La petrofísica (del griego πέτρα, petra , "roca" y φύσις, physis , "naturaleza") es el estudio de las propiedades físicas y químicas de las rocas y sus interacciones con los fluidos . [1]
Una aplicación importante de la petrofísica es el estudio de yacimientos para la industria de los hidrocarburos . Los petrofísicos trabajan junto con ingenieros de yacimientos y geocientíficos para comprender las propiedades de los medios porosos del yacimiento. Particularmente cómo se interconectan los poros en el subsuelo, controlando la acumulación y migración de hidrocarburos. [1] Algunas propiedades petrofísicas fundamentales determinadas son litología , porosidad , saturación de agua , permeabilidad y presión capilar . [1]
El flujo de trabajo de los petrofísicos mide y evalúa estas propiedades petrofísicas mediante la interpretación de registros de pozos (es decir, condiciones del yacimiento in situ) y análisis de núcleos en el laboratorio. Durante la perforación de pozos , se utilizan diferentes herramientas de registro de pozos para medir las propiedades petrofísicas y mineralógicas mediante radioactividad y tecnologías sísmicas en el pozo. [2] Además, los tapones de núcleo se toman del núcleo de la pared lateral del pozo o de muestras de núcleo completo. Estos estudios se combinan con estudios geológicos, geofísicos y de ingeniería del yacimiento para modelar el yacimiento y determinar su viabilidad económica.
Si bien la mayoría de los petrofísicos trabajan en la industria de los hidrocarburos, algunos también trabajan en las industrias de minería , recursos hídricos , energía geotérmica y captura y almacenamiento de carbono . La petrofísica forma parte de las geociencias , y sus estudios son utilizados por la ingeniería petrolera , la geología , la geoquímica , la geofísica de exploración y otras. [3]
Las siguientes son las propiedades petrofísicas fundamentales utilizadas para caracterizar un yacimiento:
Las propiedades mecánicas o geomecánicas de la roca también se utilizan dentro de la petrofísica para determinar la resistencia del yacimiento , propiedades elásticas , dureza , comportamiento ultrasónico , características de índice y tensiones in situ . [6]
Los petrofísicos utilizan mediciones acústicas y de densidad de las rocas para calcular sus propiedades mecánicas y su resistencia . Miden la velocidad de onda de compresión (P) del sonido a través de la roca y la velocidad de onda de corte (S) y las usan con la densidad de la roca para calcular la resistencia a la compresión de la roca , que es la tensión de compresión que hace que una roca falle. y la flexibilidad de las rocas , que es la relación entre tensión y deformación de una roca. [12] El análisis de onda convertida también determina la litología y la porosidad del subsuelo. [13]
Las mediciones geomecánicas son útiles para la evaluación de la capacidad de perforación, el diseño de la estabilidad del pozo y del pozo abierto, las correlaciones de resistencia y tensión de los registros, y la caracterización de la formación y la resistencia. [6] Estas mediciones también se utilizan para diseñar presas, carreteras, cimientos de edificios y muchos otros grandes proyectos de construcción. [14] También pueden ayudar a interpretar las señales sísmicas de la Tierra, ya sean señales sísmicas fabricadas o provenientes de terremotos. [15]
Como las muestras de núcleos son la única evidencia de la estructura rocosa de formación del yacimiento, el análisis de núcleos son los datos "verdaderos del terreno" medidos en el laboratorio para comprender las características petrofísicas clave del yacimiento in situ. En la industria petrolera, las muestras de rocas se recuperan del subsuelo y se miden en los laboratorios centrales de las empresas petroleras o de servicios. Este proceso requiere mucho tiempo y es costoso; por lo tanto, sólo se puede aplicar a algunos de los pozos perforados en un campo. Además, un diseño, planificación y supervisión adecuados reducen la redundancia y la incertidumbre de los datos. Los equipos de cliente y laboratorio deben trabajar alineados para optimizar el proceso de análisis central. [6]
El registro de pozos es un método relativamente económico para obtener propiedades petrofísicas en el fondo del pozo. Las herramientas de medición se transportan al fondo del pozo mediante cable o método LWD . [2]
En la Figura 1 se muestra un ejemplo de registros con cable. La primera “pista” muestra el nivel de radiación gamma natural de la roca. El “registro” del nivel de radiación gamma muestra un aumento de radiación hacia la derecha y una disminución de la radiación hacia la izquierda. Las rocas que emiten menos radiación tienen una tonalidad más amarilla. El detector es muy sensible y la cantidad de radiación es muy baja. En las formaciones rocosas clásticas, es más probable que las rocas con menores cantidades de radiación sean de grano más grueso y tengan más espacio poroso, mientras que las rocas con mayores cantidades de radiación tengan más probabilidad de tener granos más finos y menos espacio poroso. [dieciséis]
La segunda pista en el gráfico registra la profundidad debajo del punto de referencia, generalmente el arbusto Kelly o la mesa giratoria en pies, por lo que estas formaciones rocosas están a 11,900 pies debajo de la superficie de la Tierra.
En el tercer track se presenta la resistividad eléctrica de la roca. El agua de esta roca es salada. Los electrolitos que fluyen dentro del espacio poroso dentro del agua conducen electricidad, lo que resulta en una menor resistividad de la roca. Esto también indica un aumento de la saturación de agua y una disminución de la saturación de hidrocarburos. [17]
La cuarta pista muestra la saturación de agua calculada, tanto como agua "total" (incluida el agua unida a la roca) en magenta como como "agua efectiva" o agua que puede fluir libremente en negro. Ambas cantidades se dan como una fracción del espacio poroso total.
La quinta pista muestra la fracción de la roca total que es espacio poroso lleno de fluidos (es decir, porosidad). La visualización del espacio poroso se divide en verde para el petróleo y azul para el agua en movimiento. La línea negra muestra la fracción del espacio poroso que contiene agua o aceite que puede moverse o "producirse" (es decir, porosidad efectiva). Mientras que la línea magenta indica la porosidad toral, es decir que incluye el agua que está permanentemente unida a la roca.
La última pista representa la litología de la roca dividida en porciones de arenisca y lutita. El patrón amarillo representa la fracción de la roca (excluidos los fluidos) compuesta de arenisca de grano más grueso. El patrón gris representa la fracción de roca compuesta de grano más fino, es decir, "esquisto". La arenisca es la parte de la roca que contiene los hidrocarburos producibles y el agua.
Los modelos de yacimientos son construidos por ingeniería de yacimientos en software especializado con el conjunto de datos petrofísicos elaborado por el petrofísico para estimar la cantidad de hidrocarburos presentes en el yacimiento, la velocidad a la que ese hidrocarburo puede producirse en la superficie de la Tierra a través de los pozos y el flujo de fluido en las rocas. . [3] Modelos similares en la industria de recursos hídricos calculan cuánta agua se puede producir en la superficie durante largos períodos sin agotar el acuífero . [18]
La arena shaly es un término que se conoce como una mezcla de esquisto o arcilla y arenisca. Por lo tanto, una porción significativa de minerales arcillosos y partículas del tamaño de limo dan como resultado una arenisca de grano fino con mayor densidad y complejidad de roca. [19]
El volumen de lutita/arcilla es un parámetro petrofísico esencial para estimar, ya que contribuye al volumen aparente de la roca, y para una porosidad y saturación de agua correctas, la evaluación debe definirse correctamente. Como se muestra en la Figura 2, para modelar la formación de rocas clásticas, existen cuatro componentes cuyas definiciones son típicas de arenas arcillosas o arcillosas que suponen: la matriz de la roca (granos), la porción de arcilla que rodea los granos, el agua y los hidrocarburos. Estos dos fluidos se almacenan únicamente en el espacio poroso de la matriz de la roca.
Debido a la compleja microestructura, para una roca mojada por agua, los siguientes términos comprenden una formación de yacimiento clástico:
V ma = volumen de granos de matriz.
V dcl = volumen de arcilla seca.
V cbw = volumen de agua unida a arcilla.
V cl = volumen de arcilla húmeda ( V dcl + V cbw ).
V cap = volumen de agua unida a los capilares.
V fw = volumen de agua libre.
V hyd = volumen de hidrocarburo.
Φ T = Porosidad total (PHIT), que incluye las gargantas de poros conectadas y no conectadas.
Φ e = Porosidad efectiva que incluye solo las gargantas de poros interconectadas.
V b = volumen aparente de la roca.
Ecuaciones clave:
V ma + V cl + V fw + V hid = 1
Volumen de matriz de roca + volumen de arcilla húmeda + volumen libre de agua + volumen de hidrocarburos = volumen de roca a granel [20]
La Sociedad de Petrofísicos y Analistas de Registros de Pozos (SPWLA) es una organización cuya misión es aumentar el conocimiento de la petrofísica, la evaluación de formaciones y las mejores prácticas de registro de pozos en la industria del petróleo y el gas y en la comunidad científica en general. [21]
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