La petrofísica (del griego πέτρα, petra , "roca" y φύσις, physis , "naturaleza") es el estudio de las propiedades físicas y químicas de las rocas y sus interacciones con los fluidos . [1]
Una de las principales aplicaciones de la petrofísica es el estudio de yacimientos para la industria de hidrocarburos . Los petrofísicos se emplean para ayudar a los ingenieros de yacimientos y geocientíficos a comprender las propiedades de las rocas del yacimiento, particularmente cómo los poros en el subsuelo están interconectados, controlando la acumulación y migración de hidrocarburos. [1] Algunas de las propiedades clave estudiadas en petrofísica son la litología , la porosidad , la saturación de agua , la permeabilidad y la densidad . Un aspecto clave de la petrofísica es medir y evaluar estas propiedades de la roca mediante la adquisición de registros de pozosmediciones, en las que se inserta una serie de herramientas de medición en el pozo, mediciones de núcleos , en las que se recuperan muestras de rocas del subsuelo y mediciones sísmicas . Estos estudios luego se combinan con estudios geológicos y geofísicos e ingeniería de yacimientos para dar una imagen completa del yacimiento.
Si bien la mayoría de los petrofísicos trabajan en la industria de los hidrocarburos, algunos también trabajan en las industrias de la minería y los recursos hídricos. Las propiedades medidas o calculadas se dividen en tres categorías amplias: propiedades petrofísicas convencionales, propiedades mecánicas de las rocas y calidad del mineral.
Los estudios petrofísicos se utilizan en ingeniería petrolera , geología , mineralogía , geofísica de exploración y otros estudios relacionados. La misión de la Sociedad de petrofísicos y analistas de registros de pozos ( SPWLA ) es aumentar la conciencia sobre las mejores prácticas de petrofísica, evaluación de formaciones y registro de pozos en la industria del petróleo y el gas y la comunidad científica en general.
Propiedades petrofísicas convencionales
La mayoría de los petrofísicos se emplean (SS) para calcular lo que comúnmente se denominan propiedades petrofísicas convencionales (o de yacimiento). Estos son:
Litología : descripción de las características físicas de la roca, como tamaño de grano, composición y textura. [2] Al estudiar la litología de afloramientos geológicos localesy muestras de núcleos , los geocientíficos pueden usar una combinación de mediciones de registros, como gamma natural , neutrones , densidad y resistividad , para determinar la litología en el pozo.
Porosidad : (Anti = tattilización) El porcentaje de un volumen dado de roca que es espacio poroso y por lo tanto puede contener fluidos. [3] Esto se calcula típicamente usando datos de un instrumento que mide la reacción de la roca al bombardeo por neutrones o por rayos gamma, pero también puede derivarse de registros sónicos y de RMN .
Saturación de agua : la fracción del espacio poroso que ocupa el agua. [4] Esto se calcula típicamente usando datos de un instrumento que mide la resistividad de la roca y es conocido por el símbolo.
Permeabilidad : la cantidad de fluido (generalmente hidrocarburo) que puede fluir a través de una roca en función del tiempo y la presión, en relación con la interconexión de los poros. Las pruebas de formaciones son hasta ahora la única herramienta que puede medir directamente la permeabilidad de una formación rocosa en un pozo. [ cita requerida ] En caso de su ausencia, que es común en la mayoría de los casos, una estimación de la permeabilidad se puede derivar de relaciones empíricas con otras medidas como la porosidad , RMN y registro sónico.
Espesor de roca con suficiente permeabilidad para suministrar fluidos a un pozo. Esta propiedad a menudo se denomina " Roca neta de depósito ". En la industria del petróleo y el gas, se calcula otra cantidad de “ Pago Neto ” que es el espesor de la roca que puede entregar hidrocarburos al pozo a una tasa rentable.
Los modelos de yacimientos se basan en sus propiedades medidas y derivadas para estimar la cantidad de hidrocarburo presente en el yacimiento, la velocidad a la que ese hidrocarburo se puede producir en la superficie de la Tierra a través de los pozos y el flujo de fluidos en las rocas. En la industria de los recursos hídricos, se utilizan modelos similares para calcular cuánta agua se puede producir en la superficie durante largos períodos de tiempo, sin agotar el acuífero.
Propiedades mecánicas de la roca
Algunos petrofísicos utilizan mediciones acústicas y de densidad de rocas para calcular sus propiedades mecánicas y resistencia. Miden la velocidad de la onda compresional (P) del sonido a través de la roca y la velocidad de la onda cortante (S) y las usan con la densidad de la roca para calcular la resistencia a la compresión de las rocas , que es el esfuerzo de compresión que hace que una roca falle. y la flexibilidad de las rocas , que es la relación entre la tensión y la deformación de una roca. El análisis de ondas convertidas también se utiliza para determinar la litología y la porosidad del subsuelo.
Estas mediciones son útiles para diseñar programas para perforar pozos que producen petróleo y gas. Las medidas también se utilizan para diseñar presas, carreteras, cimientos de edificios y muchos otros grandes proyectos de construcción. También se pueden utilizar para ayudar a interpretar señales sísmicas de la Tierra, ya sean señales sísmicas creadas por el hombre o las de terremotos.
Calidad del mineral
Los pozos se pueden perforar en los cuerpos minerales (por ejemplo, vetas de carbón o mineral de oro) y se pueden tomar muestras de roca para determinar la calidad del mineral o del carbón en cada ubicación del pozo o los pozos se pueden registrar con cable para realizar mediciones que se pueden usar para inferir calidad. Algunos petrofísicos hacen este tipo de análisis. La información se mapea y se utiliza para hacer planes de desarrollo de la mina.
Métodos de análisis
El análisis de testigos y núcleos especiales es una medida directa de las propiedades petrofísicas. En la industria del petróleo, las muestras de roca se extraen del subsuelo y se miden en los laboratorios centrales de la empresa petrolera o en algunas empresas comerciales de servicios de medición de núcleos. Este proceso requiere mucho tiempo y es costoso, por lo que no se puede aplicar a todos los pozos perforados en un campo.
El registro de pozos se utiliza como un método relativamente económico para obtener propiedades petrofísicas en el fondo del pozo. Las herramientas de medición se transportan al fondo del pozo utilizando elmétodo de cable o LWD .
En la Figura 1 se muestra un ejemplo de registros operados con cable. La primera “pista” muestra el nivel de radiación gamma natural de la roca. El “registro” del nivel de radiación gamma muestra un aumento de la radiación a la derecha y una disminución de la radiación a la izquierda. Las rocas que emiten menos radiación tienen más tonalidades amarillas. El detector es muy sensible y la cantidad de radiación es muy baja. En las formaciones rocosas clásticas, las rocas que tienen cantidades más pequeñas de radiación tienen más probabilidades de tener granos más gruesos y más espacio poroso, las rocas con cantidades más altas de radiación tienen más probabilidades de tener granos más finos y menos espacio poroso. [5]
La segunda pista en la trama registra la profundidad debajo del punto de referencia, que generalmente es el arbusto de Kelly o la mesa giratoria en pies, por lo que estas rocas están a 11,900 pies debajo de la superficie de la tierra.
En la tercera pista se presenta la resistividad eléctrica de la roca. El agua en esta roca es salada y la sal en el agua hace que el agua sea conductora de electricidad de tal manera que la resistividad más baja es causada por el aumento de la saturación de agua y la disminución de la saturación de hidrocarburos. [6]
La cuarta pista muestra la saturación de agua calculada, tanto como agua "total" (incluida el agua unida a la roca) en magenta como el "agua efectiva" o agua que fluye libremente en negro. Ambas cantidades se dan como una fracción del espacio poroso total.
La quinta pista muestra la fracción de la roca total que es espacio poroso, llena de fluidos. La visualización del espacio poroso se divide en verde para el aceite y azul para el agua móvil. La línea negra muestra la fracción del espacio poroso que contiene agua o aceite que puede moverse o "producirse". Además de lo que se incluye en la línea negra, la línea magenta incluye el agua que está unida permanentemente a la roca.
La última pista es una representación de la parte sólida de la roca. El patrón amarillo representa la fracción de la roca (excluidos los fluidos) que está compuesta de arenisca de grano más grueso. El patrón gris representa la fracción de roca que se compone de "pizarra" de grano más fino. La arenisca es la parte de la roca que contiene los hidrocarburos producibles y el agua.
Modelo volumétrico de rocas para la formación de arenas lutitas
Símbolos y definiciones:
La siguiente definición y modelo petrofísico son un modelo típico de formación de arena lutita que asume: 1. La lutita está compuesta de limo, arcilla y su agua delimitada que no fluye. 2. Los hidrocarburos se almacenan solo en el espacio poroso en una matriz de arena.
ΦT - Porosidad total (PHIT), que incluye el espacio poroso en arena y lutita.
Sw - Saturación total de agua, la fracción del espacio poroso ocupado por el agua.
Φe - Porosidad corregida de lutita efectiva que incluye solo el espacio poroso en la arena. Se excluye el espacio poroso en la lutita que se llena con agua confinada.
Swe - Saturación de agua corregida con lutita efectiva. La fracción volumétrica de Φe que está ocupada por agua.
Vsh: fracción volumétrica de lutita. Esto incluye limo medio a muy fino más arcilla y el agua ligada a esquisto.
Φsh - Porosidad de la lutita. Fracción volumétrica del espacio poroso en lutitas. Estos espacios porosos están llenos de agua confinada por definición.
Ecuaciones clave:
(1-Φe-Vsh) + Vsh + Φe * Swe + Φe * (1-Swe) = 1
Volumen de matriz de arenisca + volumen de lutita + volumen de agua en arena + volumen de hidrocarburos en arena = volumen total de roca
Φe = ΦT - Vsh * Φsh
Ver también
- Ley de Archie
- Evaluación de la formación
- Relación de Gardner
- Petrología
- Sociedad de petrofísicos y analistas de registros de pozos
Referencias
- ↑ a b Tiabb, D. y Donaldson, EC (2004). Petrofísica . Oxford: Elsevier. pag. 1. ISBN 0-7506-7711-2.
- ^ "Litología" . Glosario de terremotos . Servicio Geológico de EE . UU . Consultado el 29 de octubre de 2010 .
- ^ " Porosidad ", Glosario de campos petrolíferos de Schlumberger . Consultado el 12 de octubre de 2018.
- ^ " Saturación de agua ", Glosario de campos petrolíferos de Schlumberger . Consultado el 12 de octubre de 2018.
- ^ Poupon, A .; Clavier, C., Dumanoir, J., Gaymard, R., Misk, A. (1970). "Análisis de registro de secuencias de arena-lutita un enfoque sistemático". Revista de tecnología del petróleo . 22 (7): 867–881. doi : 10.2118 / 2897-PA .CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ Brown, GA (junio de 1986). Una comparación matemática de ecuaciones de saturación comunes . SPWLA vigésimo séptimo simposio anual de tala. 1986-T.
- Guéguen, Yves; Palciauskas, Victor (1994), Introducción a la física de las rocas , Princeton University Press, ISBN 978-0-691-03452-2
- Mavko, Gary; Mukerji, Tapan; Dvorkin, Jack (2003), The Rock Physics Handbook , Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-54344-6
- Santamarina, J. Carlos; Klein, Katherine A .; Fam, Moheb A. (2001), Suelos y olas: comportamiento de materiales particulados, caracterización y monitoreo de procesos , John Wiley & Sons, Ltd., ISBN 978-0-471-49058-6
- Tiab, Djebbar; Donaldson, Erle C. Teoría y práctica de la petrofísica de la medición de las propiedades de transporte de fluidos y rocas de yacimiento (3ª ed.). Oxford: pub profesional del golfo. ISBN 978-0-12-383848-3.
- Raquel, S .; Benítez, G .; Molina, L .; Pedroza, C. (2016). "Redes neuronales para definir la variación espacial de las propiedades de las rocas en medios escasamente instrumentados" (PDF) . Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana . 553 . Consultado el 12 de octubre de 2018 .
enlaces externos
- Foro de petrofísica
- Manual petrofísico de Crains
- RockFísicos
- SPWLA