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 de las principales aplicaciones de la petrofísica es el estudio de los yacimientos para la industria de los hidrocarburos . Los petrofísicos trabajan junto con los ingenieros de yacimientos y los geocientíficos para comprender las propiedades de los medios porosos del yacimiento. En particular, cómo se interconectan los poros en el subsuelo, controlando la acumulación y migración de los hidrocarburos. [1] Algunas propiedades petrofísicas fundamentales que se determinan son la litología , la porosidad , la saturación de agua , la permeabilidad y la presión capilar . [1]
El flujo de trabajo de los petrofísicos mide y evalúa estas propiedades petrofísicas a través de la interpretación de registros de pozos (es decir, las condiciones del yacimiento in situ) y el análisis de núcleos en el laboratorio. Durante la perforación del pozo , se utilizan diferentes herramientas de registros de pozos para medir las propiedades petrofísicas y mineralógicas a través de la radioactividad y las tecnologías sísmicas en el pozo. [2] Además, se toman tapones de núcleos del pozo como muestras de núcleos de pared lateral o de núcleos completos . Estos estudios se combinan con estudios geológicos, geofísicos y de ingeniería de yacimientos 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 es 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 en la petrofísica para determinar la resistencia del yacimiento , las propiedades elásticas , la dureza , el comportamiento ultrasónico , las características del índice y las 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 compresiva (P) del sonido a través de la roca y la velocidad de onda de corte (S) y las utilizan junto 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 la tensión y la deformación de una roca. [12] El análisis de ondas convertidas 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 de pozos y pozos abiertos, las correlaciones de resistencia y tensión de registros y la caracterización de la formación y la resistencia. [6] Estas mediciones también se utilizan para diseñar represas, caminos, cimientos para edificios y muchos otros proyectos de construcción de gran envergadura. [14] También pueden ayudar a interpretar las señales sísmicas de la Tierra, ya sean señales sísmicas fabricadas o las de los terremotos. [15]
Como las muestras de núcleos son la única evidencia de la estructura de la roca de formación del yacimiento, el análisis de núcleos es la "verdad fundamental" de los datos medidos en el laboratorio para comprender las características petrofísicas clave del yacimiento in situ. En la industria petrolera, las muestras de roca 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, solo se puede aplicar a algunos de los pozos perforados en un campo. Además, el diseño, la planificación y la supervisión adecuados reducen la redundancia y la incertidumbre de los datos. Los equipos del cliente y del laboratorio deben trabajar en sintonía para optimizar el proceso de análisis de núcleos. [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 utilizando un cable o el método LWD . [2]
En la Figura 1 se muestra un ejemplo de registros de cable. La primera “pista” muestra el nivel natural de radiación gamma de la roca. El “registro” del nivel de radiación gamma muestra una radiación creciente hacia la derecha y una radiación decreciente hacia la izquierda. Las rocas que emiten menos radiación tienen un sombreado más amarillo. El detector es muy sensible y la cantidad de radiación es muy baja. En las formaciones rocosas clásticas, las rocas con menores cantidades de radiación tienen más probabilidades de tener granos más gruesos y más espacio poroso, mientras que las rocas con mayores cantidades de radiación tienen más probabilidades de tener granos más finos y menos espacio poroso. [16]
La segunda pista del 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 la tercera pista 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 da como resultado una resistividad menor de la roca. Esto también indica una mayor saturación de agua y una menor saturación de hidrocarburos. [17]
La cuarta pista muestra la saturación de agua calculada, tanto como agua “total” (incluida el agua ligada a la roca) en magenta y el “agua efectiva” o agua que fluye 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 móvil. La línea negra muestra la fracción del espacio poroso que contiene agua o petróleo que se puede mover o "producir" (es decir, porosidad efectiva). Mientras que la línea magenta indica la porosidad toral, lo que significa que incluye el agua que está unida permanentemente a la roca.
La última pista representa la litología de la roca dividida en porciones de arenisca y pizarra. 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, "pizarra". La arenisca es la parte de la roca que contiene los hidrocarburos y el agua que se pueden producir.
Los modelos de yacimientos son construidos por ingeniería de yacimientos en software especializado con el conjunto de datos petrofísicos elaborados 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 pozos y el flujo de fluidos en las rocas. [3] Modelos similares en la industria de los recursos hídricos calculan cuánta agua se puede producir en la superficie durante largos períodos sin agotar el acuífero . [18]
La arena arcillosa es un término que se utiliza para designar una mezcla de pizarra o arcilla y arenisca. Por lo tanto, una porción significativa de minerales arcillosos y partículas del tamaño del limo dan como resultado una arenisca de grano fino con mayor densidad y complejidad de roca. [19]
El volumen de esquisto/arcilla es un parámetro petrofísico esencial para estimar, ya que contribuye al volumen de la roca, y para una correcta porosidad y saturación de agua, la evaluación debe definirse correctamente. Como se muestra en la Figura 2, para modelar la formación de rocas clásticas, hay cuatro componentes cuyas definiciones son típicas para 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 solo en el espacio poroso en la matriz de la roca.
Debido a la compleja microestructura de una roca humedecida por agua, los siguientes términos comprenden una formación de yacimiento clástico:
V ma = volumen de los granos de la matriz.
V dcl = volumen de arcilla seca.
V cbw = volumen de agua ligada a la arcilla.
V cl = volumen de arcilla húmeda ( V dcl + V cbw ).
V cap = volumen de agua ligada 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 sólo 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 la 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 la conciencia sobre las mejores prácticas en petrofísica, evaluación de formaciones y registros de pozos en la industria del petróleo y el gas y en la comunidad científica en general. [21]
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