DETERMINACION DE POROSIDAD EN NÚCLEOS

Julián David Valderrama AscencioMartin Emilio Vergara Ricardo

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERBUCARAMANGA – SANTANDER

2015-2

INFORMACION GENERALPOROSIDADEs la medida del espacio intersticial entre grano y grano, la cual representa la relación entre el volumen poroso y el volumen total de la roca

TIPOS DE POROSIDAD

La porosidad de una roca puede clasificarse de dos maneras:

- Según su origen.- Según la comunicación de sus poros.

SEGÚN SU ÓRIGEN Porosidad primaria o intergranular.Se origina durante el proceso de depositación de material que da origen a la roca.

Porosidad secundaria o inducida. Procesos posteriores a la formación de la roca luego de su depositación, la disolución, las fracturas y la dolomitizacion.

SEGÚN LA COMUNICACIÓN Porosidad Total:La porosidad total es una medida del espacio vacío total, tanto conectado como aislado en la muestra de la roca. Porosidad Efectiva: La porosidad efectiva se define como el volumen total de la roca que se encuentra interconectado y puede contener fluido en su interior. Porosidad no efectiva:Es aquella que representa el volumen de los espacios que pueden contener fluidos pero no están conectados entre si.

Matemáticamente Porosidad Absoluta:

Porosidad Efectiva:

Porosidad No efectiva:

FACTORES QUE AFECTAN LA POROSIDAD Tipo de empaque. Presencia de material cementante. Geometría y distribución de los granos. Presión de las capas suprayacentes.

MUESTRAS DE NÚCLEO CON CONSOLIDACIÓN DEFICIENTE O SIN CONSOLIDAR

Las muestras con consolidación deficiente o no consolidadas, presentan requisitos únicos. El término “deficientemente consolidado” incluye una amplia gama de materiales de núcleos, desde muestras friables hasta muestras que no tienen ninguna consolidación, sin una cementación aparente entre los granos.

MEDICION DEL VOLUMEN TOTAL Se requiere el volumen total de una muestra de roca para determinar

la porosidad de la misma. El volumen total puede ser determinado por varios métodos. Las

técnicas de medición incluyen la inmersión de Arquímedes, el desplazamiento de mercurio y por medidor.

El volumen total también pueden determinarse sumando las mediciones directas del volumen de grano y el volumen poroso.

El volumen total de una muestra seleccionada para la medición de porosidad debe medir preferiblemente por lo menos 10 cm3. Normalmente, las muestras son cilindros rectos con diámetros desde los 2.54 cm hasta 3.81 cm y longitudes de por lo menos 2.54 cm y 3.81 cm respectivamente.

INMERSIÓN EN MERCURIO (FLOTABILIDAD) DE ARQUÍMEDES Principio Se sumerge un tapón de núcleo en mercurio y el volumen del mercurio desplazado por la muestra se determina gravimétricamente (Principio de Arquímedes).

El volumen total se calcula utilizando la siguiente ecuación:

Ventajas Las ventajas de este método incluyen: a. Las muestras pueden utilizarse para tests posteriores siempre que no ocurra una penetración del mercurio. b. El método es exacto si se utiliza una técnica cuidadosa y se hacen mediciones precisas. LimitacionesLa retención de aire alrededor de las muestras creará errores y producirá volúmenes totales demasiado altos. Las muestras que tienen una superficie con cavidades o que contengan fracturas abiertas no son recomendadas para el análisis de volumen total por inmersión de mercurio, debido a que puede que las muestras queden inservibles para pruebas adicionales.

ExactitudLa medición del peso puede repetirse con una precisión de ± 0.015 gramos si no hay aire retenido cuando se sumerja la muestra y la temperatura permanezca constante. Las mediciones de volumen total pueden repetirse con una precisión de ± 0.01 cm3. EquiposLos siguientes equipos son apropiados para este método: *Balanza analítica electrónica de una sola bandeja, con una precisión de ±0.01 g. *Recipiente de mercurio lo suficientemente grande para sumergir completamente el tapón en posición horizontal sin tocar los lados del recipiente.*El método es inadecuado para las muestras con consolidación deficiente.*Mercurio para llenar el recipiente para sumergir los tapones completamente.*termómetro.*Tenedor ajustable con marca de referencia.

DESPLAZAMIENTO DE MERCURIO (BOMBA DE DESPLAZAMIENTO VOLUMÉTRICO)

Principio El volumen total de la muestra se mide por desplazamiento de mercurio utilizando una bomba de desplazamiento volumétrico a la cual se conecta una cámara donde será colocada la muestra.

Ventajas Las ventajas de este método incluyen: a. Este procedimiento permite ejecutar mediciones rápidas. b. La técnica se utiliza como parte de la medición de porosidad por Sumatoria de Fluidos. c. Las muestras pueden utilizarse en tests posteriores si no ocurre una penetración o adsorción de mercurio. Limitaciones a. El aire atrapado alrededor de la muestra producirá volúmenes totales demasiado altas. b. Las muestras con fisuras o con permeabilidades extremadamente altas pueden ser penetrados por el mercurio resultando en bajos valores de volumen total y dejando las muestras inservibles para mas pruebas. c. En la mayoría de las bombas de desplazamiento de mercurio, la muestra se sumerge aproximadamente 50 milímetros en el mercurio. La altura del mercurio provoca una presión de cerca de 1 psi (6.9 kPa) en la parte superior de la muestra.Esto puede causar que los volúmenes totales sean sistemáticamente bajas debido a* Conformidad con la aspereza de la superficie microscópica o penetración en los poros grandes. d. Este método no es el adecuado para muestras no consolidadas, El mercurio puede quedar atrapado entre los materiales envolventes y la muestra. Por lo tanto, este método no es recomendable para muestras forradas.

ExactitudLa medición puede reproducirse con una precisión de ± 0.01 cm^3 si la bomba se ha calibrado y se ha ajustado en cero para cada muestra. Equipouna bomba volumétrica de desplazamiento de mercurio de alta presión. La cámara para muestras podrá contener tapones hasta aproximadamente 25cm^3 de volumen.

Medidor Principio Las muestras que son cilindros rectos u otras formas regulares pueden ser calibrados para obtener el volumen total. Se puede utilizar un micrómetro o un calibre vernier (de nonio), el cual pueda leerse con una precisión de 0.002 cm, para medir longitud y diámetro. Se recomienda un mínimo de cinco mediciones.

Ventajas Las ventajas de este método incluyen: a. La muestra puede utilizarse en pruebas posteriores. c. Es un procedimiento rápido. Limitaciones Las limitaciones de este método incluyen: a. Las muestras de formas irregulares no pueden medirse por este método. b. Las irregularidades en las superficies de las muestras pueden dar volúmenes totales demasiado altos. c. Los volúmenes totales calibrados por lo general no son recomendados para métodos de porosidad donde PV = (BV-GV). d. No se recomienda este método para muestras que necesiten forro, muestras de consolidación deficiente o sin consolidación alguna. Si se utiliza de todas maneras, se deben aplicar correcciones para el grosor del tamiz y el forro en los valores de longitud y diámetro.

Exactitud Se ha mostrado que las mediciones de longitud y diámetro en muestras reales se pueden reproducir con un nivel de confiabilidad del 99% (dentro de 3 desviaciones estándar) con una precisión de 0.15 mm para longitud y 0.04 mm para diámetro. Los volúmenes totales pueden repetirse con una precisión de 0.15 cm^3. EquiposSe pueden utilizar los medidores digitales o de vernier.

FLOTABILIDAD (ARQUÍMEDES) CON FLUIDOS DIFERENTES AL MERCURIO (EJ: SALMUERA, ACEITE REFINADO O TOLUENO) Principio Un cuerpo colocado en un líquido flota por una fuerza igual al peso del líquido desplazado.

Ventajas Las ventajas de este método incluyen: a. Se pueden lograr valores exactos si se utiliza la técnica adecuada. b. La muestra puede ser totalmente saturado con líquido para otras pruebas que así lo requieran c. Si la muestra está 100% saturada de un solo fluido antes de medir el volumen total, se pueden calcular el volumen poroso, el volumen del grano y la densidad del grano con los pesos registrados. Limitaciones Las limitaciones de este método incluyen: a. El líquido puede ser inadecuado para pruebas posteriores y tendrá que removerse. b. Los núcleos que tengan fisuras no deben medirse por este método. c. No deben utilizarse líquidos que lixivien la muestra o que causen hinchazón de la matriz. d. Las fisuras o poros grandes en muestras con permeabilidad extremadamente alta se llenarán mientras la muestra se encuentra sumergida en el líquido resultando en bajos valores de volumen total. Llenar estas fisuras o poros grandes antes de la medición permitirá una medición directa del volumen total cuando se tome el peso sumergido. e. Esta no es una técnica recomendable para muestras envueltas con consolidación deficiente o no consolidadas debido a la posibilidad de atrapar un volumen de fluidos extraños entre la superficie del tapón y el forro.

ExactitudLa medición del peso puede repetirse con una precisión de ±0.015 gramos si no hay aire atrapado cuando se sumerja la muestra y si la temperatura permanece constante. La exactitud de las mediciones de volumen total variará dependiendo de la densidad y la volatilidad del líquido utilizado en las mediciones. Una buena técnica debe dar un volumen total repetible con una precisión de 0.01 cm^3. Equipos Se requiere una balanza analítica con una precisión de un miligramo, un soporte de alambre fino, un recipiente para líquido y un termómetro.

VOLUMEN TOTAL CALCULADO POR SUMATORIA DE MEDICIONES DIRECTAS DE VOLUMEN DE GRANO Y VOLUMEN POROSO

El cálculo básico es: BV = GV + PV Donde: BV = Volumen total de una muestra de roca.GV = Volumen de Grano.PV = Volumen poroso.

MEDICIÓN DE VOLUMEN POROSO El volumen poroso total es el espacio vacío total, tanto conectado como aislado, en una muestra de roca.

Volumen Poroso Total Calculado de la Densidad de Grano en Muestras Desagregadas.

El volumen poroso total es igual a la diferencia entre el volumen total de la muestra y el volumen de grano desagregado. La separación se realiza con el fin de exponer cualquier volumen poroso aislado. • Método Seco para Determinar la Densidad de Grano/Volumen de Grano. PV = BV - GV Donde: PV = Volumen poroso total. BV = Volumen total de la muestra original consolidada. GV = Volumen de grano de la muestra calculada

POROSIMETRO

Porosimetro de mercurio de última generación Autopore IV  hasta 200 MPa, equivalente a tamaños de poro de 0.007 µm

Volumen Poroso Efectivo de Muestras Agregadas El volumen poroso efectivo puede calcularse restando el volumen de grano del volumen total de la muestra, o por medición directa del volumen vacío de la muestra. Medición de volumen de grano.• Método de Doble Celda de la Ley de Boyle (Cubeta Matriz)

para el Volumen de Grano. V1/V2 = P2/P1 P1V1 / z1T1 = P1V1 / z2 T2

Se requiere una extensión de la ecuación para contabilizar la variación de temperatura y el comportamiento que tiene un gas no ideal para lograr una determinación exacta del volumen de gas.

P1 = presión absoluta del volumen de referencia inicial P2 = presión absoluta expandida Pa = presión atmosférica absoluta inicialmente en la cámara de muestras z1 = factor z del gas a P1 y T1 z2 = factor z del gas a P2 y T2 za = factor z del gas a T1 y a presión atmosférica. T1r = temperatura absoluta del volumen de referencia a P1. T1c = temperatura absoluta de la cámara de muestras a P1. T2r = temperatura absoluta del volumen de referencia despues de que P2 se haya estabilizado. T2c = temperatura absoluta de la cámara de muestras despues de que P2 se haya estabilizado. Vg = volumen de grano. Vc = volumen de la cámara de muestras. Vr = volumen de la cámara de referencia. Vv = volumen de desplazamiento de la válvula (de la posición cerrada a la abierta).

Medición del Volumen Vacío • Método de Celda Sencilla de la Ley de Boyle para la Medición Directa

de Volumen Poroso. Bajo Esfuerzo Restrictivo Un sistema apropiadamente calibrado da volúmenes porosos con una precisión de ±0.03 cm3 en cilindros perfectos. Las mediciones en las muestras de núcleos reales indican una dispersión de aproximadamente 0.1 cm3 en muestras que tienen 50 cm3 de volumen total, lo cual da una desviación de porosidad de ±0.2 unidades de diferencia del valor real. Esfuerzo Restrictivo Elevado Las mediciones realizadas a un elevado esfuerzo restrictivo representan más exactamente la porosidad original del yacimiento que las mediciones realizadas a un nivel bajo o a un valor cero. Esfuerzo triaxial Esfuerzo biaxial Tension uniaxial

Resumen de la “Sumatoria de Porosidad de Fluidos”El volumen poroso es calculado midiendo y sumando los volúmenes de aceite, gas y agua presentes en una muestra de núcleo recientemente recobrada. La porosidad se determina dividiendo el volumen poroso por el volumen total de la muestra de roca. Cuando se siguen los procedimientos apropiados, y si las rocas son razonablemente uniformes y no contienen minerales hidratables que complican la determinación de los volúmenes de agua, las porosidades de la ley de Boyle en un núcleo adyacente por lo general estarán de acuerdo con una precisión de ± 0.5 unidades de porosidad

Método de Saturación de Líquidos La medición de la porosidad por el método de saturación de líquidos implica una determinación gravimétrica del volumen poroso obteniendo:a) el peso de muestra de núcleo seca y limpia b) el peso de la muestra saturada con un líquido de densidad conocidac) el peso de la muestra saturada sumergida en el mismo líquido.

REVISION DE VOLUMEN POROSO. PV= BV – GV

PV = volumen poroso GV = volumen de grano BV = volumen total

Procedimientos Históricos

Desplazamiento de Mercurio Medidor del Volumen Total Método de Celda Sencilla de la Ley de Boyle Utilizando el

Porosímetro de Kobe Método de Washburn - Bunting Método Seco para la Densidad de Grano y el Volumen Poroso Método Húmedo para la Densidad de Grano y el Volumen

Poroso Sumatoria de Diámetro Total de los Fluidos Utilizando el

Método Retorta-Vacío

Rocas Ricas en Materia Orgánica Carbón • Contenido de Gas In Situ • Porosidad Matricial • Porosidad del Listón Shale Productor de Gas Oil Shale

BIBLIOGRAFIA

http://www.lacomunidadpetrolera.com/cursos/propiedades-de-la-roca-yacimiento/clasificacion-de-la-porosidad.php

http://www.lacomunidadpetrolera.com/sectores/biblioteca/factores-afectan-la-porosidad/

http://www.glossary.oilfield.slb.com/Terms/w/whole_core.aspx

GRACIAS.