09 sw en arenas arcillosas - elite

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11Petrofísica Básica e Interpretación de Registros A. Mantilla / R. Bueno, Octubre de 2006

Ing. Andrés E. Mantilla Z., Ph.D.Geol. Ricardo Bueno Silva

Saturación de Agua en Areniscas Arcillosas

PETROFÍSICA E INTERPRETACIÓN DE REGISTROS DE POZOHerramientas – Control de Calidad - Principios de Interpretación


Co

Cw

F1

Cw/F

Roca Limpia

Ro = F Rw , o

Co = + XCw

F

X

X es el exceso de conductividadcausado por los minerales arcillosos, que son conductores de corriente

Co = Cw

F

Conductividad en Rocas Limpias vs. Arcillosas

Co

Cw

F1

Cw/F

Roca Arcillosa

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Missed Pay en Areniscas Arcillosas

§ El exceso de conductividad de las arcillas hace que los registros presenten lecturas bajas de resistividad profunda en areniscas arcillosas.

§ La Saturación de Agua es inversamente proporcional a Rt

§ El cálculo de saturación con el método convencional de Archie puede dar como resultado valores anómalamente altos de Sw ⇒ una zona petrolífera en una arena arcillosa se podría calificar como poco atractiva

t

wnw

RFR

S =


Conductividad en Rocas Limpias vs. Arcillosas

F = Cw/Co

Cw

Arenisca Limpia

Arenisca Arcillosa

Arenisc

a Muy

Arcillos

a

El efecto de exceso de conductividad de las arcillas es función de la conductividad del agua de la formación.

La sobreestimación de Sw en arenas arcillosas es más significativa en presencia de aguas de formación de relativa baja salinidad.

Si el agua de formación es de alta salinidad, la sobreestimación de Sw es menor.

XF

CC w

o +=

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Modelos de Saturación de Agua

§ Se han desarrollado ~40 modelos para calcular la saturación de agua

§ El modelo de Archie es para formaciones limpias, y asume que la roca es un aislante eléctrico perfecto

Todos los otros modelos tienen en cuenta la conductividad de los minerales arcillosos presentes en la roca

t

wnw

RFR

S =


Algunos Modelos de Sw en Areniscas Arcillosas

§ Algunas ecuaciones usadas para arenas arcillosas son:§ Simandoux§ Indonesia§ Waxman-Smits§ Doble-Agua§ Nigeria

§ Dos tipos de modelos para arenas arcillosas:

§ Modelos basados en Vsh§ i.e,, Simandoux, Indonesia y Nigeria

§ Modelos de “Doble Capa” (Evitan el uso de Vsh)

§ i.e., Waxman-Smits y Doble Agua

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Predicción de Sw en Areniscas Arcillosas

§ No hay un modelo que funcione de manera general.

§ Lo importante es obtener la calibración de algun modelo vs. resultados de campo, de modo tal que el modelo prediga adecuadamente la saturación de agua, el corte de agua, etc.

§ Generalmente, con los modelos de Archie y Doble Agua se pueden resolver la mayoría de los problemas.

§ En ciertos casos, Simandoux, Indonesia, u otros modelos producen resultados satisfactorios.


Modelo Simple para Areniscas Arcillosas

Areniscas limpias

Areniscas arcillosas

Matriz arenosa limpia Swirr

Matriz arenosa limpia Swirr HCsArcilla+ Limo Swb

HCs

φefectiva

φtotal

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Método Simple de Sw para Areniscas Arcillosas

Donde φ es la porosidad TOTAL (fracción) obtenida del crossplot de D-N

n

tm

ww R

RaS

φ

=

2

222DN

t

DNt

φφφ

φφφ

+=

+=

Si Vshale < 20% :

Si Vshale > 20% : Utilizar como Waxman-Smits, Doble Agua, Simandoux, Indonesia.

zonas gasíferas

zonas de aceite y/o agua


§ Archie

§ Simandoux

§ Indonesia

§ Nigeria

nw

me

wt Sa

CC φ=

shshn

wsh

nw

me

wt CVSV

Sa

CC 1

)1(−+

−=

φ

2/)2/(12/ nwsh

Vsh

nw

wt SCVS

FC

C sh−+=

Todos los modelos de Vsh son similares: Ct = Cclean + Cshale

2/22/1 n

wsh

sh

w

m

t

SR

VaRR

+=

φ

Archie vs. Modelos de Vshale

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Predicción de Sw en con Modelos de Vshale

§ Los modelos de Vsh solo dependen de parámetros que se pueden obtener —en principio— de los registros convencionales. Esto ha hecho que su uso sea frecuente.

§ Los métodos de estimación de Vsh tienden a sobreestimar el valor real de la fracción arcilla.

§ Un problema de los modelos de Vsh es la suposición de que los shalescircundantes:§ Son representativos de los minerales arcillosos en la zona de

interés.§ Están compuestos por 100% arcilla.

§ Intuitivamente, los modelos de Vsh deberían funcionar bien para areniscas con arcilla laminada, pero tienden a fallar en areniscas con arcilla dispersa.


Distribución de Arcillas en la Roca

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El Modelo de Doble Capa

§Las arcillas tienen un déficit de carga eléctrica.

§Para balancear la carga, en presencia de electrolitos se adsorbe una capa de cationes cerca de la superficie de lasláminas de arcilla.

(Stern, 1924)


Capacidad de Intercambio Catiónico de las Arcillas

~0.20 – 0.70CapaMezclada

0.20 – 0.40Glauconita

0.05 – 0.35Clorita

0.80 – 1.50Esmectita

0.20 – 0.30Ilita

0.02 - 0.15Caolinita

CEC,meq/gr

Tipo de Arcilla

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Modelo de Waxman-Smits

1−

+

= n

wt

mt

vn

wt

mt

wt Sa

BQSa

CCφφ

§BQv: Conductividad de la arcilla (1/Ωm) en una arena 100% Sw

§Reorganizando términos en función de Resistividades:

nwt

wt

v

wt

SSBQ

RRF

+= 1

mt

aF

φ=


Nuevos términos:

§Qv: En (meq/ml), es una función de la Capacidad de Intercambio Catiónico (meq/gm arcilla seca)§ Mide la cantidad de cationes intercambiables

presentes

§B: La conductividad especifica de los iones intercambiables (mho/m por meq/cc) § Indica que tan efectivamente los cationes conducirán

la electricidad. Es un factor para convertir concentración en unidades de actividad (Qv), a conductividad

( )t

matV

CECQ

φρφ−

=1

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Swt es obtenido iterativamente:

Donde Swt|i+1 es el valor de Swt en la iteración i +1, y Swt|i es la Swten la iteración i. Se requiere entonces una suposición de Swt para la iteración inicial (Swt |0)

Nota : Rw en la ecuación de B es a 75 ºF

( )

n

iwtVw

tiwt

SBQR

RF

S

1

1

/1

+=

+

( )( ) max/5.083.01 BeB wR−−=

Waxman-Smits


Máxima Conductancia equivalente de intercambio de Iones de Sodio, Bmax, o λNa vs. Temperatura

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El comportamiento de Bmax vs. logaritmo de temperatura es mas o menos lineal

Bmax = (51.31)Ln( T ) - 317.2

Bmax

donde la temperatura está en grados Rankine


Capacidad de Intercambio Catiónico de las Arcillas

900000.0380.54 – 1.90~0.20 – 0.70CapaMezclada

450000.0650.56 – 1.100.20 – 0.40Glauconita

450000.0650.15 – 1.100.05 – 0.35Clorita

3000000.0182.00 – 3.900.80 – 1.50Esmectita

320000.0860.55 – 0.830.20 – 0.30Ilita

150000.1780.05 – 0.400.02 - 0.15Caolinita

SalinidadEquivalente

de NaCl, ppm

Rarcilla doble capa, ohm-m

Qv,meq/ml

CEC,meq/gr

Tipo de Arcilla

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§ La medición de CEC y/o Qven el laboratoriono es trivial, y depende de la técnica de preparación de la muestra.

§ El conocimiento del tipo de arcillas presentes y su distribuci ón, es importante para asumir valores de Qv si no se tienen medidas de laboratorio

§ Sin embargo, algunas reglas de dedo gordo para Qv:Arenisca Muy Arcillosa: Qv =1.50Arcilla Arcillosa: Qv =1.00Arenisca Moderadamente Arcillosa: Qv =0.50Arenisca Poco Arcillosa: Qv =0.25Arenisca Limpia: Qv =0.00

§ Qv se puede correlacionar con registros (e.g.,GR, SP, φ ), pero las correlaciones son específicaspara ciertas áreas , y no deben extrapolarse a otros ambientes/lugares.

Valores para Qv


Modelo de Doble Agua

( ) 1−

−+

= n

wt

mt

wwbwbn

wt

mt

wt Sa

CCSSa

CCφφ

El modelo de doble-agua es una forma mas general del modelo de Waxman-Smits.

§La salinidad del agua libre puede ser diferente que la salinidad del agua ligada a las arcillas (bound water)§Para determinar Sw, hay que usar métodos

iterativos, al igual que con W-S

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§ Nuevos términos:§Ambos dependen de CEC

§Swb: Saturación del agua ligada a las arcillas (boundwater)§Swb = f(CEC, Cw)§Swb = vQQv

§ Cwb: Conductividad del agua ligada a las arcillas§Cwb = g(CEC, Swb)§Cwb = β/vQ

Modelo de Doble Agua


Predicción de Sw en con Modelos de Doble Capa

§ Los modelos de Doble Capa son mejores aproximaciones al fenómeno de conductividad en areniscas arcillosas, y por tanto deben dar como resultado mejores predicciones de Sw

§ Sin embargo, requieren calibración con corazones para que los estimativos de Sw sean precisos

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Conclusiones

§ No hay un modelo perfecto, lo importante es la calibración de alguno.

§ Generalmente, con los modelos de Archie y Doble Agua se pueden resolver la mayoría de los problemas.

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