Introduccin:

Las operaciones actuales de perforacin corresponden a megaproyectos los cuales

implican

Procesos de planificacin, realizacin y evaluacin. Esto implica tener en mente desde el

nacimiento del proyecto, el uso de tecnologias que permitan obtener informacin exacta y

confiable de las formaciones que se atraviesan en busca de la roca yacimiento. Una de

ellas que se esta utilizando actualmente es la tecnologia de registro mientras se perfora o

LWD, la cual permite la evaluacin de las formaciones objetivo en tiempo real mientras se

est perforando el pozo.

Objetivos:

Comprender el principio fundamental y bsico del comportamiento y empleo de los usos

de registros nucleares.

Estudiar el manejo y aplicacin de las herramientas que realizan los registros de perfilaje

mientras se perfora en la industria Petrolera.

Realizar el anlisis de Registro de pozos Petroleros donde se emplea esta clase de

metodologas actuales.

Dar a conocer los principales parmetros que se pueden obtener mediante en LWD.

Proporcionar ventajas y desventajas que tiene el LWD en las mediciones de parmetros y

elaboracin de registros nucleares.

Clasificacin de los Registros Radiactivos:

Registros de Rayos Gamma

Registros de Rayos Gamma Espectral

Registros Durante La Perforacin LWD

Registros Neutrnicos

Marco Terico:

Descripcin De Tcnicas Utilizadas

Para el perfilaje de pozos petrolferos con mtodos radiactivos, bsicamente se utilizan

tres tcnicas:

1- Tcnicas Pasivas - El perfil de Rayos Gamma mide la radiactividad natural emitida por

elementos presentes en la formacin (Torio, Uranio y Potasio).

2- Tcnicas Activas NO Invasivas - Estas tcnicas utilizan fuentes radiactivas que excitan la

formacin y miden su respuesta. Se utilizan fuentes de Rayos Gamma (Cesio137 o

Radio226 ) o fuentes de Neutrones (Americio241- Berilio). La radiacin est presente en el

pozo slo durante la medicin.

3- Tcnicas Activas Invasivas - En este caso se inyecta en el pozo un fluido radiactivo

(Iodo131) en forma lquida (Perfil de Trnsito de Fluido) o empapando una resina.

(Trazador Radiactivo)Materiales radiactivos utilizados

Como es obvio para las tcnicas pasivas no se utilizan materiales radioactivas.

Rayos gamma

El registro de Rayos Gamma sufre muy pocos efectos provenientes de factores externos

(tal como dimetro de pozo, densidad de lodo, etc.). El perfil se registra en unidades API.

Unidad arbitraria standard utilizada por la mayora de las compaas de servicios. La

referencia patrn son los pozos de API en Houston, Texas.

Las lecturas de registro de Rayos Gamma naturales deben ser promediadas dado de que se

trata de una medicin estadstica Los lmites de capa se ubican en la mitad entre los

extremos de la deflexin. La resolucin vertical del registro de rayo gamma naturales es de

1.96 pies. Es decir que se pueden obtener buenos valores de radiacin natural en capas de

hasta ese espesor. En este caso particular no es la configuracin de la herramienta la que

fija esta limitacin sino el hecho de que los rayos gamma son muy penetrantes y no se

confan solo a la capa donde se han originado.

La velocidad de perfilaje debe ser baja, en caso contrario, las amplitudes y los lmites de

capa se ven distorsionados. Se debe tener un conocimiento previo de la zona para una

buena interpretacin, dado que en algunas reas las calizas y dolomitas son radioactivas y

pueden ser confundidas con tramos arcillosos.

Litologa. Electrofacies.

Tope y Base de estrato.

Espesor Bruto y Neto

Volumen de arcilla (Presencia de Torio y Potasio).

Correlaciones entre unidades litolgicas (Secciones).

Rayos gamma espectral:

Este perfil muestra la concentraciones radioactivas individuales de los elementos Uranio

(U), Torio (Th) y Potasio (K) presentes en la formacin.

Esto se logra mediante la medicin del nmero de rayos gamma que llegan al detector y el

nivel de energa de cada uno de ellos para poder determinar la concentracin de estos tres

elementos.

Mediante este perfil se puede determinar, adicionalmente al perfl de rayos gamma

natural, la mineraloga de las arcillas presentes en la formacin, tales como:

Montmorillonita, Caolinita, Ilita, Clorita, etc.

LWD (Logging While Drilling)

Registro durante la perforacin (LWD) es una tcnica de transmitir las herramientas de

pozos de perforacin de pozos en el pozo como parte del ensamblaje de fondo.

Estas tcnicas de LWD (Logging While Drilling), ha revolucionado el proceso de perforacin

permitiendo la captura, transmisin en tiempo real, e interpretacin de perfiles e imgenes

del fondo del pozo mientras se perfora, ofreciendo la posibilidad de definir acciones

correctivas o preventivas dependiendo de las diferencias entre los pronsticos del modelo

geolgico disponible y las mediciones, para as enfrentar con xito los retos planteados.

Usualmente se aplica en pozos horizontales e inclinados para la obtencin de registros en

tiempo real.

Debido a que las herramientas LWD son instrumentos para evaluacin de la formacin que

registran los datos en su memoria y deben pasar estos datos a la herramienta MWD, para

su transmisin a superficie en tiempo real, resulta pertinente destacar que el desarrollo

histrico de la tecnologa LWD comienza exactamente con la aparicin de la primera

herramienta MWD para evaluacin de la formacin. Para cada una de las herramientas se

describe la configuracin bsica inicial o la actual, el principio fsico de funcionamiento y

algunas de las diferencias o innovaciones que presentan con respecto a su contraparte a

cable.

Las herramientas bsicas que conforman la tecnologa de registro LWD son: densidad,

neutrn, rayos gamma, resistividad y snica. Las tres ltimas herramientas se describen

como herramientas individuales mientras la descripcin de las herramientas densidad y

neutrn se hace de manera simultnea para algunas herramientas y para otras de manera

individual, dado que algunas empresas no las utilizan como servicios individuales sino que

las combinan dentro de una sola herramienta lo que permite prestar un servicio integrado

de densidad y neutrn. Este captulo presenta las herramientas que conforman el conjunto

bsico de medidas del sistema de registro mientras se perfora o LWD. Para cada una de las

herramientas se describe la configuracin bsica inicial o la actual, el principio fsico de

funcionamiento y algunas de las diferencias o innovaciones que presentan con respecto a

su contraparte a cable.

Las herramientas bsicas que conforman la tecnologa de registro LWD son: densidad,

neutrn, rayos gamma, resistividad y snica. Las tres ltimas herramientas se describen

como herramientas individuales mientras la descripcin de las herramientas densidad y

neutrn se hace de manera simultnea para algunas herramientas y para otras de manera

individual, dado que algunas empresas no las utilizan como servicios individuales sino que

las combinan dentro de una sola herramienta lo que permite prestar un servicio integrado

de densidad y neutrn.

Herramientas de Densidad

A continuacin se presentan tres diseos diferentes de herramientas de densidad LWD.

Dos herramientas las fabricas la compaa Schlumberger y la ltima la compaa Sperry

Sun. La diferencia bsica entre las tres herramientas est en el diseo, lo cual implica

entonces las posteriores diferencias en las medidas y en los algoritmos de interpretacin

de la informacin obtenida por la herramienta y por tanto en los resultados obtenidos.

Cabe destacar que la compaa Schlumberger no posee herramientas de densidad y

neutrn individuales, sino que las poseen como una sola herramienta combinada a

diferencia de la compaa Sperry Sun la cual posee herramientas individuales de cada tipo.

Tipos de Herramientas de densidad

SLD

La herramienta de lito-densidad estabilizada o SLD por las siglas en ingls Stabilized Litho

Density contiene una fuente de rayos gamma de Cs 137 , dos detectores tipo

centellemetro espectral de 254 canales y dos estabilizadores de tamao mximo, es decir

del mismo dimetro de la broca, colocados en un collar de perforacin de acero. Una

cuchilla estabilizadora especial estabilizadora, que contiene tres ventanas de baja

densidad est ubicada exactamente sobre la fuente y los detectores.

La adquisicin bsica de datos y el procesamiento, son esencialmente los mismos que para

las herramientas de densidad espectral compensada a cable. Los valores de densidad y

factor fotoelctrico se calculan de las tasas de conteo en varias ventanas de energa, para

cada detector. El valor de densidad compensado, se calcula de los valores de densidad

obtenidos de los detectores de espaciamiento cercano y lejano utilizando la tcnica de

espina y costillas. La herramienta tiene una representacin propia de la tcnica espina y

costillas compensacin de "delta-rho", la cual corrige exactamente por distancias de

standoff mayores de 1 pulgada. Esto permite el uso rutinario de estabilizadores, que

brindan pulgada de diferencia entre el dimetro del pozo y el dimetro actual de la

herramienta con los estabilizadores como parte de ella, para facilitar el deslizamiento con

los ensamblajes de perforacin guiables.

CDN

Esta herramienta de densidad se llama CDN por las siglas en ingls "Compensated Density

Neutron", la cual hace parte de una configuracin en que estn presentes las herramientas

de densidad y neutrn. La herramienta de densidad CDN al igual que su contraparte

dentro de las herramientas de densidad a cable la herramienta de lito-densidad, miden

efecto fotoelctrico y densidad total utilizando contadores tipo centellemetro y tubos

fotomultiplicadores, ubicados debajo de un estabilizador a dos distancias desde la fuente

de rayos gamma de Ce.

Los espaciamientos en la herramienta CDN LWD y el principio fsico de funcionamiento son

similares a los de la herramienta a cable.

Innovaciones de la herramienta de densidad CDN. Las siguientes son las algunas de las

principales innovaciones de la herramienta de densidad CDN LWD con respecto a la

herramienta de lito-densidad a cable:

Utiliza un estabilizador con tres cuchillas helicoidales las cuales minimizan el standoff

entre la herramienta y la pared del pozo. Estos adems permiten mantener centralizada la

herramienta en el pozo.

Utiliza una cuchilla modificada debajo de la cual van ubicados la fuente y los dos

detectores de rayos gamma. Esta posee tres orificios pequeos, rellenados con goma para

minimizar la atenuacin de los rayos gamma mientras pasan desde la fuente emisora

hasta la formacin y regresan a los detectores. El uso de esta cuchilla busca minimizar los

efectos de pozo sobre las mediciones.

Las fuentes radiactivas de las herramientas de densidad y neutrn van unidas por una

varilla flexible, por si se presenta una pega de la tubera estas sean recuperadas

simultneamente.

Esta herramienta debe estar ubicada en el tope del ensamblaje de fondo de pozo para

permitir la pesca de las fuentes nucleares con Slickline cuando se presente una pega de

los collares de perforacin.

Permite realizar medidas de neutrn porosidad y densidad en una sola configuracin

que combina las dos herramientas, asegurando la evaluacin de la porosidad y densidad

de las formaciones y los fluidos que estas contienen.

ADN

A continuacin se describe la herramienta de densidad azimutal, la cual presenta muchas

similitudes a la herramienta de densidad y neutrn compensado. Cabe destacar que

ambas herramientas son fabricadas por Schlumberger y que esta herramienta difiere de la

anterior en que toma medidas azimutales o por cuadrantes.

Configuracin de la herramienta. Las herramientas de densidad y neutrn estn ubicadas

dentro de un collar de perforacin de 20 pies de largo, hecho de acero no magntico para

evitar la interferencia con las medidas de los sensores de inclinacin y direccin MWD. La

seccin superior de la herramienta contiene las medidas de neutrn porosidad. Los

detectores de neutrones trmicos estn arreglados en dos grupos opuestos, cada grupo

contiene tubos de He en las posiciones cercano y lejano relativas a la posicin medida

desde la fuente, para permitir la compensacin por pozo. Una fuente de neutrones de

Americio-Berilio de 10 Curie, va montada en la parte central del collar y est protegida de

la corriente de lodo por mltiples vasijas de presin.

Los sensores de densidad estn localizados debajo de la seccin de neutrn. Se utilizan

detectores tipo centellemetro para medir densidad; adicionalmente estos suministran

capacidades de espectroscopia y por tanto una medida de factor fotoelctrico. Se han

cortado unos orificios circulares dentro del collar de perforacin y se han sellado con

ventanas de metal de baja densidad para suministrar un camino de baja atenuacin para

los rayos gamma tanto a la entrada como a la salida de la herramienta.

Herramientas de Neutrn LWD

A continuacin se presentan tres tipos de herramientas de neutrn LWD. Las herramientas

se llaman: herramienta de neutrn 1, debido a que se desconoce el fabricante,

herramienta CN por las siglas en ingls Compensated Neutron Porosity y la

herramienta CNT por las siglas en ingls Compensated Neutron Thermal.

Herramienta de Neutrn 1.

Una herramienta de neutrn LWD similar a su contraparte en los servicios de registro a

cable, est disponible en el mercado. A continuacin, se presenta una breve descripcin de

las caractersticas de esta herramienta, su principio fsico de funcionamiento y algunas de

sus diferencias con respecto a su contraparte a cable.

Configuracin de la herramienta. La herramienta de neutrn porosidad de espaciamiento

dual compensado va ubicada dentro de un collar de perforacin, utiliza una fuente de 35

radiactiva de neutrones, la cual se recupera por medio de cable, y detectores Geiger

Mueller para medir los rayos gamma emitidos por los tomos de las formaciones cuando

capturan neutrones. Como en las herramientas de neutrn a cable convencionales, los

sensores de neutrn porosidad MWD utilizan detectores ubicados a dos espaciamientos

desde la fuente de neutrn.

CN

La herramienta de neutrn porosidad suministra datos de alta calidad para el registro de

neutrn porosidad. La herramienta emplea dos grupos de tubos Geiger Mueller ubicados

a dos espaciamientos llamados cercano y lejano. Los tubos Geiger

Mueller detectan rayos gamma emitidos por los tomos cuando capturan neutrones. La

gran mayora de los rayos gamma detectados provienen de los 38 neutrones trmicos que

son capturados por los collares de perforacin, los cuales tambin coliman los rayos

gamma originados en la formacin.

Herramienta de Neutrn Trmico Compensado CNT.

Esta herramienta es una nueva herramienta diseada para aplicaciones en pozos de

dimetros pequeos. Emplea para los detectores cercano y lejano, dos grupos de

detectores de neutrn de He.

Ventajas:

Algunas de las ventajas de los sistemas de registros LWD son las siguientes:

- Reduccin del tiempo de perforacin.

- Ahorro en los costos de operacin.

- Toma de decisiones en tiempo real.

- Produccin anticipada.

- Mejora la productividad en pozos horizontales.

DesventajaS:

- Los mtodos de interpretacin de las diferentes herramientas LWD no estn

estandarizados.

- Los mtodos de calibracin de primaria, y secundaria no estn estandarizados.

- Los costos de las herramientas individuales son muy altos.

La eficiencia en la perforacin, el manejo del riesgo y la exacta colocacin del pozo son las

claves para disminuir los costos de exploracin y desarrollo. La avanzada tecnologa actual

de adquisicin de registros durante la perforacin (LWD, por sus siglas en ingls)

proporciona mediciones e imgenes en tiempo real destinadas a evitar problemas de

perforacin, mediante la actualizacin de los modelos utilizados para alcanzar los

yacimientos y mantenerse dentro de los mismos. Ejemplos de campo demuestran cmo las

mediciones de LWD, tales como la inclinacin de la barrena, la presin anular y el registro

de densidad neutrn azimutal reducen los costos de E&P y mejoran los niveles de xito de

los pozos horizontales y de alcance extendido.

Presentacin de campo

Registros Neutronicos: Los perfiles neutrnicos son usados principalmente para ubicar formaciones porosas, que son rocas con espacios vacos denominados poros. Dichos registros responden principalmente a la cantidad de hidrogeno presente en la formacin. As en formaciones limpias, es decir, con poca presencia de arcillas, cuando los poros estn llenos de agua o petrleo, el perfil neutrnico nos da el valor del espacio poroso lleno de fluido. Los neutrones son partculas elctricamente neutras cuya masa es casi idntica a la del tomo de hidrogeno. Una fuente radioactiva, en este caso se trata de una muestra que emite neutrones tal como Am-Be, colocada en la sonda que es el equipo que porta la fuente y el detector, emite continuamente neutrones a alta energa. Estos neutrones, al encontrase con ncleos del material de formacin, pierden energa, es decir, son moderados por la formacin hasta que alcanzan su estado trmico, en el cual su velocidad es similar a la de los tomos en el material y esto ocurre cuando los neutrones alcanzan la energa de 0.025 eV.

El americio emite partculas alfa (partculas de Helio) las cuales colisionan con los tomos de Berilio produciendo neutrones, de acuerdo a la siguiente reaccin qumica:

La cantidad de energa perdida, depende de la masa relativa del ncleo con el que colisiona, siendo la mayor prdida cuando el neutrn choca con un ncleo prcticamente de igual masa, es decir, el Hidrogeno. De esta manera la perdida de energa depender principalmente de la cantidad de Hidrogeno en la formacin. A los pocos microsegundos de ser moderados los neutrones, alcanzan su estado termal, es decir, energas de 0.025 eV. Entonces son capturados por ncleos de tomos tales como: cloro, hidrogeno, slice, etc. Este exceso de energa ocasiona que los ncleos absorbentes se exciten y originen una emisin de rayos gama (radiacin electromagntica) denominados rayos gamma de captura para equilibrar aquel exceso energtico recibido. De acuerdo al tipo de herramienta, esta puede detectar los rayos gamma de captura o sus propios neutrones mediante un detector (o dos) colocados en la misma sonda.

GNT Gamma Neutron Termal: Es una herramienta que emplea un detector sensible a los rayos gamma de captura y a neutrones trmicos (con energa de 0.025eV). Puede utilizarse en pozo abierto o entubado. La porosidad leda de un registro en pozo entubado es menos exacta debido a la densidad de la tubera de revestimiento, la presencia de cemento detrs de esta, y otros factores. Se pueden utilizar combinaciones de distancias fuente-detector de acuerdo a las condiciones en que se encuentre el pozo y la porosidad de las formaciones.

SNP Sidewall Neutron Porosity: La fuente y el detector de neutrones estn colocados en una almohadilla en contacto con la pared del pozo. El detector es un contador proporcional blindado de tal manera que solo los neutrones con energa por encima de 0.4 eV pueden ser detectados. CNL Compensated Neutron Log: La herramienta de Neutrn Compensado (que se utiliza actualmente en nuestro pas) consta de un emisor y dos detectores, con lo cual se compensan los efectos del pozo y se obtiene directamente la porosidad, utilizando una matriz predeterminada (caliza, arenisca o dolomita).

En realidad, esta herramienta determina el volumen de Hidrgeno contenido en los poros, el cual es proporcional a la porosidad total y esto es lo que permite calcular con bastante precisin el valor de la misma. Es muy importante tener clara la litologa que predomina en el corte para determinar la porosidad, ya que esta se obtiene mediante un algoritmo que tiene en cuenta la matriz de la roca. FDC Formation Density Compensated: Una fuente radioactiva que se aplica a la pared del pozo, emite a la formacin rayos Gamma de mediana energa. Se puede considerar a estos rayos como partculas de alta velocidad que chocan con los electrones de la formacin. Con cada choque, los rayos Gamma pierden algo de su energa, aunque no toda, la ceden al electrn y continan con energa disminuida. Esta clase de interaccin se conoce como Efecto Compton. Los rayos

Gamma dispersos llegan al detector que est a una distancia fija de la fuente y se cuentan, este valor, es proporcional a la densidad electrnica de la roca, la cual es equivalente a su densidad mineralgica.. La cantidad de colisiones en el Efecto Compton, est directamente relacionada con el nmero de electrones de la formacin. En consecuencia, la respuesta de esta herramienta est determinada por la densidad de electrones (nmero de electrones por centmetro cbico) de la formacin. La cual est relacionada con la densidad volumtrica real, que a su vez depende de la densidad del material de la matriz de roca, la porosidad de la formacin y la densidad de los fluidos que llenan los poros

Con esta herramienta se obtiene: - Curva de densidad a partir de la cual, teniendo en cuenta la litologa predominante se determina la porosidad. - Curva de Factor Fotoelctrico, que es extremadamente til para la determinacin de la litologa y sus variaciones, independientemente de la porosidad, ya que cada roca cuenta con su valor del factor fotoelctrico bien definido. Tambin es usada para valorar cualitativamente el dao causado en la formacin por la utilizacin de Barita (BaSO4) en el lodo de perforacin; ya que esta presenta un valor de PEF anmalamente alto (266.8 barn/e), mientras que las litologas ms comunes: caliza, dolomita y arenisca tienen 5.08, 3.14 y 1.01 barn/e respectivamente. - Correccin de densidad, representa la correccin automtica que se hace a los valores de densidad cuando se procesa el registro durante su adquisicin, en dependencia de las variaciones del dimetro del pozo. Los registros de densidad se utilizan principalmente como registros de porosidad. Otros usos incluyen la identificacin litolgica y mineralgica en el corte, deteccin de gas, determinacin de la densidad de hidrocarburos, evaluacin de arenas con arcillas y de litologa compleja, determinacin de presiones de sobrecarga, propiedades mecnicas de las rocas, etc.

Conclusin: Hoy en da, existe una considerable flexibilidad en los sistemas de adquisicin de datos, ya sea en el modo en que se bajan las herramientas al pozo, la respuesta de las mismas, la resolucin vertical o el tipo de sensor. Por lo tanto, para obtener la mejor calidad (adecuada para el objetivo buscado) y la mejor eficiencia durante la adquisicin de datos, es esencial una buena planificacin de las tareas, lo cual debera ser una preocupacin tan importante para el usuario como para el responsable de la obtencin de los datos.