5.1 SATURACIÓN DE AGUA 5.1.1 Concepto.

Se define como la fracción del volumen poroso ocupado por el agua o la relación entre el volumen de agua y el volumen poroso.

5.1.2.- Utilidad:

Puede servir para la determinar la probabilidad de producción de hidrocarburos de un yacimiento, como también calcular el volumen de hidrocarburos existentes (cálculo de reserva).

5.1.3.- Métodos para determinar la Sw:

Los más importantes: 1. Análisis de Núcleos. 2. Ecuación de Archie. 3. Método gráfico.

4. Determinación de Sw en formaciones arcillosas.

5.1.3.1.- Análisis de Núcleos.

El núcleo es cortado conservando su estado natural, preservándolo inmediatamente de su recuperación en el pozo. Los datos de Sw obtenidos son representativos.

5.1.3.1.1.- Concepto:

Muestra de roca inalterada, de una profundidad específica, tomada por el hombre en la perforación de pozos petroleros y transportada hasta la superficie.

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El objetivo de la toma de núcleo es obtener una determinada muestra de la formación y de los fluidos contenidos, manteniendo y preservando las propiedades físicas y de las saturaciones originales del yacimiento a la superficie, para sus respectivos análisis en el laboratorio.

5.1.3.1.3.- Métodos de Adquisición.

5.1.3.1.3.1.- WIRE LINE CORING (Núcleo a través de cable)

a. Side Well Cores Gun (Herramienta para obtener núcleos o muestra lateral de pared con

explosivo).

b. Side wall Cores Rotary Tool (Herramienta para obtener núcleo de pared por rotación). 5.1.3.1.3.2.- TOMA DE NÚCLEOS CONVENCIONALES.

Este tipo de núcleo se toma durante la perforación, con tuberías y mechas especiales de perforación.

a. Toma de tapones.

Estos puntos de cortes son tomados por el geólogo de la empresa operadora, quién decidirá a que profundidad se tomará los diferentes tapones para los análisis.

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Los tapones son de forma cilíndrica tomados en forma rotatoria, con longitud y diseño a las celdas de los aparatos para sus respectivas mediciones

b. Limpieza y Secado de tapones :

La muestra o tapón se le extrae el contenido de hidrocarburos con algún solvente generalmente se utiliza tolueno. La muestra es secada en un recipiente a ( 158 oF ), luego es pasada a un desecador, hasta que alcance la temperatura ambiente, y queda lista para medir porosidad y permeabilidad.

c. Medida de las Saturaciones de los fluidos existentes en la muestra (tapon):

Existen varios métodos, entre ellos el método de Dean Stark.

El método consiste en un ciclo de destilación (evaporación - condensación) de un solvente de punto de ebullición mayor que la del agua, con el fin de sacar el volumen de agua alojado en el espacio poroso de la muestra y depositarlo en una trampa graduada donde pueda ser leído; el volumen de petróleo se calcula por diferencia de pesos, conociendo la densidad del crudo.

d. Porosidad y Permeabilidad de cada muestra a profundidad :

En el laboratorio ésta propiedad es medida con un equipo llamado OPP, el cual mide la permeabilidad y la porosidad a condiciones de sobrecarga.

Es un equipo computarizado, el cual con el juego de presiones de confinamiento e inyección ejecuta gráficas e imprime resultados donde refleja las propiedades de porosidad y permeabilidad de cada muestra analizada.

5.1.3.1.3.3.- CORE DRILL TOOL (Herramienta para obtener núcleos por tuberías cuando se perfora)

No se estudiará en este curso.

5.1.3.2.- Ecuación de Archie

Archie combina tres definiciones de las propiedades físicas de las rocas, presentadas anteriormente. El Factor de formación, F se definió como la relación entre la resistividad de una roca saturada 100% de agua, Ro y la resistividad del agua que la satura, Rw:

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F = R

o

R

w

En donde F, se relaciona con la porosidad, en la siguiente ecuación:

F = a

φ

m

Donde a es una constante, m es el, factor de cementación.

Se demostró en el laboratorio, que una roca saturada por una mezcla de agua salada e hidrocarburos, presenta la siguiente relación:

S

n

w

= R

o

R

t

La Sw es la fracción del agua en la mezcla, saturación de agua, n es el exponente de saturación y

Rt es la resistividad de la roca saturada de la mezcla de agua e hidrocarburos.

Combinando estas tres relaciones, se tiene la ecuación de Archie para la determinación de la saturación de agua:

S

n

w

= R

o

=

( FR

w

) = a R

w .

R

t

R

t

φ

m

R

t

Los valores de a, m y n, siempre debe ser determinados de los núcleos, cuando se dispongan de ellos. En casos de no disponer de éstos análisis de núcleos, los valores comúnmente aceptados de estas constantes son:

Areniscas : a = 0.81, m = 2 y n = 2 ó a = 0.62, m = 2.15 y n = 2 Carbonatos : a = 1, m = 2 y n = 2.

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El anterior método se discutió el método gráfico para determinar Rw, la ecuación de Archie puede escribirse de esta forma:

1 = ( S

n

w

φ

m

)

Rt

( a Rw )

para m=2; n = 2 la ecuación tendrá esta forma:

1

1/2

_{= ( S}

w

)

1/2

x φ

Rt

( a Rw )

Si se grafica (1/Rt) 1/2 _{Vs. φ, como se presenta en la figura, ésta expresión representa las}

ecuaciones de una familia de rectas que pasan por el origen, con pendientes iguales a (Sw/(aRw ) 1/2_{, según el valor que se le fije a Sw.}

Se puede graficar directamente los valores de 1/Rt1 /2 _{de todos los puntos escogidos a lo largo de}

todo el pozo. Los valores de Sw se leen directamente en el gráfico según sus posiciones dentro de esta familia de rectas. Este gráfico es llamado también "Hingle Plot", en la escala horizontal pueden usar ∆t o ρb directamente en lugar de ∆t. Cuando se gráfica Rt directamente con ∆t o ρb, este gráfico se utiliza también para determinar el valor de ∆t o el de ρbm, si los datos del pozo permiten obtener una recta de 100% de agua bien definida.

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5.1.3.4.- Determinación de la saturación de agua (Sw) en formaciones arcillosas.

La presencia de arcillas en la formación altera tanto a la porosidad como a la resistividad de la formación.

La porosidad efectiva o la porosidad equivalente a la formación limpia o la corregida por arcillas, se obtiene corrigiendo las lecturas de los distintos dispositivos por arcillosidad, siendo las arcillas buenas conductoras eléctricas, su presencia causa un aumento en la conductividad de las formaciones arcillosas, o sea que disminuye el Rt. Esto se debe a que la conductividad de una formación arcilla no es función única del agua de formación contenida en el espacio poroso, sino también de la conductividad de las arcillas presentes. Esto hace que todos los métodos de determinación de saturación de agua basados en la Ecuación de Archie resulten con valores de Sw mayores que los reales, porque esta ecuación se basa en que la conductividad de la formación es función solamente del agua de formación.

A través de los años, un gran números de modelo de saturación de agua para arenas arcillosas han sido propuestos.

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Ha sido usado ampliamente en todo el mundo y funciona bastante bien en muchos yacimientos venezolanos. Este modelo se basa en que la conductividad o 1/Rt de una arena arcillosa se puede expresar de la siguiente manera:

1 = φ

m

_S

wn

+ V

sh

S

w

Rt aR

w

R

sh

Donde Vsh y Rsh son el volumen y la resistividad de arcillas. Para m=n=2, esta se convierte en una ecuación de segundo grado de la forma ax2_{+bx-c=0 que permite una solución manual sin requerir}

la ayuda del computador. La siguiente expresión es la ecuación de Simandoux para calcular Sw si m=n=2:

S

w =

aR

w +

(aR

w

V

sh

)

2

½ - (aR

w

V

sh

)

φ

2

_R

t

( 2φ

2

R

sh

) ( 2φ

2

R

sh

)

Aplicación de las ecuaciones de Humble y Archie para la determinación de la Sw.

5.1.3.4.2.- Modelo de Saraband

Este método se basa en una modificación de la ecuación de Simandoux, agregándole el término (1- Vsh) como se muestra :

1 = φ

m

_S

wn

+ V

sh

S

w

Rt aR

w

(1- V

sh

)

R

sh

Si m=n=2 la Saturación de agua se calcula con la siguiente expresión:

S

w

= (aR

w

) (1-V

sh

)

+

(aR

w

(1-V

sh

) V

sh

)

2

½ (aR

w

(1-V

sh

)V

sh

)

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(φ

2

_R

t

) ( 2φ

2

R

sh

) ( 2φ

2

R

sh

)

5.1.3.4.3.- Modelo de Waxman-Smit Normalizado.

Para determinar la saturación de agua usando el modelo original de Waxman-Smit es indispensable el parámetro “Qv” que es la cantidad de intercambio catiónico por unidad de volumen poroso, éste parámetro solo se puede obtener en los análisis de núcleos lo cual hace que la aplicabilidad del modelo sea limitado. Actualmente existe un modelo propuesto por I. Juhasz (Modelo de Waxman-Smit Normalizado) que permite utilizar parámetros equivalentes que son todos obtenibles de los registros mismos y las ecuaciones son las siguientes:

S

n

wt

= R

we

φ

m

t

R

t

Esta ecuación es semejante al de Archie sólo que Rwe es función de Rw de la matriz limpia y de Qv

y Swt, que es la saturación de agua total ( agua libre + agua

de arcilla )

R

we

= R

w

R

wsh

S

wt

R

wsh

S

wt

- Q

vn

+ R

w

x Q

vn

Qvn = Capacidad normalizada de intercambio catiónico por unidad de volumen poroso.

Q

vn

= V

sh

φ

tsh

φ

t

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φt = Porosidad total de la formación , la leída por el registro sin corregir por arcillas.

φth =Porosidad leída por el registro frente a las lutitas vecinas.

Obsérvese que el término Swt aparece en los dos lados de la ecuación lo cual hace que la solución de ésta debe ser a través de métodos iterativos con la ayuda de un computador.

5.1.3.4.4.- Modelo de Doble Agua.

La suposición principal de este modelo es que la ecuación de Archie puede ser aplicada a las arenas arcillosas si se utiliza el valor de una resistividad de agua equivalente Rwe en la ecuación y la porosidad total de la formación. Esta resistividad del agua equivalente o la conductividad del agua equivalente, Cwe está compuesta de dos componentes, la conductividad del agua libre, Cw y la del agua de las arcillas, Cwb y se determina con la siguiente expresión:

C

we

= C

w

+ ( C

wb

– C

w

) S

wb

S

wt

Rwe = Resistividad de agua equivalente. Cwe = Conductividad de agua equivalente Cw = Conductividad de agua libre.

Cwb = Coductividad del agua de las arcillas

Donde Swt es la saturación de agua total (agua libre+agua adherida a las arcillas “bound water”) y Swb es la saturación del agua de las arcillas.

Reemplazando Cwe en la ecuación de Archie, usando φt como porosidad total y convirtiendo las

conductividades en resistividades, se obtiene la siguiente expresión:

1 = φ

tm

S

nwt

+ Swb x φ

tm

1 - 1 S

n-1wt

Rt aR

w

a Rwb Rw

Si m=n=2 esta ecuación se convierte en una de segundo grado y resolviéndolo para Swt se tiene la siguiente expsión:

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S

wt

= A + A

2

+ (aRw)

½ (

φ

2t

R

t

)

Donde:

A= S

wb

( R

b

-R

w

)

2R

wb

φt = Porosidad total de la arena en la práctica se toma:

φ

t

= ( a φ

D + b

φ

N

)

(a+b)

Rw = Resistividad del agua libre, calculado de la curva de Sp o de muestras.

Rwb = Resistividad del agua de las arcillas, se determina con:

R

wb

= R

sh

φ

mtsh

Swb = Saturación de agua adherida a las arcillas, se determina con:

S

wb

= V

sh

φ

t sh

/φ

t

φtsh = La porosidad total de las lutitas vecinas, en la práctica se puede tomar como :

φ

tsh

= ( a φ

Dsh

+ bφ

Nsh

)

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Una vez determinados Swt y Swb, la saturación de agua libre no asociados a las arcillas, Sw se determina con:

S

w

= (S

wt

- S

wb

)

(1-S

wb

)

Comentarios:

• El modelo debe ser estudiado, analizado y escogido de acuerdo a las características de cada yacimiento y calibrado con todas las informaciones disponibles tales como pruebas de producción, análisis de núcleos, etc.

• El modelo de Simandoux da resultados bastantes aceptables en yacimientos de resistividad de agua relativamente baja como muchos de los campos venezolanos y los valores de saturación de agua son ligeramente mayores que el modelo de Saraband.

• Los modelos de Waxman –Smit (original y Doble Agua se basan en la capacidad de intercambio catiónico de las arenas arcillosas y se fundamentan e conceptos teóricos bastantes sólidos. Su aplicabilidad depende fuertemente de la disposición de información sobre Qv o las relaciones que tenga establecidas entre éste y la porosidad en cada yacimiento.

• Los resultados de estos últimos modelos dependen mucho de la buena selección de los valores de los parámetros n, m y a. Si se usan los mismos valores de estos parámetros en cada uno de estos modelos, el Doble Agua da saturación de agua un poco mayor que el de W-S normalizado.

• Cuando se usan valores de m y n distintos de 2, no se debe usar la ecuación expresada para Sw en estos modelos, ya que ésta es el resultado de la solución de la ecuación de segundo grado ( suponiendo que m=n=2 ). Para estos casos se recomienda usar la ecuación original expresada en la conductividad verdadera de la formación, 1/Rt y usar métodos iterativos para solucionar la ecuación no cuadrática.

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ANEXOS

DEFINICIONES.

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POSICIÓN:

Orientación en el espacio de una línea o plano estructural, generalmente relacionados a coordenadas geográficas y a un plano horizontal. La dirección y la inclinación definen la posición.

DIRECCIÓN:

Angulo horizontal entre una línea y una determinada coordenada, por lo regular la norte-sur geográfica.

RUMBO:

Dirección de una línea horizontal que forma parte de un plano inclinado.

Es el ángulo horizontal que forma con el norte geográfico la línea de intersección del plano de estratificación con un plano horizontal.

INCLINACIÓN:

Angulo vertical entre un plano horizontal y una línea o un plano, medido hacia abajo.

In document Schlumberger Petrofisica (página 65-77)