire. Las microfracturas están rellenas con cristales de aragonita. Los rasgos más claros representan valores de TCmás altos, lo que implica la existencia de una mineralogía diferente en el caso de la microfractura rellena, o diferentes grados demicroporosidad, en el caso del frente de alteración.

determinó que el frente de alteración poseía unacomposición diferente a la del cemento original,que había sido reemplazado por aragonita. Laporosidad se encontraba claramente mejorada enlas regiones situadas alrededor de las microfrac-turas y en el frente de aragonita (arriba).

Las pruebas indicaron que la exposición alscCO2 podía hacer que el cemento convencionalperdiera más del 65% de su resistencia al cabode tan sólo seis semanas. Estas importantesobservaciones proporcionaron un incentivo parala creación de nuevas mezclas de cemento. Losinvestigadores de Schlumberger desarrollaronnuevos materiales de cementación resistentes alscCO2 que exhiben un buen comportamientomecánico después de la exposición al gas scCO2.Las pruebas de laboratorio realizadas sobreestos nuevos materiales muestran sólo una levereducción de la resistencia a la compresióndurante los primeros dos días y básicamenteninguna pérdida durante los tres meses subsi-guientes.

Examen de los agujeros de gusanos causadospor los tratamientos de estimulaciónLos investigadores también han utilizado la gene-ración de imágenes por tomografía computadapara estudiar los efectos de la heterogeneidadsobre la estimulación de la matriz de carbonatos.En un experimento, esta técnica resultó esencialpara la visualización de los efectos de la distribu-ción de la porosidad sobre los patrones de disolu-ción del ácido.

Los tratamientos de estimulación se llevan acabo normalmente en pozos en los que las condi-ciones de porosidad pobres limitan la produccióndebido a la presencia de formaciones natural-mente compactas o daño de formación. Unatécnica de estimulación común consiste en lainyección de ácido en las formaciones carbonata-das. El ácido disuelve parte del material de lamatriz de la formación y crea canales de flujoque incrementan la permeabilidad de la matriz.

La eficiencia de este proceso depende deltipo de ácido utilizado, las velocidades de reac-

ción, las propiedades de la formación y las condi-ciones de inyección. Mientras la disoluciónaumenta la permeabilidad de la formación, elaumento relativo de la permeabilidad para unadeterminada cantidad de ácido es afectado signi-ficativamente por las condiciones de inyección.Con tasas de inyección extremadamente bajas, elácido se consume rápidamente después deponerse en contacto con la formación, lo que setraduce en una disolución relativamente someraa lo largo del frente de la zona de inyección. Lastasas de flujo altas producen un patrón de disolu-ción uniforme porque el ácido reacciona a lolargo de una vasta región. En cualquiera de loscasos, los aumentos de la permeabilidad resul-tantes requieren flujos de ácido relativamenteconsiderables.

No obstante, con tasas de flujo intermedias,se forman canales conductivos largos que seconocen como agujeros de gusanos. Estos cana-les penetran profundamente en la formaciónpara facilitar el flujo de petróleo. Mejor aún, los

14 Oilfield Review

Cemento puro

Frente de aragonita

S y s t e m M e n u – M a i n M e n uT o o l s

Restore S cene

Save S ceneSnapshot

System MenuColormap

FaultFence

Reser voirRuler

SketchSl ice

Sur face

ume Est imat ion

Volume Window

Wel l

Growing Stereo

I nside Real i t y

Vers ion 5 .1 [90]

AUTOSAVE

SCR_040917_1736_1

SCR_040917_1847_1

> Resaltando el alcance de la alteración producida por el CO2 supercrítico. La codificación en coloresmejora los rasgos que quizás no se visualicen fácilmente en las imágenes en escala de grises. Lasmicrofracturas formadas durante el ataque del CO2 supercrítico actuaron como conductos para la alte-ración ulterior de la aragonita. La concentración de aragonita a lo largo de las fracturas y del borde delfrente de alteración puede distinguirse visualmente utilizando la codificación en colores provista porel programa Inside Reality. Los materiales de los que se obtuvo una imagen son: cemento puro inalte-rado (verde), un frente de alteración (amarillo) y las microfracturas con relleno de minerales o el frentede carbonatación (rojo). El incremento de la porosidad (azul) marca el alcance de los diferentes patro-nes de disolución.

Verano de 2006 15

agujeros de gusanos requieren sólo un pequeñovolumen de ácido para producir aumentos signi-ficativos en la permeabilidad. Por lo tanto, losinvestigadores están investigando los factoresque inciden en la producción de agujeros degusanos.

La técnica de barrido por TC ha demostradoser esencial en lo que respecta a la determina-ción de los efectos que poseen la tasa de inyec-ción y la distribución espacial de la porosidadsobre los patrones de disolución formados duran-te los experimentos de estimulación (arriba).Dado que es no destructiva, esta técnica permitela caracterización del núcleo antes y después deltratamiento experimental de manera de poderevaluar el desarrollo y la forma del agujero degusano.

Mirando hacia el futuroLa técnica de tomografía no es nueva para laindustria petrolera. En el extremo del espectro dela tomografía correspondiente al sector upstreamse encuentra la técnica de tomografía sísmicaentre pozos y en el extremo correspondiente aldownstream, la tomografía de procesos indus-

triales para las refinerías. Como herramienta deinvestigación, la tecnología µCT se utiliza en unavasta serie de aplicaciones industriales paramonitorear el desempeño de las espumas mejo-radas con polímeros y las resinas de polietilenoo para visualizar la separación de fases y lacaracterización del espacio poroso en las mues-tras de formaciones. A lo largo de este abanicode aplicaciones tomográficas, es fácil imaginarla potencial expansión de nuevas aplicacionespara la tecnología µCT.

La tecnología sin lugar a dudas resultaráesencial para mejorar la interpretación y aplica-ción de los datos de laboratorio y de registros.Como herramienta de importancia creciente enla ejecución de pruebas no destructivas, su apli-cación se puede extender a las pruebas demuestras de formaciones no consolidadas o fria-bles realizadas en el laboratorio. La combinaciónde imágenes generadas por µCT con cálculosnuméricos puede conducir a pronósticos másprecisos de una amplia variedad de propiedadesde rocas que resultan críticas para la explora-ción, la caracterización de yacimientos y loscálculos de recuperación de hidrocarburos.

Otras aplicaciones adicionales incluyen eldesarrollo de correlaciones mejoradas entrepropiedades y la creación de bibliotecas de imá-genes 3D que posibilitarán una descripción másrigurosa y cuantitativa del tipo y textura de lasrocas. Estas descripciones cuantitativas puedenintegrarse con las descripciones sedimentológi-cas clásicas. La tecnología también puederealizar un aporte significativo al estudio delcomportamiento elástico, las tendencias deporosidad-permeabilidad y las propiedades delflujo multifásico tales como presión capilar, per-meabilidad relativa y saturaciones residuales.

Las futuras innovaciones tecnológicas inclui-rán probablemente un nivel de resolución másalto para superar los problemas que plantea lapredicción de la porosidad cuando los microporoscaen por debajo de la capacidad de detección dela técnica actual. Con la resolución de sus mues-tras en proceso de mejoramiento, la tecnologíaµCT está ayudando a nuestros geocientíficos a vermejor su mundo en un grano de arena. —MV

> Visualización de la formación de agujeros de gusanos. Una muestra de caliza Winterset fue explorada por TC antes (extremo inferior) y después (extremosuperior) de la inyección de ácido. Este volumen de datos se despliega utilizando la tecnología de visualización Inside Reality, en la que el espacio porosose hace opaco mientras que los voxels adyacentes se hacen transparentes. La distribución inicial de los poros (extremo inferior) muestra grupos discretosde poros (azul) siguiendo el eje longitudinal del núcleo. Después de la acidificación (extremo superior), el núcleo exhibe mayor porosidad, con un patrónde disolución que se extiende de derecha a izquierda y que además marca el flujo del ácido durante la inyección.