Por lo general, se considera que la porosidad efectiva representa la porosidad de una roca o sedimento disponible para contribuir al flujo de fluido a través de la roca o sedimento, o con frecuencia en términos de "flujo a un pozo de sondeo ". Porosidad que no se considera "porosidad efectiva" incluye agua unida a las partículas de arcilla (conocido como agua ligada ) y se aisló porosidad "vuggy" ( cavidades que no están conectados a otros poros). La porosidad efectiva es de gran importancia al considerar la idoneidad de rocas o sedimentos como reservorios de petróleo o gas , o como acuíferos .
El término carece de una definición única o sencilla. Incluso algunos de los términos utilizados en su descripción matemática ("" y "”) Tienen múltiples definiciones.
Antecedentes de múltiples definiciones
Cuarzo
El "cuarzo" (más acertadamente denominado "minerales no arcillosos") forma parte de la matriz , o en términos de análisis de núcleos, parte del volumen de grano.
Capas de arcilla
Las "capas de arcilla" son arcilla seca (V cl ) que también forma parte del volumen de grano. Si una muestra del núcleo se seca en un horno seco normal (atmósfera no humidificada), las capas de arcilla y el cuarzo juntos forman el volumen de grano, y todos los demás componentes constituyen la “porosidad total” del análisis del núcleo (sin perjuicio de los comentarios en [2] ). Esta porosidad total del núcleo será generalmente equivalente a la porosidad total derivada del registro de densidad cuando se utilicen valores representativos para la densidad de la matriz y del fluido.
Las capas de arcilla contienen grupos OH - (a menudo denominados "agua estructural"). Esta agua estructural nunca forma parte del volumen de los poros. Sin embargo, dado que los registros de neutrones detectan H (hidrógeno) y todo el hidrógeno así detectado se asigna como espacio poroso, los registros de neutrones sobreestimarán la porosidad en rocas arcillosas al detectar OH , como parte del espacio poroso.
Superficies y capas intermedias de arcilla
Las “superficies y capas intermedias de arcilla” comprenden agua unida electroquímicamente (agua unida a arcilla o CBW) que varía en volumen según el tipo de arcilla y la salinidad del agua de formación (ver la sección Adjuntos). La definición más común de porosidad efectiva para areniscas excluye CBW como parte de la porosidad, mientras que CBW se incluye como parte de la porosidad total. [3] [4] Es decir:
Para evaluar la porosidad efectiva, las muestras se secan a 40-45% de humedad relativa y 60 ° C. Esto significa que se pueden retener de una a dos capas moleculares de CBW y se puede medir una forma de "porosidad efectiva" en las muestras. Sin embargo, el CBW retenido por los tapones del núcleo secados con humedad no es necesariamente representativo del CBW en la formación en condiciones de yacimiento. Esta falta de representación del yacimiento se produce no solo porque el CBW tiende a un valor mínimo en los núcleos secados con humedad en las condiciones especificadas [5], sino también porque la cantidad de CBW en las condiciones del yacimiento varía con la salinidad del agua de formación en el poro "efectivo". espacio. [6] [2] Los núcleos secados por humedad no tienen agua en el espacio de poro "efectivo" y, por lo tanto, nunca pueden representar verdaderamente la condición CBW del yacimiento. Puede surgir una complicación adicional porque el secado con humedad de los núcleos a veces puede dejar agua de condensación en microporos libres de arcilla. [7]
La derivación logarítmica de la porosidad efectiva incluye CBW como parte del volumen de lutita (V sh ). V sh es mayor que el volumen de V cl no solo porque incorpora CBW, sino también porque V sh incluye granos de cuarzo (y otros minerales) del tamaño de la arcilla (y del tamaño del limo), no solo arcilla pura.
Poros pequeños
Los "poros pequeños" contienen agua capilar que es diferente de CBW en que está unida físicamente (no electroquímicamente) a la roca (por fuerzas capilares). El agua capilar generalmente forma parte del espacio de poro efectivo para análisis tanto de registro como de núcleo. Sin embargo, El espacio poroso microporoso asociado con las lutitas (donde el agua es retenida por fuerzas capilares y, por lo tanto, no es CBW verdadero) generalmente se estima como parte de la V sh mediante registros y, por lo tanto, no se incluye como parte de la porosidad efectiva. El agua total asociada con las lutitas es mejor denominada "agua de esquisto", que tiene un valor mayor que el CBW. [8] Si humedecemos muestras de núcleo secas, se retendría (parte de) el CBW unido electroquímicamente, pero nada del agua microporosa unida a los capilares (a pesar de los comentarios en [7] ). Por lo tanto, aunque la figura infiere que un núcleo secado con humedad podría producir una porosidad efectiva similar a la porosidad efectiva de un análisis logarítmico, la porosidad efectiva del núcleo por lo general será mayor (ver “Ej. amples ”), a pesar de los comentarios en. [2] Tradicionalmente, el CBW verdadero no se ha medido directamente ni en núcleos ni en registros, aunque la medición de RMN es prometedora. [9]
A una altura determinada por encima del nivel del agua libre, el agua capilar se vuelve "irreducible". Esta agua capilar forma la saturación de agua irreducible ("Swi") con respecto a la porosidad efectiva (a pesar de la inclusión de agua microporosa como V sh durante el análisis logarítmico) mientras que para la porosidad total, el CBW y el agua capilar combinados forman el "Swi".
Poros dilatados
Los "poros grandes" contienen hidrocarburos (en una formación que contiene hidrocarburos ). Por encima de la zona de transición, solo fluirán hidrocarburos. La porosidad efectiva (con referencia a la figura siguiente) se puede clasificar como solo los grandes espacios de poros llenos de hidrocarburos por encima de la zona de transición. [10]
De manera anecdótica, el espacio de poros efectivo se ha equiparado con el volumen de poros de hidrocarburos desplazables. En este contexto, si la saturación de hidrocarburos residuales se calculara al 20%, entonces solo el 80% de los poros llenos de hidrocarburos en la figura constituirían espacio poroso efectivo.
Poros aislados
Los "poros aislados" en los clásticos y la mayoría de los carbonatos hacen una contribución insignificante a la porosidad. Hay excepciones. En algunos carbonatos, por ejemplo, las pruebas de organismos microscópicos pueden calcificarse para crear un espacio poroso intraparticular aislado significativo que no está conectado al espacio poroso interparticular disponible para el almacenamiento y flujo de hidrocarburos. En tales casos, el análisis de núcleos solo registrará el espacio poroso inter-particular, o "porosidad efectiva", mientras que los registros de densidad y neutrones registrarán el espacio poroso total. Solo triturando la roca, el análisis del núcleo puede producir la porosidad total observada por los registros. La definición tradicional de ingeniería del petróleo y análisis de núcleos de porosidad efectiva es la suma del espacio poroso interconectado, es decir, excluyendo los poros aislados. [11] Por lo tanto, en la práctica, para la gran mayoría de rocas sedimentarias , esta definición de porosidad efectiva equivale a porosidad total.
Resumen de términos
- Porosidad total
- El volumen de la roca del yacimiento que está lleno de fluido (aceite, agua, gas), expresado como un porcentaje o una fracción del volumen bruto (general) de la roca.
- Porosidad efectiva
- La suma de todo el espacio poroso interconectado. En la gran mayoría de los casos, este análisis de núcleo y la definición de ingeniería petrolera de porosidad efectiva equivalen a porosidad total.
- Porosidad efectiva
- Porosidad efectiva medida en muestras de núcleos que se secan en un horno de humedad para que las arcillas retengan una o dos capas moleculares de agua unida; sin embargo, este CBW tiende a un mínimo y probablemente no sea representativo del yacimiento.
- Porosidad efectiva
- Porosidad total menos agua ligada a arcilla (CBW).
- Porosidad efectiva
- Registro de porosidad efectiva. En esencia, la porosidad total menos el agua de lutita, donde los minerales sólidos y el volumen de lutita (Vsh) constituyen la matriz (porosidad no efectiva) y el volumen restante constituye la porosidad efectiva. Para fines prácticos, Vsh incluye arcillas sólidas y la fracción de minerales no arcillosos del tamaño de la arcilla y del tamaño del limo más CBW y agua unida por capilares asociados con los microporos de lutita.
- Porosidad efectiva
- En un yacimiento que contiene hidrocarburos por encima de la zona de transición, solo ese espacio poroso que está lleno de hidrocarburos. A partir del registro de RMN, esto equivale al índice de fluido libre (FFI), en otras palabras, todo el espacio de poros por encima del límite de T2.
- La determinación efectiva de porosidad y microporosidad se puede determinar a partir de la distribución de RMN T2 así como a partir de la curva de presión capilar. La distribución acumulativa para la muestra completamente saturada se compara con la distribución acumulada después de centrifugar a 100 psi. El tiempo de corte que separa la distribución de T2 en macroporosidad y microporosidad se define como el tiempo de relajación en el punto donde la porosidad acumulada de la muestra completamente saturada es igual a la saturación de agua irreducible. [12]
- Porosidad efectiva
- El volumen de espacio poroso que contiene solo hidrocarburos producibles.
- Agua ligada a arcilla (CBW)
- La cantidad de agua ligada a arcilla se determina mediante la siguiente ecuación
- [6] [2]
- dónde es la porosidad total, es el factor de salinidad
- y es la capacidad de intercambio catiónico , meq / ml de espacio poroso
- Factor de salinidad (SF)
- donde S es la salinidad en g / L ,
Ejemplos de
Un ejemplo dramático de una discrepancia entre la porosidad efectiva del núcleo y la porosidad efectiva logarítmica proviene de algunos yacimientos de Greensand en Australia Occidental . Greensands son de color verde debido a que lleva hierro glauconita que generalmente se reconoce como ilita / mica o capa de mezcla illite- esmectita de arcilla por difracción de rayos x . La glauconita per se incorporará agua unida electroquímicamente (CBW) debido a los tipos de arcilla. Sin embargo, lo que es más importante para la consideración de la porosidad efectiva, los granos de glauconita (parte de Vsh) tienen un espacio poroso microporoso intraparticular que retiene el agua unida a los capilares. La glauconita puede constituir un gran porcentaje de la roca del yacimiento y, por lo tanto, el espacio poroso intraparticular asociado puede ser significativo. Las porosidades log efectivas calculadas al 25% en algunos reservorios de Greensand han producido porosidades efectivas de análisis de núcleos de 35% a profundidades equivalentes. [ cita requerida ] La diferencia es la microporosidad glauconítica que contiene agua en condiciones de reservorio y se incluye como parte de la Vsh (porosidad no efectiva) por análisis de registro. Sin embargo, la microporosidad glauconítica se mide como parte de la porosidad efectiva en los tapones de núcleo, incluso si se secan con humedad.
Las arenas verdes pueden causar diversos grados de dificultad para el análisis de registros de porosidad. OH - los radicales afectan los registros de neutrones; el componente de hierro es problemático y se debe considerar la hidratación variable de la arcilla para la interpretación del registro de densidad. El componente de hierro afecta los registros de RMN y la arcilla afecta el registro sónico. Por lo tanto, es esencial tener un núcleo, o al menos una buena comprensión de la geología, antes de invocar las relaciones de porosidad total versus efectiva.
Ver también
- Densidad a Granel
- Porosidad
- Porosidad de gas
Notas
- Vcl se ha expresado como: arcilla seca; [3] arcilla seca más CBW. [10] Vsh se ha descrito como: arcilla seca más CBW (una versión de una “pizarra perfecta” [8] ); arcilla seca, CBW más limo (la “pizarra perfecta” de Dual Water en el diagrama anterior; [13] arcilla seca, limo, CBW más agua microporosa de pizarra (la “pizarra práctica” [8] ).
- Las diferentes derivaciones de la porosidad efectiva no son necesariamente mutuamente excluyentes. Además, el tema subyacente unificador es el espacio poroso interconectado, aunque el espacio poroso no conectado puede resultar de varios mecanismos diferentes, como poros físicamente aislados creados por fósiles calcificados o microporosidad aislada por flujo.
- Independientemente de la definición de porosidad que se utilice, el hidrocarburo en el lugar calculado debe ser siempre el mismo. Por esta razón, los hidrocarburos en el lugar se pueden expresar como un porcentaje del volumen total (bruto) de roca, evitando así el problema de la porosidad por completo. Sin embargo, dado que las herramientas de registro actuales no pueden detectar directamente los hidrocarburos por sí solos, el paso intermedio del cálculo de la porosidad sigue siendo una necesidad básica.
Referencias
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