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IMPORTANCIA DE LASARCILLAS EN LA

INDUSTRIA DEL PETRÓLEO

Geología de Arcillas



LAS ARCILLAS EN LABÚSQUEDA DEL PETRÓLEO



• Arcillas minerales dinámicos importantescambios en estructura, composición ypropiedades parámetros del ambientecambian

• Características más valiosas correlación ydeterminación de ambientes no songrandes variaciones en composición sinodiferencias más sutiles

“Su estudio debe ser minucioso ycompleto”



• Minerales arcillosos (min. arc.) algunos sufrenimportantes cambios diagenéticos para otros no hantenido importancia

• Composición min. arc. en sedimentos resultadocondiciones en ambiente de acumulación:

alcalinidad del aguacarácter de las sales disueltastemperaturarata de acumulacióntipo y cantidad de material orgánico

• Dominio min. arc. de 3 capas ilita, clorita ymontmorillonita condiciones marinas de acumulación particularmente bien organizados



• Ambientes continentales presencia min. arc. no

característica de ambiente particular factores queinfluyen en formación y transporte de arcillas

clima tiemporelieve permeabilidad

tipo de roca latitudárea fuente, etc

Caolinita, ilita y esmectita casi todas latitudesAbundante paligorsquita climas cálidos

semiáridos y áridos en área fuenteAbundante clorita detrítica climas fríos o

posiblemente áridos



AMBIENTE ILITA

% CLORITA

% KAOLINITA

% MONTMORILLONITA

%

Bahía Delaware 67 26 7 6

Bahía Banderas, costa W de

Mexico 20 28 52

Bahía San Francisco, California,

lodos del fondo 35 45 20

Boca del Río Ameca, desemboca

Bahía Banderas 5 35 60

Boca distributaria, Río Mississippi 9 1 65-50

Delta del Río Mississippi 10 5 85

Depósitos de bancos de arena, Río

Delaware

61 18 13 8

Río Mississippi 10-15 ≈5 80-90 (I/S)

Río Níger 25-30 25-50 20-45

Río Catatumbo, Venezuela 74 26

Río Columbia en Nueva Cork 70 22 8 Río Columbia, Altiplano Columbia

(Bonneville Dam) 24 21 55

Lago Michigan 50 20 30 (I/S y C/V)

Lago Notario 54-88 1-30 6-27

Tabla 1. Porcentaje de arcillas en diferentes ambientes geológicos continentales (Datos tomados de Weaver, 1989)



• Presencia min. arc. en ambientes marinos nocaracterística de ambiente particular exceptoarcillas autigénicas:

glauconita y bertierina ambientes marinossomerospaligorsquita y sepiolita ambientes salobres

schizohaline y silicatos de magnesio ambientesevaporíticos



Arcillas detríticas en océanos zonas climáticas

Altos contenidos caolinita latitudes bajas (tropicalhúmedo), disminuye hacia polos y playa a plataforma

Gibsita distribución similar, localizada latitudestropicales y subtropicales

Clorita más abundante regiones polares, decrecehacia Ecuador

Altas concentraciones esmectitas-I/S hemisferio sur,mayores Pacífico Sur, menor entrada de terrígenos

Ilitas más abundante latitudes norte (zonas

templadas y frías)



AREA CAOLINITA

% CLORITA

% ESMECTITA

% ILITA

%

Atlántico Norte

Golfo de México

Caribe

Atlántico Sur

Pacífico NortePacífico Sur

Océano Indico

Bahía de Bengal

Mar Arábico

Promedio Total

20

12

24

17

88

17

13

9

14.2

10

18

11

11

1813

12

15

18

14.0

16

45

17

26

3553

41

41

28

34.7

56

25

36

47

4026

33

30

46

37.7

Tabla 2. Composición promedio de las arcillas en las principales cuencas oceánicas (Windom, 1976)



LAS ARCILLAS EN LASOPERACIONES DE

PRODUCCIÓN



• Arenas permeables suites de minerales arcillosos

heterogéneas:ilita + material de capas mixtas, clorita degradada y caolinita, ymenores cantidades de ilita y montmorillonita

• Arenas relativamente impermeables:grandes cantidades de ilita y clorita bien ordenada con menorescantidades de ilita y clorita degradadas

• Permeabilidad arena varía

aire, agua destilada ysalmuera naturaleza min. arc. y concentración NaCl mayor cambio arenas con montmorillonita oconjuntos de capas mixtas que la contienen



• Efecto min. arc. en permeabilidad ordendecreciente: montmorillonita, ilita y caolinita

• Min. arc. pueden alterar permeabilidad deroca reservorio movimiento de fluidosacuosos superficies pueden adsorbermoléculas de agua actuándo comopartículas de la roca y reduciendo tamañoefectivo de poros



• Min. arc. orientar agua adsorbida montmorillonitamayor grado

• Estado aire-seco capa de agua = 1 molécula de espesor si Na = catión presente y 2 si Ca

• Grandes cantidades agua montmorillonita Na =indefinidamente espesas

montmorillonita Ca = pocoespesor

dependiendo únicamente cantidad de agua presente

• Presencia Na en agua y arena con montmorillonita Ca atascamiento; montmorillonita Na poco atascamiento

• Montmorillonita Ca y presencia Ca en agua poco efectode atascamiento



• Dispersibilidad en agua otra forma min. arc. afectanpermeabilidad de rocas reservorio

• Cantidades moderadas Na tienden a dispersar min. arc.

• Grandes concentraciones Na y cationes multivalentes tienden a flocular min. arc. taponando poros yreduciendo permeabilidad

• Dispersibilidad caolinita e ilita varía tipo y cantidadelectrolitos

• Dispersión min. arc. expansibles

separa y divide enláminas extremadamente delgadas planos de clivaje

• División favorecida cuando Na presente en cantidadesmoderadas o presencia cationes monovalentes



• Caolinita

baja capacidad intercambio catiónico,capas unidas apretadamente sin intervención de capasde agua menor tendencia división unidades muypequeñas variaciones carácter del catión

• Ilita intermedia entre caolinita y montmorillonita

• Común mezclas min. arc. pequeñas cantidadesmontmorillonita interlaminada con caolinita

montmorillonita suministra planos potenciales debilidadpara división de partícula cantidades relativamentepequeñas de montmorillonita en arcillas causarásensibilidad a variaciones carácter del catión



• Catálisis

componentes min. arc.

influye encarácter de hidrocarburos, auque no factordeterminante en génesis

• Ciertos min. arc. tienen efecto catalítico en ciertoscompuestos orgánicos estructuras min. arc. ycompuestos orgánicos

• Min. arc.

alto poder adsorción varios tipos demoléculas orgánicas especialmente atributospolares y/o iónicos



“conocimiento del tipo de material

orgánico puede dar idea sobrehistoria del sedimento en relación ahidrocarburos”

• Pequeñas cantidades compuestos orgánicos pueden tener gran efecto en fijación dehidrocarburos en roca reservorio cualquierintento por sacarlos separará min. arc.laminares y habrá atascamiento de poros

• Pequeñas cantidades en aguas de formación oinundación pueden tener gran efecto enliberación de hidrocarburos



LAS ARCILLAS EN LOSFLUIDOS DE PERFORACIÓN



• Montmorillonita Na o bentonita viscosificante másimportante para lodos base agua dulce probablemente agente más importante para controlde pérdida de filtrado

• Partículas de montmorillonita poseen ciertascargas positivas y negativas en borde de plaquetas ruptura de láminas más grandes; algunos

dispersante actúan neutralizando una de las cargas partículas se repelen evitando agregación dentrodel lodo



• Bentonita hidrata enormemente iones Na unen

laminillas en forma muy débil

fijación gran cantidadde agua excelente agente reductor de pérdida de

filtrado partículas superponen contra pared del pozodurante filtración

revoque resistente, delgado, compresibley muy eficaz para reducir invasión filtrado haciaformaciones tamaño coloidal y forma de plaquetasplanas

• Montmorillonita Ca

no hidrata tanto

iones Ca unenláminas con mucho menor espacio intermedio

• Montmorillonita en agua salada o dura hidrataciónmínima



• Adición de cationes lodos de agua dulce ymontmorillonita floculación inmediata (partículasnegativas floculan por contacto con cationes) brusco

aumento viscosidad

• Flóculos irregulares no facilita deposición de un buenrevoque

• Atapulguita excelente viscosificante lodos condemasiada sal

bentonita pueda hidratar en formaapropiada

no contribuye control de filtrado agrupamiento en agujas fibriles o “floculación comoespigas en un pajar”

• Sepiolita pariente de atapulguita comportamientoparecido, tiene ventajas a temperatura muy altas



• Perforación con lodos arcillosos hastapenetración formaciones blandas, aguas salinasy/o grandes profundidades requieren lodospropiedades especiales tipos especiales dearcillas

• Arcilla especial más usada bentonita deWyoming montmorillonita Na rendimientos

100 bbl/ton, 5% suficiente para viscosidad deseada muy alta resistencia y baja permeabilidad de“filter cake ”



• Bentonitas de Wyoming

alta viscosidadalta tixotropía de suspensiones arcilla-agua a muy bajoscontenidos de arcillafácil dispersibilidad en láminas, con dimensiones arealesrelativamente muy amplias

dispersa en número relativamente más grande de láminasgrandes y delgadas

• Atapulguita propiedades tixotropicas moderadas

pérdida de agua muy altarendimiento cerca 100 bbl/ton en agua dulce similar bentonitasde Wyoming y mayor que montmorillonitas en aguas altamentesalinas



• Lodos con atapulguita pequeñas variaciones deviscosidad y resistencia grandes variaciones en

contenido electrolítico

presencia de falsos canalesa través agregados iones Na penetran y tienen unpequeño efecto en características de suspensión

• Partículas alargadas y atadas de atapulguita y

sepiolita forman alfombra irregular en paredes depozo agua penetra fácilmente, alta permeabilidad partículas amarradas por átomos de O2 lazobastante fuerte evitando separarse fácilmente

• Ilita, clorita y caolinita

dispersibilidad relativamentepobre valores rendimiento relativamente bajos ygeneralmente valores menores para uso en fluidos tipos pobremente organizados y presencia gruposaleatorios capas mixtas asociadas pueden mejorarpropiedades



LAS ARCILLAS EN LOSREGISTROS DE POZO



• Registro de pozo obtener información:litologíaporosidadpermeabilidadcontenido fluido formaciones penetradas

depende de atributos eléctricos,radioactivos o químicos de formaciones, fluidosintersticiales, fluidos en pozo y/o su combinación

• Min. arc. juegan papel permeabilidad deformaciones, además capacidad adsortiva ycomponentes ionizables

• Orden descendente de magnitud (diferencia depotencial) montmorillonita, ilita y caolinita



• Efecto min. arc. en propiedades eléctricas de

reservorios

relacionado con capacidad del catiónintercambiable por unidad de volumen poroso cuando aumenta se espera que curva S-P aumentey R disminuya

• Arenas ilíticas muestran bajas resistividades apesar de saturación de aceite y gas

• Formaciones con muy bajas permeabilidades

muestran alta resistividad

• Shales marinos presentan resistividades más bajasque shales no marinos



• Carácter min. arc. ejerce influencia importante enregistros eléctricos:

Min. arc. capacidades adsortivas de electrolitos(montmorillonitas, vermiculitas y en menor gradosepiolitas-paligorsquitas) espera curvas S-P yconductividad relativamente altas relativa abundancia

de cationes que pueden disociar interfase min. arc.-agua

Min. arc. como ilita y clorita capacidad adsortivamoderada a baja y cationes en intercapas se esperarindan valores variables de S-P y R

Caolinita y haloisita capacidad adsortiva muy baja ysin cationes intercapas de potencial ionizable seespera rindan valores uniformemente bajos de S-P y R



• Registros gamma-ray

dependen radioactividad odesintegración espontánea elementos químicoscontenidos en formación geológica

• Registro neutrón

usado principalmente paradeterminar presencia de hidrógeno relacionado conagua, hidrocarburos e hidroxilos de min. arc.

• Todas las arcillas contienen hidroxilos y en algunoscasos el agua no se espera diferencia muy grandeefecto de diversos min. arc. en registro neutrón



• Registros químicos registro continuovariaciones capacidad intercambio catiónico conprofundidad

• Capacidad de intercambio de catiónico propiedad de min. arc. varía con identidad delmineral registro de esta capacidad = registro demineral arcilloso

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