1. OBJETIVO GENERAL
Determinar el volumen poroso de la muestra M-183 por el método de saturación, usando como fluido saturante agua destilada. OBJETIVOS ESPECIFICOS
Aplicar el PRINCIPIO DE ARQUIMEDES para hallar el peso de la muestra y posteriormente su porosidad efectiva. Analizar con claridad y de forma eficaz realizar el proceso de saturación de la muestra estudiada. Conocer los conceptos básicos de funcionamiento del dinamómetro y la balanza. Analizar las ventajas y desventajas del método de saturación para hallar el volumen poroso de una muestra estudiada, además, conocer los factores que influyen en las mediciones directas efectuadas con los equipos de laboratorio. Tomando como base la prueba prueba „„DETERMINACIÓN DE LA POROSIDAD POR EXPANSIÓN DE HELIO‟‟, determinar cual de los dos métodos usados en el laboratorio resulta más eficaz y apropiado.
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2. ELEMENTOS TEÓRICOS De manera general, la porosidad se define como la relación entre el volumen poroso de la roca y su volumen volum en total. Durante el proceso de sedimentación y mitificación, algunos de los poros que se desarrollaron inicialmente pudieron sufrir aislamiento debido a varios procesos diagenéticos o catagénicos tales como cementación y compactación. Por ende, existirán poros interconectados y otros aislados. Esto conlleva a clasificar la porosidad en absoluta y efectiva dependiendo de que espacios porales se miden durante la determinación del volumen de estos espacios porosos. POROSIDAD ABSOLUTA. Es aquella porosidad que considera el volumen poroso de la roca esté o no interconectado. Esta propiedad es la que normalmente miden los porosímetros comerciales POROSIDAD EFECTIVA. Es la que considera los espacios interconectados y que finalmente permitirá que haya flujo de fluidos. POROSIDAD NO EFECTIVA. EFECTIVA. Es la diferencia que existe entre la porosidad absoluta y efectiva. A medida que los sedimentos se depositaron en los mares antiguos, el agua fue el primer fluido que llenó el espacio poroso. Esta agua es denominada agua con nata. Un método común de clasificación de la porosidad se basa en la condición si la porosidad se formó inicialmente o si fue producto de una diagénesis subsiguiente (dolomitización), catagénesis, campo de esfuerzos o percolación de agua. - POROSIDAD PRIMARIA O ÍNTERGRANULAR. La cual se desarrolló al mismo tiempo que los sedimentos fueron depositados. Rocas sedimentarias con este tipo de porosidad son: areniscas (detríticas o clásticas) y calizas (no detríticas). La porosidad primaria a su vez se clasifica en:
POROSIDAD ÍNTERCRISTALINA. POROSIDAD ÍNTERGRANULAR.
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- POROSIDAD SECUNDARIA, INDUCIDA O VUGULAR. Ocurre por un proceso geológico o artificial subsiguiente a la depositación de sedimentos. Puede ser debida a la solución o fractura (artificial o natural) o cuando una roca se convierte en otra (caliza a dolomita). La porosidad secundaria es el resultado de un proceso geológico (diagénesis y catagénesis) que tomó lugar después de la depositación de los sedimentos. La magnitud, forma, tamaño e interconexión de los poros podría no tener relación directa de la forma de las partículas sedimentarias originales. La porosidad secundaria se clasifica en:
POROSIDAD DE DISOLUCIÓN: Dolomitización.
Es el proceso mediante el cual la caliza se transforma en dolomita según la siguiente reacción:
Algunas rocas carbonatas están constituidas solamente por calizas. Si el agua circulante a través del espacio poroso contiene suficientes cantidades de magnesio disuelto, el calcio en la roca puede intercambiarse por el magnesio en solución. Como el magnesio es considerablemente más pequeño que el calcio, la resultante dolomita tendrá una porosidad mayor, cuyo incremento oscila entre el 12-13 %.
POROSIDAD misceláneos.
DE
FRACTURA:
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Espacios
secundarios
3. PROCEDIMIENTO
Pesar la muestra limpia y seca luego de haber estado en el desecador. Reportar Wm.
Colocar la muestra en la campana para saturarla con agua destilada. Aplicar vacío.
Terminada la saturación, permitir que la presión atmosférica actúe sobre el liquido.
Pesar la muestra saturada, y reportar peso Wa.
Pesar la muestra sumergida en agua destilada usando un dinamómetro. Reportar Ws.
Pesar la muestra sumergida en agua destilada usando la balanza. Reportar Ws*.
FIN
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4. TABLA DE DATOS La muestra analizada es la M-183, previamente estudiada con detalle, tiene un valor de porosidad de 21% determinada por el método de expansión de Helio. La temperatura registrada en el laboratorio durante la prueba es de 27°C.
PESO (gr) PESO MUESTRA SECA Wm
129.9
PESO MUESTRA SATURADA Wa PESO MUESTRA SUMERGIDA Ws* PESO MUESTRA SUMERGIDA Ws
143.20 62.70 84
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5. RESULTADOS Y MUESTRAS DE CÁLCULO El valor de porosidad corresponde, como previamente se ha mencionado, a la relación entre el volumen poroso y el volumen total en éste caso de la muestra M-183. El volumen poroso se halla usando, además del principio de ARQUIEMDES, la ecuación ya establecida que relaciona los pesos hallados: MÉTODO DEL DINAMÓMETRO
( ) ) (
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MÉTODO DE LA BALANZA
() ( ) Tomando como referencia el valor de porosidad hallado usando el método de expansión por Helio (21%), se halla el porcentaje de error y se determina cual de los métodos anteriormente estudiados es el que presenta un mejor ajuste. MÉTODO DE LA BALANZA
MÉTODO DEL DINAMOMETRO
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6. CUESTIONARIO
¿Qué factores petrofísicos afectan la porosidad de una roca?
Hay muchos factores que afectan la porosidad de las rocas y hay muchos tipos distintos de rocas porosas alrededor del mundo en las que el ser humano está interesado. Entre los factores mas influyentes que afectan de manera generalmente negativa la porosidad, se tienen: - Arreglo de los granos o Tipo de empaque: Mientras menos simetría exista, menor será la porosidad de la roca. El incremento de la presión de confinamiento hace que los granos muestren un cambio del empaquetamiento a un empaque más cerrado, reduciendo con ello la porosidad.
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Tipo de empaque
%ϕ
Cúbico,
47.6
Romboedral
25.9
Ortorrómbico
39.54
Tetragonal esfenoidal
30.91
- Grado de cementación o consolidación: El cemento une los granos y se da posterior a la depositación. La cementación toma lugar tanto en el tiempo de mitificación como en el proceso de alteración de las rocas causada por agua circulante. De la calidad del material cementante dependerá la firmeza y compactación de la roca. Se tiene, entonces, formaciones consolidados, poco consolidados y no consolidados.
Formaciones consolidadas 10 - 20 % Formaciones no consolidadas 25% Formaciones poco consolidadas >25%
-
del ambiente depositacional en el cual se originó la roca, los granos que la conforman presentarán una determinada distribución en su tamaño. Esta variación en el tamaño de los granos se conoce como escogimiento y es un factor que afecta la porosidad de la roca. Geometría
y
distribución
granos: Dependiendo
de
Cuando la distribución del tamaño de los granos de una roca es homogénea, la porosidad de la roca es alta. A medida que aumenta la heterogeneidad, la porosidad de la roca disminuye.
La forma de los granos también afecta la porosidad de la roca. Un sistema compuesto por granos perfectamente redondeados (buena selección) presentará una porosidad mayor que un sistema formado por granos alargados.
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- Presión de las capas suprayacentes: A medida que aumenta la profundidad, la presión ejercida por la columna de sedimentos aumenta, esto genera una fuerza que tiende a deformar los granos y reducir el volumen de espacios vacíos, por lo tanto se origina una reducción en la porosidad. Cuando los fluidos contenidos en el espacio poroso son producidos, la presión interna disminuye, pero la presión externa (presión de sobrecarga) permanece constante, con esto se crea un desequilibrio que origina esfuerzos que tienden a disminuir el volumen bruto y el volumen poroso de la roca, lo que se traduce en una reducción en la porosidad.
- Presencia de partículas finas: La arcillosidad afecta negativamente la porosidad. - Presencia de grietas y cavidades : el fracturamiento y las fallas que se presentan en el subsuelo favorecen la porosidad de la roca. En muchos casos, rocas ígneas pueden volverse rocas almacén debido a la presencia de fracturas.
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¿Que precauciones se debe tener para el líquido saturante?
La porosidad es una medida de la capacidad de almacenamiento de un medio poroso, en tanto que la permeabilidad indica la facilidad con la cual un fluido pasa a través de él. De igual o más importancia a estas propiedades, es la determinación de la naturaleza de los fluidos presentes en una roca de yacimiento, ya que una formación con alta porosidad y permeabilidad es de poca importancia para el ingeniero de petróleo, a menos que contenga petróleo y/o gas en cantidades comerciales. Para realizar la saturación de una muestra es necesario contar con estudios previos tales como compatibilidades y concentraciones de aguas de formación. Sin embargo para efectos prácticos y de laboratorio, se tienen en cuenta solo factores básicos que puedan afectar las propiedades del fluido a usar para la saturación tales como la temperatura y la presión. Al usar agua destilada, se debe tener en cuenta la temperatura a la cual estamos manejando éste fluido. Las densidades estándar se dan a temperaturas muy por encima de la temperatura usada en el laboratorio. Esto influye de manera aunque no tan significativa en la medición de los pesos y por ende volúmenes porosos al usar métodos como el de porosidad por saturación. Es necesario no permitir que el fluido saturante reacciones con los minerales que componen la roca, pues esto puede afectar bruscamente la porosidad.
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¿Qué ventajas y desventajas presenta el método utilizado?
VENTAJAS: -
Muchas muestras pueden ser manipuladas al mismo tiempo. Proporciona una medida directa de volumen del poro. Valores exactos pueden ser logrados si la técnica es usada apropiadamente. La muestra puede estar totalmente saturada con líquido para otra prueba que puede desearse. - Es una prueba no destructiva. LIMITACIONES:
- El procedimiento es lento con respecto al tiempo de la operación total de medida. - El procedimiento es básicamente exacto, pero limitado a muestras que estén saturadas al 100% y que el peso saturado substancialmente esté determinado - El fluido saturante puede reaccionar con la roca. - No se recomiendan núcleos que contienen orificios en la superficie para la determinación de porosidad por este método debido a la pérdida potencial de líquido por los orificios durante el proceso del peso. Si el líquido se pierde, este volumen no sería incluido en el volumen poroso, y erróneamente una baja porosidad será calculada. - líquido debe ser inadecuado para las pruebas subsecuentes y tiene que ser eliminado. - No pueden usarse líquidos que pueden lixiviar o ser causa del aumento de matriz.
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Explique otros métodos para determinar la porosidad de una muestra
La porosidad de una roca puede ser determinada mediante técnicas de medición en el laboratorio o través de perfiles de pozos. A continuación se presenta un breve resumen de algunas técnicas de medición usadas para determinar la porosidad de una roca.
MEDICIÓN DE LA POROSIDAD EN EL LABORATORIO Las técnicas de medición en el laboratorio consisten en determinar dos de los tres parámetros básicos de la roca (volumen total, volumen poroso y volumen de los granos). Para ello se utilizan núcleos de roca, los cuales son obtenidos durante la etapa de perforación del pozo. La medición de la porosidad es realizada generalmente en tapones de núcleos, los cuales son muestras de diámetro pequeño (entre 25 – 40 mm) extraídas del núcleo o corona, utilizando herramientas de corte especiales.
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o
Determinación del volumen total
El volumen total puede ser calculado por medición directa de las dimensiones de la muestra. Este procedimiento es útil cuando las muestras presentan formas regulares debido a su rapidez. Para muestras de volúmenes irregulares el procedimiento utilizado usualmente consiste en la determinación del volumen de fluido desplazado por la muestra.
o
Métodos gravimétricos (Desplazamiento de fluidos – Ley de Arquímedes) Métodos volumétricos (Picnómetro de Mercurio)
Determinación del volumen de los granos
En estos métodos se utilizan muestras consolidadas y se le extraen los fluidos con un solvente que posteriormente se evapora. Los principales métodos utilizados son:
Método de Melcher – Nuting.
Consiste en determinar el volumen total de la muestra y posteriormente triturarla para eliminar el volumen de espacios vacíos y determinar el volumen de los granos.
Método del porosímetro de Stevens.
El método de Stevens es un medidor del volumen efectivo de los granos. El porosímetro consta de una cámara de muestra que puede ser aislada de la presión atmosférica y cuyo volumen se conoce con precisión. El núcleo se coloca en la cámara, se hace un vacío parcial por la manipulación del recipiente de mercurio, con esto se logra que el aire salga de la muestra y es expandido en el sistema y medido a la presión atmosférica. La diferencia entre el volumen de la cámara y el aire extraído es el volumen efectivo de los granos.
Densidad promedio de los granos.
Tomando la densidad del cuarzo (2.65 gr/cc) como valor promedio de la densidad del grano, el volumen de los granos puede ser determinado con el peso de la muestra. Se utiliza en trabajos que no requieren gran exactitud.
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o
Determinación del volumen poroso efectivo
Todos los métodos utilizados para determinar el volumen poroso miden el volumen poroso efectivo, y se basan en la extracción o introducción de fluidos en el espacio poroso.
Método de inyección de mercurio
Consiste en inyectar mercurio a alta presión en los poros de la muestra. El volumen de mercurio inyectado representa el volumen poroso efectivo de la muestra.
Método del porosímetro de helio
Su funcionamiento está basado en la Ley de Boyle, donde un volumen conocido de helio (contenido en una celda de referencia) es lentamente presurizado y luego expandido isotérmicamente en un volumen vacío desconocido. Después de la expansión, la presión de equilibrio resultante estará dada por la magnitud del volumen desconocido; esta presión es medida. Usando dicho valor y la Ley de Boyle, se calcula el volumen desconocido, el cual representa el volumen poroso de la muestra.
Método de Saturación de Barnes
Este método consiste en saturar una muestra limpia y seca con un fluido de densidad conocida y determinar el volumen poroso por ganancia en peso de la muestra.
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o
Medición de la porosidad con registros de pozos
La porosidad de una roca puede ser determinada a través de mediciones de uno, o una combinación de varios, de los siguientes registros de pozos:
Registro sónico. Registro de densidad. Registro neutrón.
Las mediciones de estos registros no solo dependen de la porosidad, sino que también dependen de la litología de la formación, los fluidos presentes en el espacio poroso, y, en algunos casos, la geometría del medio poroso. Cuando se conoce la litología de la roca, se pueden obtener valores de porosidad a partir de las mediciones realizadas con estos registros. Si la litología no es conocida, o es una litología compleja formada por dos o más minerales en proporciones desconocidas, es más difícil obtener valores confiables de porosidad a partir de estos registros.
Registro sónico
El perfil sónico mide el tiempo de transito tlog (en microsegundos) que tarda una onda acústica compresional en viajar a través de un pie de la formación, por un camino paralelo a la pared del pozo. La velocidad del sonido en formaciones sedimentarias depende principalmente del material que constituye la matriz de la roca (arenisca, lutita, etc.) y de la distribución de la porosidad.
Registro de densidad
Este tipo de perfil responde a la densidad de electrones del material en la formación. La porosidad se obtiene a partir de los valores de densidad de formaciones limpias y saturadas de líquidos. Para poder determinar la porosidad utilizando un perfil de densidad es necesario conocer la densidad de la matriz y la densidad del fluido que satura la formación.
Registro neutrón
Este perfil responde a la presencia de átomos de hidrógeno. Debido a que la cantidad de hidrógeno por unidad de volumen contenido en el agua y en el petróleo es muy similar, la respuesta de este registro corresponde básicamente a una medida de la porosidad. 16
7. ANÁLISIS DE RESULTADOS
Los pesos hallados usando tanto el método de la balanza como el método del dinamómetro son valores promedios resultado de múltiples mediciones directas. Estas mediciones pueden presentar cierto porcentaje de error debido a descuidos humanos o estado de los equipos. El valor de densidad tomado como referencia para el agua destilada difiere, aunque de forma no tan significativa, con el cambio de temperatura. Sin embargo para efectos prácticos se decidió usar el valor promedio de 1gr/cc. La porosidad hallada usando el método de expansión de Helio resulta mucho más válida, por lo que se toma como referencia para medir el porcentaje de error. El porcentaje de error es más alto al usar el método del dinamómetro, debido a que las lecturas no son digitales e infieren errores mucho más significativos. El método de la balanza resulta eficaz, ya que las lecturas del equipo usado son digitales y presentan un error menos pronunciado. Además usando los valores promedios se disminuye el porcentaje de error de medición.
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8. CONCLUSIONES
Al determinar la porosidad efectiva por el método de saturación, se define que el método es aplicable para casos prácticos en los que no se requiera mucha exactitud. El método de la balanza es más confiable que el método del dinamómetro debido a que utiliza lecturas digitales. La densidad del agua destilada, aunque no se tuvo en cuenta durante la práctica, presenta cambios con la temperatura lo que conlleva a más errores.
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9. FUENTES DE ERROR
Se pierde parte del fluido saturante, mientras la muestra es llevada hacia la balanza. No todo el espacio poroso que es ocupado por el fluido saturante, equivale al volumen poroso efectivo, pues la muestra no es representativa del yacimiento y parte de la muestra puede presentar solo secciones de poroso conectados. La manipulación de la muestra puede ocasionar que parte de los poros se desintegren a causa de la friabilidad, alterando la porosidad. La presión usada para saturar la muestra puede llegar a no ser suficiente, ocasionando que solo una parte de la muestra se sature y no el 100%.
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RECOMENDACIONES
Es necesario mejorar el dinamómetro utilizado en la práctica para garantizar que los valores de peso obtenidos en el laboratorio sean correctos. Un punto importante sería instalar una polea fija o un mecanismo que garantice la estabilidad que la muestra debe tener al momento de hacer la lectura del peso cuando esté sumergida en el fluido.
La calibración de la balanza deber ser exacta, para evitar medidas erróneas.
Evitar pérdidas de liquido a la hora de llevar la muestra al envase.
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BIBLIOGRAFÍA
Página web consultadas: http://www.lacomunidadpetrolera.com/cursos/propiedades-de-la-rocayacimiento/procedimientos-para-medir-la-porosidad.php
FREDY HUMBERTO ESCOBAR MACUALO, “FUNDAMENTOS DE INGENIERIA DE YACIMIENTOS”, Capitulo 2, Propiedades físicas del medio poroso. Pág. 48 PARRA PINZÓN RICARDO. Propiedades físicas de los fluidos de yacimientos. Neiva, Huila
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