CARACTERIZACIÓN ESTÁTICA Clave: 1661
DE YACIMIENTOS Semestre: 6°
Créditos:9
PLAN DE ESTUDIOS DE INGENIERÍA PETROLERA
ANTECEDENTES DE LA ASIGNATURA CARACTERIZACIÓN ESTÁTICA DE YACIMIENTOS Geología general
Algebra
Cálculo diferencial
Geometría analítica
Computación
Algebra lineal
Cálculo integral
Estática
Cultura y comunicación
Ecuaciones diferenciales
Cálculo vectorial
Cinemática y dinámica
Termodinámica
Química para ingenieros petroleros
Electricidad y Magnetismo
Literatura hispanoamericana y contemporánea
Propiedades de los fluidos petroleros
Mecánica de fluidos
Probabilidad y estadística
Análisis numérico
Ética profesional
Comportamiento de yacimientos
Procesos de bombeo y compresión de hidrocarburos
Programación avanzada
Productividad de pozos
Elementos de perforación de pozos
Flujo multifásico en tuberías
Planeación y administración de proyectos de ciencias de la Tierra
para ingenieros
Geología de yacimientos de fluidos
Dibujo
Geología de explotación de petróleo, agua y vapor
Petrofísica y registros de pozos Caracterización estática de yacimientos
CARACTERIZACIÓN ESTÁTICA DE YACIMIENTOS TEMARIO NOMBRE
HORAS
1. Introducción 2. Caracterización estática de yacimientos con datos de laboratorio 3. Caracterización geológica de yacimientos 4. Caracterización petrofísica de yacimientos 5. Caracterización estática integrada de yacimientos Total
2 18 18 18 16 72
CARACTERIZACIÓN DE YACIMIENTOS PETROLEROS Objetivo: Determinar características y propiedades de los yacimientos petroleros importantes y fundamentales para su explotación óptima. Principales disciplinas de ingeniería que intervienen en la caracterización de yacimientos:
Petrolera Geología Geofísica Química
CARACTERIZACIÓN ESTÁTICA Objetivo: Determinar cualitativa y cuantitativamente, características y propiedades geológicas y petrofísicas de los sistemas roca y roca-fluidos, así como de las propiedades físicas, químicas y termodinámicas del sistema fluidos, y definir su distribución en el yacimiento petrolero. CARACTERIZACIÓN DINÁMICA Objetivo: Determinar y evaluar los aspectos que controlan el movimiento de los fluidos dentro del yacimiento petrolero, de acuerdo a la caracterización estática establecida
ETAPAS DE EXPLORACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE UN YACIMIENTO PETROLERO
1. 2. Exploración Desarrollo 3. Producción
3.1 Primaria 3.2 Post primaria
PRINCIPALES ACTIVIDADES GENERADORAS DE DATOS Y FUENTES DE INFORMACIÓN PARA LA CARACTERIZACIÓN DE YACIMIENTOS. 1. Exploración 1.1 Trabajos geológicos - Superficiales - Subsuperficiales 1.2 Levantamientos sísmicos regionales 1.3 Perforación del pozo exploratorio - Historia de la perforación - Muestreo de roca - Registros geofísicos del pozo - Pruebas de formación 1.4 Terminación del pozo descubridor - Historia de la terminación - Pruebas de producción - Muestreo de fluidos
PRINCIPALES ACTIVIDADES… (Continuación) 2. Desarrollo 2.1 Perforación y terminación de pozos - Historias de perforación y terminación - Muestreos de roca - Registros geofísicos de pozos - Pruebas de formación - Muestreo de fluidos - Estimulaciones - Pruebas de variación de presión 2.2 Levantamientos sísmicos locales (detallados)
PRINCIPALES ACTIVIDADES… (Continuación) 3. Producción
3.1 Primaria - Registros de producción - Pruebas de variación de presión - Reparación de pozos - yacimiento Historias presión-producción por pozo y por - Estudios de yacimientos (simulación, comportamiento, etc) 3.2 Post primaria - Acondicionamiento de pozos - Pruebas piloto - Historias presión-producción por pozo y por yacimiento - Levantamientos sísmicos locales (detallados) - Estudios de yacimientos (simulación, comportamiento, etc)
FUENTES DE INFORMACIÓN MAS COMUNES PARA CARACTERIZAR YACIMIENTOS PETROLEROS
Estudios geológicos regionales y locales Levantamientos sísmicos regionales Historias de perforación, terminación y reparación de pozos de roca y de fluidos (hidrocarburos y agua) Muestras Registros geofísicos de pozos Levantamientos sísmicos locales (detallados) Pruebas de formación, de producción y de variación de presión en pozos Pruebas piloto Historias presión-producción por pozo y por yacimiento Estudios diversos de yacimientos
CLASIFICACIÓN DE LAS CARACTERIZACIONES A. Escala
- Microscópica - Mesoscópica - Macroscópica - Megascópica B. Sistema
- Roca - Fluidos - Roca-fluidos
C. Aspecto
- Geología - Geofísica - Petrolera (petrofísica) D. Modelo
- Estática - Dinámica E. Nivel
- Parcial - Completa
F. Forma
- Directa - Indirecta G. Tipo
-Interna -Externa
H. Grado
- Cualitativa - Cuantitativa
CARACTERIZACIÓN MICROSCÓPICA Recorte
Lámina delgada Núcleo pequeño
CARACTERIZACIÓN MESOSCÓPICA
Recortes Láminas delgadas Núcleos pequeños Núcleo grande
Registro geofísico
CARACTERIZACIÓN MACROSCÓPICA Núcleos pequeños Recortes Láminas delgadas
Núcleo grande Registro geofísico Prueba de variación de presión
CARACTERIZACIÓN MEGASCÓPICA Lámina delgada Núcleo pequeño Núcleo grande
Recortes
Configuración de parámetro geológico, geofísico o petrofísico
Registro geofísico Prueba de variación de presión
ESCALAS DE CARACTERIZACIÓN 4
2 3
1
1. Microscópica
2. Mesoscópica
3. Macroscópica
4. Megascópica
EJEMPLOS DE CARACTERIZACIÓN MICROSCÓPICA Recorte y lámina delgada de caliza
Caracterizaciones: Sistema: Roca Aspecto: Geológico Modelo: Estático Nivel: Parcial Forma: Directa Tipo: Interna Grado: Cualitativo
EJEMPLO DE CARACTERIZACIÓN MICROSCÓPICA Lámina delgada de basalto Caracterizaciones: Sistema: Roca Aspecto: Geológico Modelo: Estático Nivel: Parcial Forma: Directa Tipo: Interna Grado: Cualitativo
EJEMPLO DE CARACTERIZACIÓN MESOSCÓPICA Resultados de la interpretación de registros geofísicos de pozo
Caracterizaciones: Sistema: Roca, Roca-Fluido Aspecto: Petrofísico, Geológico Modelo: Estático Nivel: Parcial Forma: Indirectas Tipo: Interno, Externo Grado: Cuantitativo, Cualitativo
EJEMPLO DE CARACTERIZACIÓN MESOSCÓPICA Núcleos grandes
Caracterizaciones: Sistema: Roca Aspecto: Geológico Modelo: Estático Nivel: Parcial Forma: Directa Tipo: Interno Grado: Cualitativo
20 m
EJEMPLO DE CARACTERIZACIÓN MACROSCÓPICA Sección sísmica Caracterizaciones: Sistema: Roca Aspecto: Geofísico Modelo: Estático Nivel: Parcial Forma: Indirecta Tipo: Externo Grado: Cualitativo
2 a 3 km
EJEMPLO DE CARACTERIZACIÓN MACROSCÓPICA Correlación geológica de sedimentos Pozo 1
Caracterizaciones: Sistema: Roca Aspecto: Geológico Modelo: Estático Nivel: Parcial Forma: Indirecta Tipo: Externo Grado: Cualitativo
2 a 3 km
Pozo 2
EJEMPLO DE CARACTERIZACIÓN MEGASCÓPICA Correlación densidad – resistividad de un yacimiento 4 . 2
Caracterizaciones: Sistema: Roca-fluido Aspecto: Petrofísico Modelo: Estático Nivel: Parcial Forma: Indirecta Tipo: Interno Grado: Cuantitativo
2 . 2
) m /c (g d a id s n e D
.0 2
3
8 . 1 .6 1 4 . 1 .2 1 0 . 1 8 . 0 0
2
2.1
2.2
2.3
2.4
Resistividad (W m)
2.5
2.6
2.7
EJEMPLO DE CARACTERIZACIÓN MEGASCÓPICA Curvas de contorno de cimas de un Campo
Caracterizaciones: Sistema: Roca Aspecto: Geológico Modelo: Estático Nivel: Parcial Forma: Indirecta Tipo: Externo Grado: Cualitativo
5 km
7 km
EJEMPLOS DE CARACTERIZACIONES DE FLUIDOS Bo
μo
Bob
μob
1. 0
0. 0 0
Pb
P
Bw
Pb
0
P
Diagrama de Stiff de la salmuera
Na
1000
0
1000
Bwb Ca
HSO3 1 00
Mg 1. 0
SO4 100
100
100
CO3 100
Fe
0. 0 0
Pb
P
10 0
Cl
MUESTRAS DE ROCA PUNTOS DE MUESTREO
A. Superficiales B. Subsuperficiales
A.2. Afloramientos
A.1. Boca de pozo B.1. Pared de pozo B.2. Fondo de pozo
CARACTERÍSTICAS DE LAS MUESTRAS RECUPERADAS E INFORMACIÓN QUE SE OBTIENE A. SUPERFICIALES
A.1. Muestras de volumen pequeño a muy pequeño -Análisis geológicos y petrofísicos limitados -Bajo costo A.2. Muestras de volumen grande a muy grande --Análisis geológicos y petrofísicos variados Costo regular -Roca intemperizada
B. SUBSUPERFICIALES
B.1. Muestras de volumen pequeño -Análisis geológicos y petrofísicos limitados -Costo elevado B.2. Muestras de volumen grande -Análisis geológicos y petrofísicos variados -Costo de elevado a muy elevado
EQUIPOS MUESTREADORES
Muestreadores de fondo de pozo para núcleos largos
En forma continua estos equipos pueden cortar núcleos grandes desde 1 7/8 hasta 5 ¼ pg de diámetro y de la longitud que se requiera. Constan de un barril muestreador (barril externo) que posee una barrena convencional (3 conos) o de diamante y un barril receptor del núcleo (barril interno) que se puede recuperar sacando toda la tubería de perforación (TP) o por medio de cable, sin necesidad de sacar la TP.
EQUIPOS MUESTREADORES… (continuación) Para formaciones suaves, deleznables o con porosidad secundaria se usan muestreadores que envuelven los núcleos con tubos de neopreno a medida que se van cortando. Existen otros muestreadores capaces de recuperar núcleos conservándoles las condiciones que tienen en el yacimiento, por ejemplo los fluidos que lo saturan.
Muestreadores de pared de pozo
Estos muestreadores son usados cuando la formación de interés ya se ha perforado y solo corta muestras pequeñas.
PROTECCIÓN Y PRESERVACIÓN DE NÚCLEOS
Los núcleos deben protegerse (empacarse) para que no se dañen mientras son transportados del pozo al laboratorio y evitar que se alteren sus propiedades. Para ello se realizan algunas de las siguientes acciones: Envolver los núcleos con materiales no absorbentes como plástico y colocarlos en cajas de lámina, madera o cartón, rellenando los espacios vacíos para evitar que se maltraten, o bien, se colocan en tubos de metal (acero, aluminio) y se tapan los extremos.
Si el núcleo fue cortado con muestreadores para formación suave y/o deleznable, no debe quitarse el tubo protector de neopreno y con esta protección se empaca. Si es primero necesariosecongelar al núcleo se usa hielo seco, pero debe colocar en recipientes especiales, tipo termo. Este procedimiento es ideal para conservar los fluidos con los que se recuperó el núcleo. Cada núcleo debe ser bien identificado antes de enviarse al laboratorio.
INFORMACIÓN QUE DEBE ENVIARSE AL LABORATORIO JUNTO CON LOS NÚCLEOS 1. DATOS DEL POZO. 1.1. Nombre y número 1.2. Nombre del campo y/o Yacimiento al que pertenece 1.3. Elevación de la mesa rotatoria 1.4. Plano de localización del pozo 1.5. Copias de los registros geofísicos tomados en el intervalo muestreado 2. DATOS DE LOS NÚCLEOS. 2.1. Fecha de núcleo 2.2. Tipo de núcleo 2.3. Número del núcleo 2.4. Intervalo nucleado 2.5. Recuperación 2.6. Formación nucleada 2.7. Yacimiento al que pertenece el núcleo 2.8. Descripción litológica 2.9. Tipo de protección o preservación que tiene el núcleo
INFORMACIÓN QUE DEBE ENVIARSE… (Continuación) 3. DATOS DE LOS FLUIDOS RELACIONADOS A LOS NÚCLEOS. 3.1. Características y propiedades del fluido de perforación utilizado en la operación de corte del núcleo 3.2. Características y propiedades de los hidrocarburos saturantes 3.3. Características y propiedades del agua de formación 3.4. Características y propiedades del agua de inyección o del fluido desplazante, en caso de que el núcleo este considerado en un proyecto de recuperación secundaria o mejorada 4. RELACIÓN DETALLADA DE LOS ANÁLISIS DE LABORATORIO QUE SE REQUIEREN Y LA APLICACIÓN QUE TENDRÁN LOS RESULTADOS.
ASPECTOS QUE SE TOMAN EN CUENTA PARA EFECTUAR ANÁLISIS EN LABORATORIO DE MUESTRAS DE ROCA A. Tipo de muestra - Recortes - Núcleos de fondo o de pared de pozo - Afloramientos
B. Tipo de rocaprimaria - Porosidad * Formación consolidada * Formación deleznable - Doble porosidad
C. Tipo de análisis - Rutinario a condiciones de laboratorio (Sf, f, kabs, R) - Especial (Radiactividad, Dt, krelativa, Pc, c, etc.) o mediciones a condiciones de yacimiento
CARACTERIZACIÓN DE YACIMIENTOS CON DATOS DE LABORATORIO 1.- Propiedades que se obtienen del análisis sobre muestras de roca 1.1. Sistema roca
- Aspectos geológicos *Litología *Petrografía *Granulometría *Mineralogía *Paleontología - Aspectos petrofísicos *Radiactividad natural *Porosidades primaria y secundaria *Geometría del espacio poroso *Permeabilidad absoluta *Tortuosidad *Compresibilidad *Densidad *Transmisión de ondas acústicas
1.2. Sistema roca-fluidos (aspectos petrofísicos) *Fluorescencia *Saturación de fluidos *Resistividad eléctrica *Densidad *Capacidad de intercambio catiónico *Transmisión de ondas acústicas *Comportamiento capilar *Mojabilidad *Compatibilidad roca-agua *Permeabilidades efectivas y relativas
CARACTERIZACIÓN DE YACIMIENTOS CON DATOS DE LABORATORIO 2.- Aplicación de datos obtenidos en laboratorio sobre muestras de roca para caracterizar yacimientos petroleros - Estudios geológicos *Sedimentológicos
- Determinación de la distribución
de las propiedades petrofísicas
*Estratigráficos dentro de los *Estructurales -Estimación delyacimientos volumen srcinal - Estudios sísmicos de hidrocarburos en los - Diseño de programas de yacimientos perforación, terminación y - Diversos estudios de reparación de pozos comportamientos primario y post - Calibración de registros geofísicos primario de los yacimientos de pozos petroleros -Diversos estudios de simulación de yacimientos
SECUENCIA DE ANÁLISIS DE NÚCLEOS “FRESCOS” (1). FORMACIONES CONSOLIDADAS CON POROSIDAD PRIMARIA O CON DOBLE POROSIDAD, NUCLEADAS CON TÉCNICAS CONVENCIONALES. ANÁLISIS DE MUESTRAS PEQUEÑAS.
A.- EN EL POZO
B.- EN EL LABORATORIO
Observación directa y registro de los núcleos
Dependiendo del tipo de roca, se selecciona la secuencia apropiada de análisis de laboratorio.
Selección e identificación de las partes por analizar Análisis geológicos
Análisis petrofísicos
Determinación del contenido de fluidos (Sw, So, Sg) y de la porosidad (1)
Núcleos recién cortados. El análisis en el pozo se debe realizar tan pronto se saque el núcleo del equipo muestreador. Si se envía el núcleo al laboratorio debe preservarse en forma apropiada.
CL-7000 ELECTRICALLY-HEATED RETORT [CORE DISTILLATION APPARATUS] The CL-7000 Retort will handle 10 retort cups for distillation requiring about 45 minutes. Stainless steel, heat-resistant cups are charged with approximately 100 grams (accurately weighed) of core, placed into the retort, and simultaneously heated slowly to the desired temperature. During distillation, water is first removed and, after passing through a cooling bath of water, is trapped in graduated receiving tubes. Later, oil is distilled and trapped on top of the water. By timing, a plateau in the distillation curve will indicate the final distillation of free water, and an increase of water will represent water of hydration or, otherwise, bound water. The efficiency of the condensation system approaches 100% for water, and vanes between 60% and 85% recovery of oils. It is desirable to run a calibration curve for oils of the particular nature to be expected. For sidewall core samples, smaller cups with longer stems are provided. By altering the procedure, porosity and fluid content of cores may be obtained from small core specimens. Smaller receiving tubes are matched to the sidewall cups.
Distillation techniques are similar. The CL-7000 Retort is available in either 110 or 220- volt models with — 20 heat-resistant cups (100 grams); twenty 20 ml. and twenty 10 ml. receiving tubes; 2000 gaskets for cups; two spare heating elements; rack for charging cups; rack for holding receiving tubes; tongs for handling hot cops; 40 cup screens; 20 rubber stoppers; instructions; thermocouple and temperature controller
Optional addition —
Ten extra sidewall cops; twenty 3 ml. receiving tubes; rubber stoppers; 2000 gaskets; 20 screens; instructions
Suggested accessory items include —
Plate for breaking core; balances; timing device; mercury pump (with sidewall procedure), picnometer (mercury pump will serve); porosimeter; permeameter; cutters for test specimens
Weight, crated for export — Approximately 150 lbs
SECUENCIA DE ANÁLISIS DE LABORATORIO PARA FORMACIONES CONSOLIDADAS (ARENAS O CARBONATOS) CON POROSIDAD PRIMARIA, NUCLEADAS CON TÉCNICAS CONVENCIONALES. ANÁLISIS SOBRE MUESTRAS PEQUEÑAS. Revisión de la información enviada con los núcleos Observación y registro de los núcleos Selección directa de las partes por analizar Análisis geológico
Análisis petrofísico Corte e identificación de muestras pequeñas Extracción de fluidos de las muestras Secado y desecado de las muestras Medición con gas de la porosidad efectiva Determinación de la permeabilidad absoluta a partir de mediciones de la permeabilidad con gas
Selección de muestras para diferentes pruebas Realización de pruebas de acuerdo al objetivo específico
CORE GRINDERS-CORE DRILLS Cores to be analyzed in the laboratory must be prepared for the tests to be made. Experiments may require that the core be cut to length, square with its axis, or that it be drilled with passages, or that it be shaped accurately to size. RUSKA Core Grinders and Drills are tools especially designed to cut cores for laboratory analyses. Since core grinding and core drilling must be performed wet, the tools are furnished with built-in coolant piping, and are mounted in pans provided with the tools splash guards. are notBecause only suitable of theirforlight general weight, laboratory use, but are particularly adapted for installation in portable field laboratories. The independent motor drive makes it possible to utilize the Core Grinders with any type motor required. CORE GRINDER The RUSKA Core Grinder is a motor driven bench grinder with a double-end spindle. One end of the spindle may be equipped with an emery or diamond-charged metal cut-off wheel for cutting core sections. The other end is used with a cup-shaped emery facing wheel for grinding the sections to size.
Both wheels are protected by splash guards. Adjustable work tables with removable tops are provided for each spindle end. Each table has a guide groove for a support bracket with an adjustable gaging stop and a scale. lf the gage is set to the scale reading corresponding to the desired core size, the core may be held against this stop and thus be sized without further measuring. The core grinder is used to cut cubical or other rectangular cores. A Twin-Blade Attachment opposite sidesCutting of a core parallel totoa cut predetermined size can be supplied for the core grinder. This attachment fits the left side of the grinder and consists of a special work table top with a support finger for the core to be cut, a spacing collar for the two diamond charged cut-off wheels to be used, and a sleeve, fitting over the coolant supply tube, to distribute the coolant on both cut-off wheels. This attachment can be furnished for either 5/8”, 3/4”, or 1” wide cuts. lf more than one cutting size is desired, only additional finger, collar, and sleeve combinations are required, while the same table is used.
CUTTER FOR TEST SPECIMENS [DIAMOND SAW BLADES] Two diamond saw blades, 8” diameter by 0.072” thickness, are mounted parallel with a sliding tray that permits cutting slices of core test specimen 2 centimeters in thickness. By making three passes through the blades, a cube of the material to be tested is obtained, and permeability can be measured in three directions, as well as reverse directions. Usetwo of a cube affords vertical, as well as horizontal, permeability measurements on the same piece. This prevents variations of measured permeability due to rock characteristics of differently located samples, and reflects actual variations within a single layer of the core. Spacing of the diamond blades may be slightly increased, if desired, but space greater than 1” is not recommended, as the holder for the cores must be proportionally increased.
A grinding wheel is attached to the other
end of the shaft. Normally, either water or oil is contained in the tray and is picked up by the revolving diamond blades. However, liquid may be introduced directly to the blades by means of a stream and drained through a hole in the base of the tray.
220 Electric -voltmotors AC, 60 are cycle. of 1/3 (Other hp. 110 motors or are available.) Diamond saw, as illustrated, includes two extra diamond bortz blades, 8” by 0.072” thick, grinding wheel, electric motor (110 or 220 AC 60 cycle) 2 belts, stainless steel housing, and 3 extra bearings. Suggested accessory items — core extraction equipment; drying oven, permeameter; porosimeter. Weight, crated for export — approximately 84 lbs.
AUTOMATIC DRILL PRESS The Automatic Drill Press is designed to automatically drill into various sizes of core specimens. The press is constructed to stand up to stress imposed by the hardest rock formations , Other features of the press include a tripodic main frame, a chrominumolyhdenum steel spindle mounted in a cast aluminum head assembly. Drill bit coolant fluid is introduced through swivel attachedthe to the topassembly of the spindle. The swivel assembly is designed so that water is introduced inside the drill bit and forced out the cutting surface to cool and clean the cutting edge. The vee-shaped platform that holds the sample core is constructed of a heavy steel and is removable. This feature allows both horizontal and vertical samples to be drilled. This platform is mounted inside a steel fluid pan. The fluid pan is bolted to a rectangular section transport beam
that is displaced in a vertical plane by means of two hydraulic cylinders attached to the head casting. The drill bit is held fixed in the aluminum head casting. Pulleys and vee belts selected for driving diamond drill bits at approximately 915 RPM when operated on 50/60 cycle power. By adjusting the motor and changing the belt to different pulley sizes, different speedsdirect can be obtained. Variable speed current motors with speed control systems are available on special order. Diamond core bits are available in core plug sizes of 3/4”, 1”, 1¼”, and 1½”. All bits are internally threaded 1¼”—7 UNC-2B-R.H. Diamond core bits are not furnished with press and must be ordered as required. The dimensions are 30” wide, 23” deep, and 43” high. Weight, crated for export — approximately 450 lbs.
SECUENCIA DE ANÁLISIS DE LABORATORIO PARA FORMACIONES DELEZNABLES CON POROSIDAD PRIMARIA, NUCLEADAS CON TÉCNICA ESPECIAL. ANÁLISIS SOBRE MUESTRAS PEQUEÑAS. Revisión de la información enviada con los núcleos Registro de los núcleos Selección indirecta de las partes por analizar Análisis geológico
Análisis petrofísico Corte e identificación de muestras pequeñas Extracción de fluidos de las muestras Secado y desecado de las muestras Medición con gas de la porosidad efectiva Recubrimiento de muestras con plástico y determinación de la permeabilidad absoluta a partir de mediciones de permeabilidad con gas
Selección de núcleos para diferentes pruebas Realización de pruebas de acuerdo al objetivo específico
SECUENCIA DE ANÁLISIS DE LABORATORIO PARA FORMACIONES CONSOLIDADAS CON SISTEMAS DE DOBLE POROSIDAD, NUCLEADAS CON TÉCNICA ESPECIAL. ANÁLISIS SOBRE MUESTRAS GRANDES (DIÁMETRO COMPLETO). Revisión de la información enviada con los núcleos Registro de los núcleos Selección directa o indirecta de los tramos por analizar Análisis geológico
Análisis petrofísico Extracción de fluidos de los núcleos. Si se requiere en esta etapa se cuantifican también los fluidos extraídos Corte de los extremos de los núcleos Secado y desecado de los núcleos Medición con gas de la porosidad efectiva Determinación de las permeabilidades absolutas máxima y mínima a partir de mediciones de permeabilidad con gas en varias direcciones
Selección de núcleos para diferentes pruebas Realización de pruebas de acuerdo al objetivo específico
POROSIMETER (CATALOG NO, 101) This Core Lab-developed combination mercury pump and Boyle’s Law porosimeter is designed to handle core samples ranging from very small diameter up to 1½” diameter, 3 inches in length. The same mercury pump, modified by changing the cap of the mercury chamber and by adding calibrated gauges, can be used for accurate mercury injections to facilitate special calculations. When used as a porosimeter, a core chamber, and, specimen is placed with into the pump the empty calibrated mercury (by zeroing the scales with the chamber full) the bulk volume of the sample is registered when the chamber reaches the calibration mark (needle valve position), The chamber is then sealed and the mercury column withdrawn until the vacuum gauge reads one half atmosphere, and corresponding scale readings are taken. Pore volume is calculated using Boyle’s Law applied to the volume change. It is necessary to calibrate the pump only for atmospheric pressure changes, and for machine correction. This permits very accurate, rapid determination of porosity, and leaves the sample free of mercury and available for either additional tests or for repeated checking of porosity determinations.
(Under conditions requiring repeated testing of the same sample, this technique affords the best system of porosity measurement.)
The apparatus is also adaptable for forcing mercury into core samples, which, at high pressures on an extracted sample, will approximate the porosity of the sample and, on freshly recovered samples will equal the gas expansion space in the core. Due to inherent variations, the Boyle’s Law technique is recommended for porosity determinations. The mercury pump is especially essential for performing accurate sidewall core analysis. The mercury pump, as illustrated, is designed to hold samples 1½” diameter x 3” long, and includes wrench; standard head for measuring porosity and gas bulk volume; four extra “O” rings; (less mercury); gauges; and operating instructions. Suggested accessory items — cutters for test specimens; core extraction equipment; drying oven; accurate balances; mercury; and permeameter.
Weight, crated for shipment — approximately 110 lbs.
MULTIPLE-DIAMETER HASSLER HOLDER FOR PERMEABILITY AND POROSITY DETERMINATIONS Three holders, each of which will utilize several dimensions of cores (variable Lengths and diameters), are arranged so that an extracted and dried whole core sample may be readily moved into the proper Hassler holder. After sealing with air pressure, horizontal permeability is measured by introduction of air through screens on one side of the sample and removal of air through the other side — and through orifices which determine the flow rate. Permeability is then computed in terms of the tested sample. (In order to effect a good seal, sample ends must be properly shaped with a sides of diamond diamond saw prior -type to testing. cores will Slightly not affect irregular the sealing.) Vertical permeabilities are obtained by substituting end screens (for those along the sides of the core). Air is then flowed from one end of the sample to (he other, and through the orifices. For each diameter of whole core, it is necessary to exchange the end plugs of the ram. This is easily accomplished, and very little time is required to effectively measure the permeability of several samples. A measured amount of gas (preferably helium) is forced into the sample and determining the pressure change (using a predetermined calibration for the system) the pore volume may be read directly from the gauge. Using the bulk volume of the tested sample, porosity is then calculated.
(A comparable apparatus is available for plug -type core samples. See photo inset.)
Equipment included with above permeameter (only): Apparatus with hydraulic ump and reservoir two sets of vertical horizontal permeability screens (3 sizes each); one each end plugs for the 3 sizes; permeameter base; 6 calibrated orifices; 3 permeability check plugs; one extra set of liners for Hassler holders; and instructions for installation and operation. (Three core sizes between 2” and 4 5/8” diameters should be specified when ordering.) Note: If porosity values are to be determined using the same apparatus, this must be requested when ordering equipment. For porosity adaptation (at additional cost) — calibrated gauges; panels; controls; connections; three test blanks; and instructions. (Porosity adaptation does not interfere with permeability operation.
Suggested accessory items include — core extractor; core dryer; large diamond saw; picnometer; air compressor; vacuum pump; hydraulic oil; and compressed gas source (preferably helium).
Weight, crated for export approximately 1250 lbs.
DETERMINACIÓN DE SATURACIÓN DE FLUIDOS Método de destilación (Método de la retorta) Núcleo fresco* Muestra con peso A
Muestra con peso A
Inyección
Destilador
mercurio Volumen de gas en la muestra
(retorta) Volúmenes de aceite y de agua en la muestra
Vg + Vo + Vw = Vp
So Sg Sw
* Núcleo recién sacado del pozo Requieren corrección
VA =
Muestra Peso Volumen Densidad
Volumen muestra con peso A =
Peso A Densidad
f=
Vp VA
Termocoples
Aislante del horno Elementos de calentamiento Muestra Contenedor de muestras Malla
Tubo de condensación Baño de agua Entrada de agua Controlador de temperatura
Tubos receptores
Aceite Agua
Horno retorta a presión atmosférica
CURVAS DE CALIBRACIÓN PARA ANÁLISIS DE NÚCLEOS CON RETORTA
3.0
10 ) m (c
) m (c a tr to e r la n e a u 2.0 g a e d a r u t c e L
3
3
1.0 0
8
a rt s e u 6 m la e n l a 4 in irg o te i e c 2 A
0 4
8
12
16 20 24 28
32 36 40
Tiempo de calentamiento(minutos)
Curva de calibración del agua
0
2
4
6
8
Aceite observado (cm
10 3)
Curva de calibración del aceite
POROSIDAD Un volumen de roca, Vr, está formado por un volumen de huecos o poros, Vp, y un volumen de sólidos, Vs; es decir: Vr = Vp + Vs Si el volumen de poros se relaciona al volumen de roca, se obtiene la porosidad,f. f = Vp / Vr , o también, f = Vp / (Vp+Vs) La porosidad se expresa en fracción o en por ciento del volumen de roca. No todos los poros de una roca están siempre comunicados; en ocasiones, algunos poros están aislados. Se denomina porosidad absoluta, fa, a la relación entre el volumen total de poros (comunicados y no comunicados) y el volumen de roca. fa = (Vpc + Vpnc) / Vr en donde: Vpc es el volumen de poros comunicados Vpnc es el volumen de poros no comunicados Se considera porosidad efectiva, fe, a la relación entre el volumen de poros comunicados y el volumen de roca. fe = Vpc / Vr De acuerdo a lo anterior, la porosidad absoluta se puede expresar como sigue: fa = fe + fnc siendo fnc la porosidad debida a los poros no comunicados o aislados.
FORMAS DE OBTENER LA POROSIDAD DE UNA ROCA EN EL LABORATORIO Porosidad absoluta. -Observación en microscopios de láminas delgadas de roca. Este procedimiento requiere de un patrón de comparación. -Observación en un microscopio de una fotografía amplificada de una sección de una lámina delgada de roca, a la cual se le coloca una retícula cuadrada. Con base en el número total cruces de retícula, Nt, de se nodos que caen ende el nodos espacioo poroso quelíneas indicadelalafotografía, Np,y el la número porosidad puede obtener con la siguiente expresión: fa = Np / Nt -Si la roca es deleznable, es decir no tiene cementante o tiene muy poco, se mide el volumen de la muestra, Vr, se desmenuza a nivel de grano y se mide el volumen de granos, o sea el volumen de sólidos, Vs, obteniéndose la porosidad absoluta de la siguiente forma: fa = (Vr - Vs) / Vr
FORMAS DE OBTENER LA POROSIDAD… (Continuación) Porosidad efectiva Para evaluar la porosidad efectiva en el laboratorio, se requiere medir dos de los tres siguiente parámetros: Vr, Vpc, Vs. Determinación de Vr -Muestras de geometría regular. A partir de sus dimensiones. -Muestras de forma irregular. A partir de la cantidad de fluidos que desplaza (Principio de Arquímides). Determinación de Vpc -Extracción del gas (aire) que satura la muestra. -Extracción completa del líquido que satura 100% a la muestra. -Saturación completa (100%) de la muestra con un líquido. Determinación de Vs -Utilizando un gas inerte, por ejemplo nitrógeno, aplicar la Ley de Boyle. Si en el laboratorio se miden Vr y Vpc,fe = Vpc / Vr Si en el laboratorio se miden Vr y Vs,fe= (Vr - Vs) / Vr Si en el laboratorio se miden Vpc y Vs,fe= Vpc / (Vpc + Vs)
POROSIDAD Relación del volumen de huecos, espacios o poros de un material poroso (roca) al volumen de este material. Vp f = Vr % o fracción Tipos de porosidad Absoluta (fa) Primaria (fp) Efectiva (fe) Matriz (fm) Secundaria (fs) Total (fT) Obtención Observación microscópica de muestras fe, fT Medición de los volúmenes de fluidos extraídos y del volumen de roca Medición del volumen de fluido inyectado y del volumen de roca Mediación del cambio del volumen de gas saturante al cambiar la presión (Boyle) y del volumen de roca fa, fT
fs
Medición de fT en núcleo grande y de fp o fm en muestra pequeña tomada del núcleo grande fs = fT - fm
POROSIDAD Aplicaciones principales
Determinación de la distribución del espacio poroso en el yacimiento Definición de la distribución de fluidos en el yacimiento Determinación del volumen de hidrocarburos en el yacimiento Estimación de reservas de hidrocarburos
Calibración de registros geofísicos de porosidad Diversos estudios de yacimientos Obtención de otros parámetros de caracterización
MEDICIÓN DE LA POROSIDAD EFECTIVA Vp Vr OBTENCIÓN DEL VOLUMEN DE ROCA Muestra con geometría regular Cubo Vr = L3 f=
Vr = Vp + Vs
Cilindro Vr = pr2L
Muestras con geometría irregular Principio de Arquímides
Roca
Vf = Vp Agua Aceite Mercurio
Wf
Vf =
Wf df
OBTENCIÓN DEL VOLUMEN DE POROS Extracción de fluidos
Saturación de fluidos
ROCA
ROCA
Gas
Líquidos
Líquidos
Aceite Agua
OBTENCIÓN DEL VOLUMEN DE SÓLIDOS Con gas, aplicando la ley de Boyle P1 V 1 = P2 V 2
T constante
Se atrapa una masa de gas en el equipo y se somete a cambios de volumen por cambios de presión, manteniendo constante la temperatura. Se miden los volúmenes y las presiones
DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN DE POROS COMUNICADOS DE UNA ROCA POR EXTRACCIÓN DEL AIRE QUE LOS SATURA Válvula
L=0 cm3
Tubo graduado en cm3
L=0 cm3 L
Pa
Porta muestras
Recipiente nivelador de Hg
1.- Meter la muestra de roca, limpia y seca 2.- Con la válvula abierta, elevar el nivel de Hg hasta la altura de la válvula. El aire en los poros de la muestra queda a Pa. 3.- Cerrar la válvula y bajar el recipiente nivelador deelHg para generar vacío en equipo. El aire sale de los poros y queda a una presión menor a Pa 4.- Elevar el recipiente nivelador hasta que coincidan los niveles de Hg del recipiente y del tubo graduado. El aire queda a Pa. Tomar la lectura en el tubo graduado, que será el volumen de poros comunicados. Vpc = L´ - L
Tubo flexible
(1)
(2)
(3)
(4)
DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN DE POROS COMUNICADOS DE UNA ROCA POR MEDIO DE SATURACIÓN COMPLETA CON UN LÍQUIDO (AGUA O ACEITE)
Equipo para saturación V4
Bomba de vacío
Recipiente para líquido V1
Celda de saturación
V2
V5 Muestra
V3
0
Bomba para represionamiento
DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN DE POROS… (Continuación) 1)
2) 3) 4) 5) 6)
Llenar con líquido el recipiente y las líneas hasta la V3 y la bomba para represionamiento. Cerrar las válvulas 2,3 y 5. Abrir las válvulas 1 y 4. Pesar la muestra limpia y seca (W1) y meterla a la celda de saturación. Hacer vacío a la celda de saturación. El tiempo de vacío será función de la permeabilidad de la roca. Sin dejar de hacer vacío, abrir la válvula 5 y un poco la 3 para permitir la entrada de líquido en la celda de saturación V1
V5 0
V2
7)
V3
Al aparecer el líquido en la trampa de la bomba de vacío, apagar ésta y cerrar la válvula 1. V5
V1 0 V2
V3
DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN DE POROS… (Continuación) 8) 9)
Cerrar la válvula 5 y abrir completamente la 3 Con la bomba para represionamiento elevar la presión a 2000 psi. Mantener esta presión, inyectando más líquido si es necesario. V5
V1
2000
V2
10) 11) 12) 13)
V3
Dejar el equipo con presión de 2000 psi por 24 horas, inyectando más líquido si es necesario para mantener la presión. Abatir la presión y vaciar la celda de saturación por medio de la válvula 2. Sacar la muestra de la celda de saturación, quitar el líquido en exceso y pesarla (W2). Determinar el volumen de poros comunicados con la siguiente expresión. Vpc = (W2 - W1) / dL donde dL es la densidad del líquido utilizado.
El volumen de poros comunicados será correcto si el líquido no reacciona con la roca y la satura 100%.
DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN DE SÓLIDOS DE UNA ROCA CON BASE EN LA LEY DE BOYLE.- EQUIPO DE BAJA PRESIÓN 0
0
C1 Vc1
V1
Bomba de vacío
1.- Todas las válvulas abiertas
V3
0 C1 Vc1
V1
C2 Vc2
V2
0
Procedimiento
V2
C2 Vc2
V3
Bomba de vacío
2.- Se cierran las válvulas 1 y 2, atrapándose una masa de aire (m) en C1, que ocupa un volumen V1=Vc1 a una presión P1=Pa
Bomba de vacío
3.- Se hace vacío en C2, por lo que esta celda queda a una presión -Pa
0 -Pa
V1
C1 Vc1
V2
C2 Vc2
V3
DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN DE SÓLIDOS … (Continuación) 0 -Pa C1 Vc1
V1
V2
P2
V1
C2 Vc2
Bomba de vacío
4.- Se cierra la válvula 3
V3
P2 C1 Vc1
V2
C2 Vc2
Bomba de vacío V3
5.- Se abre celdas. la válvula comunicándose ambas La 2, masa de aire ahora ocupa un volumen V2=Vc1+Vc2 a una presión P2, cuyo valor está entre –Pa y Pa.
6.- Aplicando la Ley de Boyle, a temperatura constante, y resolviendo para Vc2: Vc2 = (Pa Vc1 / P2) - Vc1 7.- Se repiten los pasos 1 a 5 con una muestra de roca en la celda C2; se aplica la Ley de Boyle y se resuelve para V’c2. V’c2 = (Pa Vc1 / P’2) – Vc1
8.- El volumen de sólidos se obtiene en la siguie nte forma: Vs = Vc2 - V’c2
SIMPLIFIED GAS POROSIMETER Described is a simple glass apparatus for rapidly obtaining gas porosities of porous rocks. The method consists of fast volume measurements of samples at atmospheric and lower pressures. This method applies basically the same principle as Boyle’s law, P1V1 = P2V2 however, volume measurements are obtained at atmospheric pressure and lower in one simple operation. The apparatus is easily built from readily available glass components. A diagram of the glass porosimeter is shown in Fig. 1. The porosimeter has five basic components: two 50-cc glass burettes, a glass sample holder, a threeway glass valve, a ¼ -in. glass tube next to a meter stick and a 500-cc glass leveling bulb containing about 200 cc of mercury. The sample holder can be designed to contain samples of any dimensions; in this case, cores of 1 in. diameter x 3.0 in. long are used.
Glass tube
Valve to Atmosphere
Position 3
Reference Mark Glass ears
Position 1
Leveling Bulb 0
cc0
Sample Holder Zero Mark
D = P2 L
Meter Stick
Burettes
50 cc Plastic Hose Position 2
P1 = 76.0 cm Hg
Mercury
33 cc
3-Way Valve
Fig. 1 – Simplified gas porosimeter
SIMPLIFIED GAS POROSIMETER… (Continuación) The samples initially were placed in a perforated plastic holder that reduced direct handling of the samples and easily allowed their insertion in and removal from the glass sample holder. A relationship was obtained between the volume drop in cc of Hg and the height drop in cm for the right-hand burette. The value of this slope m is shown in Table 1. The method consists of measuring a new gas volume at a pressure below atmospheric. Briefly. the operational procedure consists of two steps
3. The leveling bulb is adjusted to Position 3 and the valve to the atmosphere is opened gradually, allowing the mercury to rise slowly and submerge the sample up to the reference mark. The three-way valve is turned slowly to the position connecting the left burette to the right burette. Mercury is drained from the sample holder until the level reaches the zero mark on the right burette. The volume on the left burette vb is obtained directly. Caution must be exercised to prevent any air
obtaining theobtaining grain volume measurements and aforthird step for the bulk volume. 1. The sample is placed inside the glass sample holder with the lid firmly secured (Fig. 1). Initially, the leveling bulb is brought to Position 1 where the mercury level is adjusted to the zero mark on the right burette. 2. The valve to the atmosphere is closed and the leveling bulb is lowered a distance L equal to the room pressure in cm of Hg (read on the meter stick). The new mercurv level on the right burette is obtained directly and corresponds to the increase in gas volume Dv in cc at the lower pressure P2. The bulk volume of the sample can be measured from the following step.
bubbles beingthoroughly trapped ininthe samplesfrom are dried ansystem. oven atAll 105°C and placed in a desiccator prior to measuring. Air can be drawn through a drying tube for the expansion step to eliminate any error in the volume reading caused by water evaporation under the lower pressure. The volume measurements for porosity determination are obtained at atmospheric pressure P1 and at a lower pressure P 2 in cm of Hg. For a constant room temperature and the low pressures used. Boyles’ law is applied directly, P1 V1 = P2 V2, ……………………………………..
(1) where P2 and V2 are the final pressure and volume.
SIMPLIFIED GAS POROSIMETER… (Continuación) Where P2 = P1 - (L - D),……………………………….. (2) and V2 = V1 + DV,…………………………………... (3) DV is the increase in volume caused by the pressure drop, L - D in cm of Hg. Distance D (Fig. 1) is equal to the product mDV, where m is the slope obtained in cm of Hg per cc of Hg drop. Eq. 1 becomes. P1V1 = [ P1 - (L - m DV)] [V1 + DV] By lowering the leveling bulb a distance L equal to the atmospheric pressure P1 in cm of Hg, P1 V1 = mDV (V1 + DV), and V1=
DV
…........…………….. (4)
P1 -1 mDV V1 is equal to the total volume Vt of the sample holder minus the grain volume Vg of the sample being measured V1 = Vt - Vg ,………………………………………. (5) and the grain volume is calculated, Vg = Vt -
DV
P1 mDV - 1
…………………………….(6)
The bulk volume of the sample Vb, is obtained directly. Vb = Vt – Vm,…………………………………………. (7) where Vm = 33.0 + (50 - V e) is the total volume of Hg drained from the right burette to the left burette, and Ve is the volume read from the left burette. The percent porosity of the sample is calculated from the grain and bulk volumes. Vb – Vg f= Vb X 100 ………....................................(8) Gas porosities obtained by this method compared well with the density values, but were slightly higher than the water saturation values. The average porosity error was about 1 percent for several sandstone samples measured by this method.
SIMPLIFIED GAS POROSIMETER… Continuación) TABLE 1—DESCRIPTION AND OPERATION OF POROSIMETER Calibration Data of Porosimeter Volume of sampIe holder = 79.6 cc Volume of plastic holder 2.6 cc Net volume of sample holder: For grain volume measurements = 77.0 cc For bulk volume measurements = 76.2 cc Average value of slope m in cm of Hg per cc of Hg drop = 1.137 ± 0.002 Sample Measurements and Calculations True volume of aluminum rod = 36.63 cc Volume increase at P2, Dv = 35.5 cc Atmospheric pressure P1 = 75.88 cm Hg 35.5 Grain volume of rod = 77.0 75.88 - 1 1.137(35.5) = 36.66 cc Volume read from the left burette Ve = 43.3 cc BuIk volume of rod = 76.2 - [33.0 + (50 — 43.3)] = 36.5 cc
TSSAM BOUSAID Texas A&M U. College Station, Tex.
OBTENCIÓN DE LA POROSIDAD DE UNA MUESTRA MEDIANTE EL POROSIMETRO BASADO EN EL PRINCIPIO DE BOYLE El porosímetro basado en el principio de Boyle (de presiones bajas) es un simple aparato de vidrio que sirve para obtener rápidamente porosidades de rocas porosas. El método consiste en medidas rápidas de volúmenes de muestras a presiones bajas y atmosférica. Este método aplica básicamente el mismo principio como la Ley de Boyle: P1 V1 = P2 V2, sin embargo, el volumen es obtenido o presión atmosférica y a presionen bajas en una simple operación. Este aparato es fácil de construir y además consta esencialmente de 5 componentes básicos: 2 buretas de vidrio, un recipiente portamuestras, una válvula de vidrio e 3 pasos, un tubo de vidrio al lado de una regla de madera y un bulbo nivelador de vidrio conteniendo mercurio. Este método consiste de mediciones de un volumen nuevo de gas a una presión más baja que la atmosférica. En resumen el procedimiento operacional consistedederoca; dos que pasos obtener volumen de sólidos y un tercer paso para obtener el volumen enpara nuestro casoelen el Laboratorio no se efectuó, el volumen de roca se determinó midiendo físicamente la muestra cilíndrica. 1er. Paso.- La muestra es colocada dentro del recipiente portamuestras con la tapa firmemente segura como se puede ver en el diagrama esquemático de dicho porosímetro más adelante; inicialmente el bulbo nivelador es llevado a la posición No. 1, donde el nivel del mercurio es ajustado a la marca cero sobre la bureta derecha. 2o. Paso.- La válvula a la atmósfera es cerrada y el bulbo nivelador es bajado una distancia L igual a la presión atmosférica del lugar en mm de Hg (lectura sobre la regla). El nuevo nivel del mercurio sobre la bureta derecha es obtenido directamente y corresponde al incremento del gas en cc a la presión más baja P2. 3er. Paso.- Obtención del volumen de roca de la muestra. No se determinó en el Laboratorio durante la práctica, pero se obtuvo dicho volumen midiendo físicamente la muestra.
OBTENCIÓN DE LA POROSIDAD… (Continuación) El volumen medido para determinar la porosidad es obtenido a la presión atmosférica (P1) y a la presión más baja (P2) en cm de Hg, para una temperatura constante del lugar y debido a esto se puede aplicar directamente la Ley de Boyle: P1 V1 = P2 V2 Donde: P1 , V1, son las condiciones iniciales del proceso P2 , V2, son las condiciones finales del proceso V2 = V1 + DV Donde: DV, es el incremento en volumen causado por la caída de presión (L-D) en cm de Hg; donde la distancia D (diagrama esquemático) es igual al producto mDV, donde m es el desnivel obtenido en cm de Hg por c.c. de Hg descendido. Teniéndose de ecuaciones deducidas: DV V1 = P1 -1 mDV Donde: V1, es igual al volumen total del recipiente que contiene la muestra (Vt) menos el volumen de sólidos (Vg) de la muestra al ser medida; teniéndose lo siguiente: Vg = Vt – V1 Por lo tanto, el porcentaje de la porosidad de la muestra es calculada de los volúmenes de sólidos y roca, como sigue: Vb – Vg X 100 f= Vb Vb, es el volumen de roca de la muestra, obtenido directamente
OBTENCIÓN DE LA POROSIDAD… (Continuación) Válvula a la atmósfera MARCA DE REFERENCIA
Posición 3
Celda para muestra Posición 1
0
cc0
cc0
MARCA CERO
D = P2 P1 = L = Pa
580 Posición 2 Hg Manguera de plástico
Diagrama esquemático del porosímetro basado en el principio de Boyle (de bajas presiones)
DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN DE SÓLIDOS DE UNA ROCA CON BASE EN LA LEY DE BOYLE. EQUIPO DE PRESIÓN CONSTANTE 0 V1
Celda de interfase RP Fuente de gas a presión
V4
Bomba de vacío
V2
Celda portamuestras V3 0 L1
Bomba desplazadora de Hg
PROCEDIMIENTO. La fuente de gas a presión (FGP) y el regulador de presión (RP) deben estar cerrados y debe haber Hg en la celda de interfase. 1.- Abrir todas las válvulas. 2.- Cerrar las válvulas 1 y 3 y hacer vacío a la celda portamuestras. 3.-.Anotar la lectura (L1) de la escala de la bomba desplazadora de mercurio. 4.- Abrir la FGP y con el regulador de presión introducir gas (nitrógeno) a la celda de interfase hasta alcanzar una presión de 60 Kg/cm2 (P1) 5.- Cerrar la válvula 4, la FGP y el regulador de presión.
DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN DE SÓLIDOS… (Continuación) 6.- Cerrar la válvula 2 y apagar la bomba de vacío. El equipo tendrá la situación siguiente: -Pa V1 V2 V3 60 V4
7.- Abrir la válvula 3. El gas de la celda de interfase se expanderá y ocupará la celda portamuestras y las líneas hasta las válvulas 1 y 2. La presión del gas (P2) será menor de 60 kg/cm2. El equipo estará en la siguiente situación: P2 V1 V2 V3 V4
P2
DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN DE SÓLIDOS… (Continuación) 8.- Con la bomba desplazadora de Hg introducir este fluido al equipo, con lo que la presión se elevará. Suspender la inyección de Hg cuando se alcance una presión de 60 kg/cm2. La situación del equipo será la siguiente: 60
V1 V2 V3 60 V4
L2
9.- Después de esperar unos minutos para asegurase que no cambia la presión de 60 kg/cm2, anotar la lectura (L2) de la escala de la bomba desplazadora de Hg.
DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN DE SÓLIDOS… (Continuación) 10.- Calcular el volumen de la celda portamuestras con la diferencia de las dos lecturas, Vcp = L2 – L1. 11.- Extraer Hg por medio de la bomba desplazadora hasta tener la lectura L1 en su escala. 12.- Abrir la válvula 1 para tener en el equipo la presión atmosférica. 13.- Colocar en la celda portamuestras la roca por analizar. 14.- Repetir los pasos 1 a 10. 15.- Calcular el volumen de la celda portamuestras, que tiene la muestra dentro, con la diferencia de las dos lecturas de la escala de la bomba desplazadora de Hg. V’cp = L2’ – L1 16.- El volumen de sólidos de la muestra será: Vs = Vcp — V’cp.
PERMEABILIDAD ABSOLUTA (ka) Facilidad de flujo de un fluido a través de un medio poroso, que depende exclusivamente de las características físicas de la estructura porosa. Ecuación de Darcy para flujo horizontal y fluido incompresible ka = qf fL D o mD A DP Tipos de ka Primaria (kp) Matriz (km) Secundaría (ks) Total (kT) Obtención (kp, km, kT) – A partir de mediciones de permeabilidad al gas y corrigiendo por deslizamiento molecular. – A partir de mediciones de permeabilidad a un fluido mojante, que no reaccione con los sólidos y que sature completamente el medio poroso.
PERMEABILIDAD ABSOLUTA (ka) Obtención (ks) A partir de la medición de la kT en un núcleo grande con doble permeabilidad (ks + km) y de la km en una muestra pequeña tomada de la matriz del núcleo grande. ks = kT – km
Aplicaciones principales Determinación de la capacidad de flujo de un intervalo, una formación o un yacimiento. Definición de las unidades de flujo de un yacimiento o sea zonificar un yacimiento tanto vertical como horizontalmente. Diversos estudios de yacimientos Determinación de otros parámetros petrofísicos o de caracterización
PERMEÁMETRO qf
A Fluido Pe
MUESTRA Sf=100%
Fluido Ps
L
DP = Pe – Ps Se mide o se obtiene mf
De acuerdo con lo anterior, un permeámetro está constituido, principalmente, de los siguientes elementos: Medidor de Fuente de fluido de presión
a) b)
Gasa presión Líquido a presión
Medidor presiónde
Porta-muestras
Medidor presiónde
Medidor de temperatura
Manómetros tipo Bourdon o tipo U
Tipo Hasler para muestras cilíndricas
Manómetro tipo Bourdon o tipo U
Termómetro
Dirección del flujo Además se requiere: - Un vernier para medir longitudes y diámetros - Un equipo de saturación, si el fluido que se utiliza es un líquido (agua o aceite)
gasto o de medidores volumen y tiempo -Gasómetros -Fluómetros -Recipientes graduados -Cronómetro
PERMEAMETRO DE GAS PARA NÚCLEOS PEQUEÑOS
Manómetro agua
Presión manómetro Hg
Termómetro Portamuestras Regulador presión Presión entrada entrada
Fluómetro qf Presión manga
a qm Purga manga
Gasómetro qb a Pb
Vacío manga Válvula reguladora presión manga
C1 N°1
C2
C3
N°2 ORIFICIOS
Nitrógeno a presión
Vacío
N°3
PERMEAMETRO DE GAS PARA NÚCLEOS PEQUEÑOS… (Continuación)
Ecuaciones que se utilizan a)
Si el gasto se mide con gasómetro o fluómetro a.1
a.2 b)
kg =
2 qb Pb mg L A (P2e – P2s)
f g kg = q m L
q f = qb P b Pm
A (Pe - Ps)
,
Pm =
Pe + Ps 2
Si se utilizan orificios calibrados 2 2 kg = (C1 + C2 + C3) L P eo - P so
A P2en - P2sn
q fo mg
donde: C1, C2 y C 3 son las constantes de los orificios, C = Po Peo, Pso, Pen y Psn son las presiones de entrada y salida en el orificio y en el núcleo, respectivamente
DETERMINACIÓN DE LA PERMEABILIDAD ABSOLUTA DE UNA ROCA EN EL LABORATORIO A.- En forma directa (medición) Se corta una muestra cilíndrica y se le extraen los fluidos Se satura la muestra con un líquido que cumpla con los siguientes requisitos: -Sature 100% la muestra -Moje los sólidos de la muestra -No reaccione con los sólidos de la muestra Se mete la muestra en un permeámetro de líquidos y se circula líquido igual al que satura la muestra Se mide la caída de presión en la longitud de la muestra y el gasto de líquido (q) correspondiente Se aplica la ecuación de Darcy apropiada, considerando la geometría de la muestra y la viscosidad del líquido (m) circulante m Flujo kabs = q L A DP horizontal B.- En forma indirecta (estimación) Se corta una muestra cilíndrica y se le extraen los fluidos Se mete la muestra en un permeámetro de gas y se circula un gas inerte (Nitrógeno, Helio, CO2, aire) Se mide la caída de presión en la longitud en la muestra y el gasto medio de gas (qg) correspondiente Se aplica la ecuación de Darcy apropiada, considerando la geometría de la muestra y la viscosidad del gas (mg) circulante para obtener la permeabilidad al gas qg mg L Flujo kg = A DP horizontal Se mide la kg a varias presiones medias de flujo (Pm)
Gas P1 = Pe
MUESTRA
Gas P2 = Ps
Pm =
Pe + Ps 2
DETERMINACIÓN DE LA PERMEABILIDAD ABSOLUTA… (continuación)
En papel normal se construye una gráfica de permeabilidad al gas contra los recíprocos de las presiones medias de flujo correspondientes
kg
0
1 / Pm
Se traza la recta representativa del conjunto de puntos y se determina su ordenada al srcen, cuyo valor es el de la permeabilidad al líquido (kL) o permeabilidad de Klinkenberg (kk) Se considera
kg
kL = kabs
kL 1 / Pm 0
MEDICIÓN DE PERMEABILIDAD AL GAS A MUESTRAS CON DOBLE POROSIDAD-DOBLE PERMEABILIDAD Se hace la medición en núcleos grandes (núcleos de diámetro completo) con forma cilíndrica. Las muestras deben estar limpias. Normalmente se realizan tres mediciones para obtener tres permeabilidades diferentes. Flujo A.- Permeabilidad vertical (kv) El flujo del gas es paralelo al eje de la muestra cilíndrica B.- Permeabilidad horizontal máxima (kMAX) El flujo del gas es perpendicular al eje del cilindro pero paralelo al plano de la fractura
Fractura
Fractura Flujo
C.- Permeabilidad horizontal mínima (k90°) El flujo del gas es perpendicular al eje del cilindro y al plano de la fractura Flujo
Fractura
MEDICIÓN DE PERMEABILIDAD AL GAS A MUESTRAS… (Continuación) Si se desea conocer la permeabilidad secundaria: se corta una muestra pequeña de la matriz, se limpia, se mide su permeabilidad (km) y se resta este valor al de la permeabilidad horizontal máxima (kMAX) Muestra pequeña Ks = kMAX - km Fractura
En cualquier caso, la de permeabilidad absoluta seobtenidos obtiene siguiendo el procedimiento de Klinkenberg. Ejemplos de valores permeabilidad, en mD, en núcleos con doble porosidad -doble permeabilidad. MUESTRA TIPO DE MEDICIÓN
1234
kMAX
10
400
23
94
K90°
0
1.2
10
38
Km (muestra pequeña)
0.3
0.2
0.3
3.7
PORTAMUESTRAS TIPO HASSLER PARA MEDIR PERMEABILIDAD AL GAS A NÚCLEOS GRANDES Entrada de gas a baja presión
Núcleo
Tapón metálico
Malla Tubo metálico
Núcleo Entrada de gas a baja presión Tubo de neopreno
Gas a alta presión
Gas a alta presión
Vacío Disco de neopreno
Vacío Tubo metálico
Salida de gas
PERMEABILIDAD VERTICAL
Salida de gas
PERMEABILIDAD HORIZONTAL
PERMEAMETRO DE GAS PARA NÚCLEOS GRANDES
SECCIÓN TRANSVERSAL DEL PORTA MUESTRAS
Gas a alta presión Salida de gas malla
Núcleo Entrada de gas a baja presión Malla Núcleo
Salida de gas
Tubo de neopreno
Tubo de neopreno Líneas de flujo Entrada de gas a baja presión
