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11Petrofísica Básica e Interpretación de Registros A. Mantilla / R. Bueno, Octubre de 2006
Ing. Andrés E. Mantilla Z., Ph.D.Geol. Ricardo Bueno Silva
Saturación de Agua en Areniscas Arcillosas
PETROFÍSICA E INTERPRETACIÓN DE REGISTROS DE POZOHerramientas – Control de Calidad - Principios de Interpretación
2Petrofísica Básica e Interpretación de Registros A. Mantilla / R. Bueno, Octubre de 2006
Co
Cw
F1
Cw/F
Roca Limpia
Ro = F Rw , o
Co = + XCw
F
X
X es el exceso de conductividadcausado por los minerales arcillosos, que son conductores de corriente
Co = Cw
F
Conductividad en Rocas Limpias vs. Arcillosas
Co
Cw
F1
Cw/F
Roca Arcillosa
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3Petrofísica Básica e Interpretación de Registros A. Mantilla / R. Bueno, Octubre de 2006
Missed Pay en Areniscas Arcillosas
§ El exceso de conductividad de las arcillas hace que los registros presenten lecturas bajas de resistividad profunda en areniscas arcillosas.
§ La Saturación de Agua es inversamente proporcional a Rt
§ El cálculo de saturación con el método convencional de Archie puede dar como resultado valores anómalamente altos de Sw ⇒ una zona petrolífera en una arena arcillosa se podría calificar como poco atractiva
t
wnw
RFR
S =
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Conductividad en Rocas Limpias vs. Arcillosas
F = Cw/Co
Cw
Arenisca Limpia
Arenisca Arcillosa
Arenisc
a Muy
Arcillos
a
El efecto de exceso de conductividad de las arcillas es función de la conductividad del agua de la formación.
La sobreestimación de Sw en arenas arcillosas es más significativa en presencia de aguas de formación de relativa baja salinidad.
Si el agua de formación es de alta salinidad, la sobreestimación de Sw es menor.
XF
CC w
o +=
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5Petrofísica Básica e Interpretación de Registros A. Mantilla / R. Bueno, Octubre de 2006
Modelos de Saturación de Agua
§ Se han desarrollado ~40 modelos para calcular la saturación de agua
§ El modelo de Archie es para formaciones limpias, y asume que la roca es un aislante eléctrico perfecto
Todos los otros modelos tienen en cuenta la conductividad de los minerales arcillosos presentes en la roca
t
wnw
RFR
S =
6Petrofísica Básica e Interpretación de Registros A. Mantilla / R. Bueno, Octubre de 2006
Algunos Modelos de Sw en Areniscas Arcillosas
§ Algunas ecuaciones usadas para arenas arcillosas son:§ Simandoux§ Indonesia§ Waxman-Smits§ Doble-Agua§ Nigeria
§ Dos tipos de modelos para arenas arcillosas:
§ Modelos basados en Vsh§ i.e,, Simandoux, Indonesia y Nigeria
§ Modelos de “Doble Capa” (Evitan el uso de Vsh)
§ i.e., Waxman-Smits y Doble Agua
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7Petrofísica Básica e Interpretación de Registros A. Mantilla / R. Bueno, Octubre de 2006
Predicción de Sw en Areniscas Arcillosas
§ No hay un modelo que funcione de manera general.
§ Lo importante es obtener la calibración de algun modelo vs. resultados de campo, de modo tal que el modelo prediga adecuadamente la saturación de agua, el corte de agua, etc.
§ Generalmente, con los modelos de Archie y Doble Agua se pueden resolver la mayoría de los problemas.
§ En ciertos casos, Simandoux, Indonesia, u otros modelos producen resultados satisfactorios.
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Modelo Simple para Areniscas Arcillosas
Areniscas limpias
Areniscas arcillosas
Matriz arenosa limpia Swirr
Matriz arenosa limpia Swirr HCsArcilla+ Limo Swb
HCs
φefectiva
φtotal
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9Petrofísica Básica e Interpretación de Registros A. Mantilla / R. Bueno, Octubre de 2006
Método Simple de Sw para Areniscas Arcillosas
Donde φ es la porosidad TOTAL (fracción) obtenida del crossplot de D-N
n
tm
ww R
RaS
φ
=
2
222DN
t
DNt
φφφ
φφφ
+=
+=
Si Vshale < 20% :
Si Vshale > 20% : Utilizar como Waxman-Smits, Doble Agua, Simandoux, Indonesia.
zonas gasíferas
zonas de aceite y/o agua
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§ Archie
§ Simandoux
§ Indonesia
§ Nigeria
nw
me
wt Sa
CC φ=
shshn
wsh
nw
me
wt CVSV
Sa
CC 1
)1(−+
−=
φ
2/)2/(12/ nwsh
Vsh
nw
wt SCVS
FC
C sh−+=
Todos los modelos de Vsh son similares: Ct = Cclean + Cshale
2/22/1 n
wsh
sh
w
m
t
SR
VaRR
+=
φ
Archie vs. Modelos de Vshale
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Predicción de Sw en con Modelos de Vshale
§ Los modelos de Vsh solo dependen de parámetros que se pueden obtener —en principio— de los registros convencionales. Esto ha hecho que su uso sea frecuente.
§ Los métodos de estimación de Vsh tienden a sobreestimar el valor real de la fracción arcilla.
§ Un problema de los modelos de Vsh es la suposición de que los shalescircundantes:§ Son representativos de los minerales arcillosos en la zona de
interés.§ Están compuestos por 100% arcilla.
§ Intuitivamente, los modelos de Vsh deberían funcionar bien para areniscas con arcilla laminada, pero tienden a fallar en areniscas con arcilla dispersa.
12Petrofísica Básica e Interpretación de Registros A. Mantilla / R. Bueno, Octubre de 2006
Distribución de Arcillas en la Roca
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El Modelo de Doble Capa
§Las arcillas tienen un déficit de carga eléctrica.
§Para balancear la carga, en presencia de electrolitos se adsorbe una capa de cationes cerca de la superficie de lasláminas de arcilla.
(Stern, 1924)
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Capacidad de Intercambio Catiónico de las Arcillas
~0.20 – 0.70CapaMezclada
0.20 – 0.40Glauconita
0.05 – 0.35Clorita
0.80 – 1.50Esmectita
0.20 – 0.30Ilita
0.02 - 0.15Caolinita
CEC,meq/gr
Tipo de Arcilla
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Modelo de Waxman-Smits
1−
+
= n
wt
mt
vn
wt
mt
wt Sa
BQSa
CCφφ
§BQv: Conductividad de la arcilla (1/Ωm) en una arena 100% Sw
§Reorganizando términos en función de Resistividades:
nwt
wt
v
wt
SSBQ
RRF
+= 1
mt
aF
φ=
16Petrofísica Básica e Interpretación de Registros A. Mantilla / R. Bueno, Octubre de 2006
Nuevos términos:
§Qv: En (meq/ml), es una función de la Capacidad de Intercambio Catiónico (meq/gm arcilla seca)§ Mide la cantidad de cationes intercambiables
presentes
§B: La conductividad especifica de los iones intercambiables (mho/m por meq/cc) § Indica que tan efectivamente los cationes conducirán
la electricidad. Es un factor para convertir concentración en unidades de actividad (Qv), a conductividad
( )t
matV
CECQ
φρφ−
=1
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Swt es obtenido iterativamente:
Donde Swt|i+1 es el valor de Swt en la iteración i +1, y Swt|i es la Swten la iteración i. Se requiere entonces una suposición de Swt para la iteración inicial (Swt |0)
Nota : Rw en la ecuación de B es a 75 ºF
( )
n
iwtVw
tiwt
SBQR
RF
S
1
1
/1
+=
+
( )( ) max/5.083.01 BeB wR−−=
Waxman-Smits
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Máxima Conductancia equivalente de intercambio de Iones de Sodio, Bmax, o λNa vs. Temperatura
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19Petrofísica Básica e Interpretación de Registros A. Mantilla / R. Bueno, Octubre de 2006
El comportamiento de Bmax vs. logaritmo de temperatura es mas o menos lineal
Bmax = (51.31)Ln( T ) - 317.2
Bmax
donde la temperatura está en grados Rankine
20Petrofísica Básica e Interpretación de Registros A. Mantilla / R. Bueno, Octubre de 2006
Capacidad de Intercambio Catiónico de las Arcillas
900000.0380.54 – 1.90~0.20 – 0.70CapaMezclada
450000.0650.56 – 1.100.20 – 0.40Glauconita
450000.0650.15 – 1.100.05 – 0.35Clorita
3000000.0182.00 – 3.900.80 – 1.50Esmectita
320000.0860.55 – 0.830.20 – 0.30Ilita
150000.1780.05 – 0.400.02 - 0.15Caolinita
SalinidadEquivalente
de NaCl, ppm
Rarcilla doble capa, ohm-m
Qv,meq/ml
CEC,meq/gr
Tipo de Arcilla
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21Petrofísica Básica e Interpretación de Registros A. Mantilla / R. Bueno, Octubre de 2006
§ La medición de CEC y/o Qven el laboratoriono es trivial, y depende de la técnica de preparación de la muestra.
§ El conocimiento del tipo de arcillas presentes y su distribuci ón, es importante para asumir valores de Qv si no se tienen medidas de laboratorio
§ Sin embargo, algunas reglas de dedo gordo para Qv:Arenisca Muy Arcillosa: Qv =1.50Arcilla Arcillosa: Qv =1.00Arenisca Moderadamente Arcillosa: Qv =0.50Arenisca Poco Arcillosa: Qv =0.25Arenisca Limpia: Qv =0.00
§ Qv se puede correlacionar con registros (e.g.,GR, SP, φ ), pero las correlaciones son específicaspara ciertas áreas , y no deben extrapolarse a otros ambientes/lugares.
Valores para Qv
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Modelo de Doble Agua
( ) 1−
−+
= n
wt
mt
wwbwbn
wt
mt
wt Sa
CCSSa
CCφφ
El modelo de doble-agua es una forma mas general del modelo de Waxman-Smits.
§La salinidad del agua libre puede ser diferente que la salinidad del agua ligada a las arcillas (bound water)§Para determinar Sw, hay que usar métodos
iterativos, al igual que con W-S
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23Petrofísica Básica e Interpretación de Registros A. Mantilla / R. Bueno, Octubre de 2006
§ Nuevos términos:§Ambos dependen de CEC
§Swb: Saturación del agua ligada a las arcillas (boundwater)§Swb = f(CEC, Cw)§Swb = vQQv
§ Cwb: Conductividad del agua ligada a las arcillas§Cwb = g(CEC, Swb)§Cwb = β/vQ
Modelo de Doble Agua
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Predicción de Sw en con Modelos de Doble Capa
§ Los modelos de Doble Capa son mejores aproximaciones al fenómeno de conductividad en areniscas arcillosas, y por tanto deben dar como resultado mejores predicciones de Sw
§ Sin embargo, requieren calibración con corazones para que los estimativos de Sw sean precisos
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25Petrofísica Básica e Interpretación de Registros A. Mantilla / R. Bueno, Octubre de 2006
Conclusiones
§ No hay un modelo perfecto, lo importante es la calibración de alguno.
§ Generalmente, con los modelos de Archie y Doble Agua se pueden resolver la mayoría de los problemas.