POROSIDAD EFECTIVA UTILIZANDO EL POROSIMETRO DE EXPANSION DE HELIO (HIDROGENO)

MONICA TATIANA VILLARREAL MOYANO COD.: 2008276387LISA DIANETH GARCIA PANTOJA COD.: 2008275531ARNOLD FERNEY TORRES OME COD.: 2009179165

TRABAJO PRESENTADO EN LA ASIGNATURAANALISIS DE NUCLEOS

CODIGO: BEINPE07-108465 GRUPO 01 SUBGRUPO: 01PROFESOR: RICARDO PARRA PINZON

UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANAFACULTAD DE INGENIERIAPROGRAMA PETROLEOS

NEIVA MARZO 08 DE 2011

INDICE

Pág.

1. OBJETIVOS_______________________________________________________3 GENERALES ESPECIFICOS

2. ELEMENTOS TEORICOS___________________________________________4 - 7

3. PROCEDIMIENTO (DIAGRAMA DE FLUJO)______________________________ 8

4. TABLA DE DATOS__________________________________________________9

5. MUESTRA DE CALCULOS_________________________________________10 - 11

6. TABLA DE RESULTADOS____________________________________________12

7. ANALISIS DE RESULTADOS__________________________________________13

8. FUENTES DE ERROR_______________________________________________13

9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES_______________________________14

10. RESPUESTA AL CUESTIONARIO____________________________________15 - 34

BIBLIOGRAFIA ____________________________________________________________ 35

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1. OBJETIVOS

1.1 GENERALES

Determinar la porosidad efectiva de una muestra usando el porosímetro de expansión de helio; en este caso hidrogeno.

1.2 ESPECIFICOS

Realizar una eficaz Calibración del equipo implementado para dar precisión a los valores de volúmenes obtenidos; así mismo en la selección de un porta muestras de volumen adecuado.

Determinar los volúmenes de las cámaras, utilizando cilindros de volumen conocidos

Comprender los factores que afectan la porosidad.

Calcular el volumen de granos de la muestra a partir de la ley de Boyle.

Calcular la porosidad efectiva de la muestra

Identificar los diferentes métodos utilizados para determinar el volumen poroso de una muestra.

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2. CONCEPTOS TEORICOS

2.1 POROSIDADLa porosidad se define como la relación entre el volumen poroso y el volumen total de la roca (la propiedad inversa a la porosidad es la compacidad). Matemáticamente:

∅=V P

V t∅ = porsidadVp = volumen poroso Vt = volumen total

De acuerdo a la interconexión del volumen poroso , la porosidad es definida en una clasificación de ingeniería de la porosidad; ya que 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 Compactación.Por ende, existirán poros interconectados y otros aislados. Esto conlleva a clasificar la porosidad en:

Porosidad Absoluta: Es aquella porosidad que considera el volumen poroso de la roca esté o no interconectado.

Porosidad Efectiva: es la porosidad que considera el volumen de los poros interconectados.

Porosidad No efectiva: Es la diferencia que existe entre la porosidad absoluta y efectiva.

2.1.1 POROSIDAD EFECTIVA. Es la relación del volumen poroso interconectado con el volumen bruto de roca. Esta porosidad es una indicación de la habilidad de la roca para conducir fluidos, sin embargo esta porosidad no mide la capacidad de flujo de una roca. La porosidad efectiva es afectada por un número de factores litológicos como tipo, contenido e hidratación de arcillas presentes en la roca, entre otros.

∅=Volumen poroso interconectadoVolumen total

∅ = Porosidad efectiva

La porosidad efectiva es la que se mide con la mayoría de los porosimetros, y es realidad la que interesa para estimación de petróleo y gas en sitio, ya que solo los volúmenes de hidrocarburos almacenados en los poros interconectados pueden ser estraidos parcialmente del yacimiento. Esta porosidad normalmente representa un 90 a 95% de la

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porosidad total. En la mayoría de yacimientos la porosidad varia lateral y verticalmente y se encuentra en un rango del 5 al 20%, y su calidad se puede especificar asi:

Calidad Porosidad, %muy buena >20

Buena 15 – 20Moderada 10 – 15

Pobre 5 -10Muy pobre <5

Tabla.1 Calidad de la porosidad

Un yacimiento que posea una porosidad menor del 5% no se considera comercial, a menos que posea otros factores que la compensen entre otros:

Fracturas Fisuras Grandes espacios vacíos

La porosidad también puede clasificarse de acuerdo con el origen y el tiempo en que se depositan los estratos:

Porosidad primaria intergranular: 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).

Porosidad 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).

2.1.2 FACTORES QUE AFECTAN LA POROSIDAD

Escogimiento o selección: Se refiere a la variedad en forma y tamaño de los granos. Es buena cuando hay homogeneidad en tamaños y formas y mala cuando sucede lo contrario. Entre más homogéneo sea el tamaño de los granos y su forma, principalmente cuando se acercan a esferas, mayor es la porosidad.

Empaquetamiento: Se refiere a la configuración geométrica en que están dispuestos los granos.

Compactación: A mayor compactación en la roca menor es su porosidad. Las arenas limpias se compactan menos que las arcillas. Las rocas antiguas tienden a tener menos porosidad por compactación que rocas más jóvenes.

Cementación: Los cementos reducen la porosidad.

Tamaño de grano: A medida que hay menor tamaño de grano hay mayor porosidad, pero la porosidad efectiva va disminuyendo.”

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2.2 LEY DE BOYLE—MARIOTTE

El estado de un gas esta caracterizado por tres magnitudes físicas que son: Presión (P) Volumen (V) Temperatura (T)

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“el volumen de una cantidad fija de un gas a temperatura constante, es inversamente proporcional a la presión del gas”. Este enunciado se conoce actualmente como la ley de Boyle y puede expresarse matemáticamente como:

V α1P

Donde, V y P son respectivamente, el volumen y la presión del gas; tal que, para cambiar el signo de proporcionalidad (α) por uno de igualdad (=), se debe de introducir una constante de proporcionalidad k, con lo cual la expresión queda de la forma siguiente:

V=K .1P

Reacomodando los términos, se obtiene la expresión de la ley de Boyle:

P .V=K

Esta expresión implica que siempre que se tenga una cantidad fija de un gas a temperatura constante, el producto de la presión por el volumen siempre será igual a una constante k.Una forma de entender la ley de Boyle es tener un sistema semejante a una jeringa con émbolo en la cual se tiene una cantidad fija de un gas a determinadas condiciones de presión, temperatura y volumen.

Así, se puede verificar experimentalmente que al aumentar la presión, a temperatura constante, el volumen disminuye

Y cuando disminuye la presión, el volumen aumenta.

Al aplicar la expresión de la ley de Boyle para estos tres casos se tendrían las expresiones siguientes:

P1 .V 1=K P2 .V 2=K P3 .V 3=K

Esto implicaría que,P1 .V 1=P2 .V 2=P3 .V 3

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Por lo tanto, cuando se tiene una cantidad fija de un gas en un estado inicial y se modifica, a temperatura constante, el volumen o la presión del mismo, se puede determinar la presión o el volumen del gas respectivamente en el estado final.

2.3 EL POROSÍMETRO DE EXPANSIÓN

El porosímetro de expansión se basa en la ley del gas perfecto de Boyle que gobierna la expansión isotérmica para determinar el volumen desconocido de sólidos colocados en una cámara de expansión (volumen conocido).

El Helio esta inicialmente contenido en una cámara fuente a presión y volumen conocidos (P1, V1). El helio es expandido hacia una cámara donde se encuentra la muestra, de volumen conocido, V2 y la presión P2 es medida.

Aplicando la ley de Boyle, se calcula el volumen de granos de la muestra y midiendo el volumen total, se calcula la porosidad efectiva. El volumen de granos es medido en un porosímetro que consiste de dos cámaras conectadas de volumen conocido.

3. PROCEDIMIENTO

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4. TABLA DE DATOS

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POROSIDAD EFECTIVA UTILIZANDO EL POROSIMETRO DE EXPANSION DE HELIO (NITROGENO)

DETERMINACION DE LA POROSIDAD

CALIBRACION DEL EQUIPO

Cerrar válvulas de vacío, de suministro y de entrada de Nitrógeno abrir válvulas de

expansión y encender el equipo

Fijar el cilindro en la celda

Operar bomba de vacío y abrir válvula respectiva. Si vacío = 100 micrones de Hg,

cerrar válvulas de expansión y vacío.

Regular salida de Nitrógeno del cilindro a 100 psi

Ajustar medidor de presión a 0,001psi, abrir válvula suministro de (N), presión aprox.

100psi. Cerrar válvulas, registrar presión (P1)

Abrir válvula de expansión, registrar presión (P2)

Pasar la válvula de vacío a la posición de venteo.

Abrir la celda, sacar el cilindro de precisión, introducir otro

Apagar bomba de vacío, el equipo y cerrar válvula del cilindro de (N)

Cerrar válvulas excepto la de expansión

Seleccionar el porta muestras y su respectivo contenedor, registrar volumen

de la muestra, porta muestra y contenedor

Colocar la muestra en el porta muestra. Introducir contenedor en el cilindro

Encender bomba de vacío y abrir válvula respectiva. Vacío = 100 micrones de Hg,

cerrar válvulas de expansión y vacío

Ajustar medidor de presión a 0,001psi, abrir válvula suministro de (N), presión aprox. 100psi. Cerrar válvulas, registrar presión

(P1)

Abrir válvula de expansión, registrar presión (P2)

Pasar la válvula de vacío a la posición de venteo

Apagar bomba de vacío, el equipo y cerrar válvula del cilindro de (N)

Realizar 3 veces y promediar para:

Calcular los volúmenes de las cámaras

P1∗V 1=P2 (V 1+V 2−V pm−V Cx )Hasta que finalmente se pueda hallar la porosidad efectiva de la muestra

∅ E=(V T∗V 3 )

V T

=1−(V 3

V T)

Y obtener el volumen de granos de la muestra a partir de:

V 3=V 1+(V 2−V 4 )−[ P1∗V 1

P2]

(VC1) = 79.3 cm3

Volumen porta muestra = 7.5 cm3 P1 (Psi) P2 (Psi)

99.62 38.66

99.7 38.55 P1 = 99.66 P2= 38.605

Tabla 2. Presiones promedio para (VC1), a partir de dos mediciones.

(VC2) = 59.58 cm3

Volumen porta muestra = 7.5 cm3

P1 (Psi) P2 (Psi)99.70 31.3399.70 31.32

P1= 99.7 P2 = 31.325

Tabla 3. Presiones promedio para (VC2), a partir de dos mediciones.

Diámetro 3.78 cmLongitud 6.27 cm

peso 151.5 gr Tabla 4. Datos de la muestra M-194

T° Laboratorio 23.4 °CPresión de vacio 0

P1 99.90 (Psi)P2 30.64 (Psi)

Tabla 5. Datos de laboratorio

5. MUESTRA DE CACULOS

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5.1 Volúmenes de las cámaras.

Para el volumen (VC1)

P1∗V 1=P2 (V 1+V 2−V pm−V C 1 )

99.66∗V 1=38.605 (V 1+V 2−7.5−79.3 )

99.66V 1=38.605V 1+38.605V 2−3350.914

61.O55V 1=38.605V 2−3350.914

V 1=38.605V 2−3350.914

61.055

V 1=0.6323V 2−54.8835 (1 )

Para el volumen (VC2)

P1 .V 1=P2 (V 1+V 2−V pm−V C 2 )

99.7∗V 1=31.325 (V 1+V 2−7.5−59.58 )

99.7V 1=31.325V 1+31.325V 2−2101.281

68.375V 1=31.325V 2−2101.281

V 1=31.325V 2−2101.281

68.375

V 1=0.4581V 2−30.7317 (2 )

Igualando (1) y (2) tenemos:

0.6323V 2−54.8835=0.4581V 2−30.7317

0.1742V 2=24.1518

11V 2=138.6441cm3

Sustituyendo V2 en (1) tenemos :

V 1=0.4581 (138.6441 )−30.7317

5.2 Volumen de granos de la muestra M-194.

V 3=V 1+(V 2−V 4 )−[ P1∗V 1

P2]

V 3=32.7812+ (138.6441−7.5 )−[ 99.90∗32.781230.64 ]

5.3 Porosidad efectiva de la muestra M-194. Con los datos de longitud y diámetro de la muestra tomada en laboratorios pasados, hallamos el volumen de la muestra

V T=V C=( π∗D2

4 )L

V C=( π∗3.782

4 )6.27

Finalmente la porosidad de la muestra es:

∅ E=(V T∗V 3 )

V T

=1−(V 3

V T)

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V 1=32.7812cm3

V 3=57.044 cm3

V C=70.3625 cm3

∅ E=1−( 57.04470.3625 )

6. TABLA DE RESULTADOS

P1(Psi) del V C 1 99.66

P2(Psi) del V C 1 38.605

P1(Psi) del V C 2 99.7

P2(Psi) del V C 2 31.325

Volumen V1(cm3) 32.7812

Volumen V2(cm3) 138.6441

Volumen de granos de la muestra V3 (cm3) 57.044

Volumen de la muestra (cm3) 70.3625

Porosidad efectiva de la muestra (∅E) 18.93%

Tabla 6. Resultados obtenidos en la práctica

POROSIDAD, ⍉j, %

0.1790.1740.1570.200

0.15020.19130.12590.13380.16830.18730.17330.16000.11720.20150.14240.18690.20680.19630.16780.17270.16900.17110.1397

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∅ E=0.1893=18.93 %

0.1606 Tabla 6. Resultados de la porosidad.

7. ANALISIS DE RESULTADOS

En la práctica se calculo el volumen de las dos cámaras del porosimetro de Boyle, debido a que son de mucha importancia para poder calcular el volumen de los granos de la muestra y así poder determinar su porosidad efectiva que es el objetivo principal de esta práctica.

Al calcular los volúmenes de las cámaras del porosimetro se logro establecer que la muestra correspondiente (M-194) presenta un volumen total de 70.3625 cc y un volumen de granos de 57.044 cc y con estos datos se estimo la porosidad efectiva de la muestra que es igual al 18.93% estando catalogada en el rango de porosidad buena, siendo así la formación rentable comercialmente.

La porosidad que se obtuvo es la porosidad efectiva de la muestra debido a que corresponde a los poros que se encuentran interconectados entre sí, pues estos garantizan la permeabilidad.

FUENTES DE ERROR

El porosimetro se calibra con dos volúmenes conocidos aplicando vacio a las cámaras y después introduciendo en ellas helio, en esta práctica se trabajo con nitrógeno debido a que hubo una fuga inoportuna del helio, el nitrógeno teniendo propiedades diferentes a las del helio; que es el gas que se asemeja más al comportamiento de un gas ideal, arroja valores no del todo correctos.

Las cámaras del porosimetro tenían una fuga, debido a que al calibrar el aparato la presión no podía permanecer constante a 100 psi, entonces se trabajo con la presión más cercana a la indicada, obteniendo así un error en la calibración.

Se tiene un desfase al medir las presiones de las cámaras cuando se introduce la muestra correspondiente, debido a que la muestra debe de estar en las mejores condiciones posibles, es decir los bordes deben estar completos y la muestra no debe presentar fracturas o fisuras, esta muestra al estar expuesta al aire libre y a mal almacenamiento, presentaba mordeduras en sus bordes.

Al realizar el vacio se espera sacar todo el aire que contienen las cámaras del porosimetro, y expandir el nitrógeno para mantener la presión, pero como se dijo anteriormente el nitrógeno no presenta un comportamiento similar al de un gas ideal que es el que se busca al aplicar la ley de Boyle.

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8. CONCLUSIONES

La muestra M-194 presenta buena porosidad indicando así que el yacimiento EL DIFICIL tiene una buena producción comercial.

La ley de Boyle explica que un gas ideal a condiciones isotérmicas y a masa determinada, la presión es inversamente proporcional al volumen. El porosimetro de expansión de helio se basa en esta ley, trabajando el helio como gas ideal debido a que es el gas que mas presenta un comportamiento semejante a estos gases.

La porosidad puede determinarse también por medio de mediciones en registros, como el de absorción de rayos gamma (litodensidad) y los registros sónicos y de neutrón; teniendo en cuenta que estos métodos miden porosidades absolutas.

RECOMENDACIONES

Tener el mayor de los cuidados a la hora de manejar el porosimetro, para evitar fugas del gas ya sea en las cámaras o en el cilindro.

Verificar de que no haya alguna válvula suelta que pueda ocasionar problemas al operador del porosimetro.

La muestra debe de estar limpia y en las mejores condiciones posibles para obtener resultados óptimos.

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9. RESPUESTA AL CUESTIONARIO

10.1. Calcule el volumen de las cámaras del porosimetro de expansión de helio y la porosidad de su muestra asignada.

Este volumen se presenta calculado en la muestra de cálculos con los datos obtenidos en la calibración del equipo y con los datos de longitud y diámetro de la muestra tomada en laboratorios pasados.

V 2=138.6441cm3 V 1=32.7812cm3

10.2. Explique los métodos para determinar el volumen total de una muestra.

Porosímetro de Boyle. La determinación del volumen de los granos o del esqueleto sólido de las muestras puede realizarse por medio del porosímetro de Boyle.

El procedimiento es el siguiente: Una vez terminadas las etapas de extracción y secamiento, la muestra se coloca en una copa de acero que se llena con un gas (aire generalmente) hasta una presión conocida (4 ó 5 atmósferas). Luego se permite que el gas se dilate dentro de un volumen calibrado bastante grande en comparación con el volumen de la copa, y se registra la presión resultante en el sistema. El mismo procedimiento se repite de nuevo pero esta vez sin la muestra. De esta forma, y según la ley de Boyle, se puede determinar el volumen total del esqueleto sólido de la muestra. La prueba se repite con una muestra artificial sin porosidad y similar al del núcleo de prueba.Siendo Pd la presión leída en el manómetro cuando la muestra artificial está en el recipiente de prueba, Pc la presión correspondiente cuando la copa contiene la muestra y Pb la presión cuando el recipiente está vacío, determinamos la porosidad de la muestra por medio de la siguiente relación: =100((Pc-Pd)/(Pb-Pd)) en donde la porosidad está expresada en porcentaje del volumen total.

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En todas las pruebas el recipiente de prueba ha sido sometido a la misma presión, leída en el manómetro o en el medidor de pesos muertos.

Porosímetro Ruska. Opera con un principio similar al anterior. Un dibujo esquemático de este aparato se presenta en la figura. En este caso, el volumen total se puede obtener usando la copa del instrumento como picnómetro. Por medio de un pistón micrométrico aplicamos presión dentro de la copa hasta que el mercurio alcanza una marca de referencia establecida en el manómetro, por obtención dos lecturas del pistón para la misma referencia en el manómetro, una cuando la copa contiene la muestra y ova cuando no la tiene, y designando estas lecturas Rc y RH, respectivamente, la porosidad en porcentaje del volumen total puede calcularse por medio de la siguiente relación: =100(1-(Rc/RH))

Método de expansión del gas contenido en los poros.

Este método llamado de Washburn -Bunting (1922) permite también la determinación de la porosidad. El método usa una modificación de la bomba Toepler, empleada con mucha frecuencia para obtener vacíos muy efectivos y expulsar el aire de las muestras secas. El volumen total de la muestra se debe determinar separadamente.El aparato consiste esencialmente de dos cámaras unidas entre sí por una unión esmerilada. La cámara superior tiene un vástago graduado y termina en una válvula de paso. La inferior va unida a un tubo flexible y ésta a su vez lleva en el otro extremo un bulbo de nivelación. Por

aplicación de grasa de vacío a la válvula de paso y a la unión esmerilada, se obtiene un vacío muy efectivo. El método es muy práctico especialmente para muestras consolidadas.

Método de inyección de mercurio. Cuando una roca tiene una fracción muy pequeña de espacio vacío es difícil de medir por los métodos presentados anteriormente. En este caso se puede recurrir a la inyección a presión de un líquido incompresible. La idea original ha sido de Horner (1944). Los aparatos para este método pueden obtenerse comercialmente y uno de éstos es el porosímetro Ruska de alta presión. La porosidad de una muestra se obtiene, primero midiendo su volumen total a presión atmosférica con un fluido apropiado de desplazamiento (mercurio) en un picnómetro y, luego, forzando bajo presión el fluido dentro de la muestra y midiendo el volumen que penetra en el espacio poroso, Este método es muy práctico, especialmente para muestras de baja permeabilidad en donde no se pueden obtener resultados exactos con otro equipo de porosidad.

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Para determinar la porosidad de una muestra, primero se le extraen los fluidos y después se seca. El volumen total del núcleo se determina por desplazamiento de mercurio en un picnómetro, valor leído directamente de la escala volumétrica con aproximación de 0,01 cc. La lectura se obtiene colocando el núcleo en el picnómetro, poniendo la tapa, y observando el instante en que la primera gota de mercurio aparece en la válvula del picnómetro. Una vez que se obtiene el volumen total, se cierra la válvula, se fija la escala del espacio poroso y se somete el sistema a la presión de referencia establecido previamente, siendo generalmente de 750 libras por pulgada cuadrada. Los centímetros cúbicos de mercurio requeridos para elevar la presión de 0 a 750 lpc representan el espacio poroso de la muestra, y se lee directamente en la escala de porosidad.

Método de pérdida de peso. El volumen de los granos de un núcleo también puede determinarse observando la pérdida de peso que ocurre cuando el núcleo saturado con un líquido se sumerge en el mismo líquido. En este caso, primero se extraen los fluidos a la muestra, se seca, se pesa y se satura con un líquido tal como keroseno, tetracloroetano o cualquier otro líquido apropiado. Luego se obtiene el peso aparente de la muestra saturada sumergida en el mismo líquido empleado en la saturación. El proceso de saturación se ha descrito anteriormente. El peso aparente de la muestra se determina suspendiéndola del brazo de una balanza con un alambre muy fino y observando el peso de la muestra cuando se encuentra completamente sumergida dentro del líquido. El volumen de los granos se calcula por la diferencia entre el peso de la muestra seca y el peso de la muestra saturada y sumergida, dividido por la densidad del líquido saturante.Los resultados obtenidos con este método son bastante precisos y el sistema es tan rápido como el de expansión de gas descrito anteriormente.

Método de saturación de la muestra con un líquido. Este método para determinar el volumen poroso puede emplearse en conexión con la determinación del volumen total. La muestra seca se pesa antes y después de saturarla con keroseno o con cualquier otro líquido apropiado; la muestra saturada se pesa teniendo cuidado de eliminar previamente el exceso de keroseno. El volumen poroso y el volumen total se pueden determinar de la misma muestra. La porosidad es igual al peso de keroseno en la muestra saturada dividido por el peso de keroseno desplazado por la muestra saturada multiplicado por 100. Como se puede ver, no se necesita conocer la densidad del keroseno o del líquido empleado.

Método aditivo de saturaciones de fluidos. Este método para determinar la porosidad de núcleos es relativamente sencillo y muy práctico. El procedimiento es el siguiente:1) Divídase el núcleo en dos partes; W1 y W2. 2) Colóquese una parte, W1 (de l00 a 120 gramos) en una retorta.3) Prepárese la otra parte W2 (de 20 a 40 gramos) para determinar con una bomba de mercurio el volumen ocupado por el gas. Esta determinación consiste en las siguientes etapas:

a) Pésese la muestra del núcleo W2.b) Mídase el volumen total de la muestra con una bomba de mercurio.c) Inyéctese mercurio dentro de la muestra. Regístrese y dibújese el volumen

inyectado contra presión. Al comienzo de la inyección la pendiente de la curva

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es baja, pero una vez que el gas de la muestra haya entrado en solución debido al aumento en presión, habrá un cambio brusco en la pendiente. El punto de cambio en la pendiente dará el volumen de gas libre de la muestra. Esta operación se debe realizar lo más pronto posible para evitar la evaporación del petróleo y del agua.

4) Los volúmenes de petróleo y de agua obtenidos (en cc) por medio de la retorta se corrigen por efectos que pueden haber hecho variar estos valores de los valores actuales. En otras palabras, el volumen de agua puede ser un poco alto debido a que puede contener agua de hidratación, mientras que el volumen de petróleo puede ser un poco bajo debido a la posible evaporación de los hidrocarburos más livianos o de los hidrocarburos que quedan en el núcleo como coque. Para reducir estos efectos se debe evitar el empleo de temperaturas demasiado altas durante la operación de extracción de fluidos.

Determinación de porosidad en muestras grandes. Locke y Bliss (1950) presentaron una técnica para determinar la porosidad de muestras grandes, es decir, muestras obtenidas directamente en operaciones de perforación sin tener que reducirlas a núcleos pequeños. Dicho método es de gran interés porque permite la evaluación de los tipos de porosidad presentes en la muestra y el predominio en cada uno de ellos: porosidad intercristalina, drusa, en forma de canales, de grietas o fracturas (siempre y cuando la muestra no se desintegre). Como primera medida, las drusas y aberturas grandes en la superficie del núcleo se cubren con cinta adhesiva. A continuación, la muestra se coloca en un recipiente lleno de agua con un agente humectante en solución. El recipiente se tapa y se le inyecta agua, la cual se mide volumétricamente en incrementos. A cada incremento se obtiene una lectura de la presión hasta llegar a 1000 lpc.

10.3. Que factores afectan la porosidad, explique.

Tipo de empaque: Idealmente se pueden formar los siguientes tipos de empaquetamientos los cuales tienen diferente valor de porosidad. El incremento de la presión de confinamiento hace que los granos pobremente clasificados y angulares muestren un cambio progresivo de empaquetamiento aleatorio a un empaque más cerrado, reduciendo con ello la porosidad. Según el tipo de empaque se tiene los siguientes valores de porosidad:

Cúbico, porosidad = 47.6 % Romboedral, porosidad = 25.9 % Ortorrómbico, porosidad = 39.54 % Tetragonal esfenoidal, porosidad = 30.91 %

Grado de cementación o consolidación: Cemento que une los granos y que se forma posterior a la depositación ya sea por dilución de los mismos granos o por transporte. Son cementos: carbonato de calcio, carbonato de magnesio, carbonato de hierro, limonita, hematita, dolomita de sulfato de calcio, arcillas, y combinación de estos. Las areniscas altamente cementadas presentan bajas porosidades. Lo contrario ocurre con rocas poco consolidadas. La cementación toma lugar tanto en el tiempo de mitificación como en el proceso de alteración de la rocas causada por agua circulante.

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De la calidad del material cementante dependerá la firmeza y compactación de la roca. Se tiene, entonces, formaciones consolidados, poco consolidados y no consolidados.

Geometría y distribución de granos: Se debe a la uniformidad o clasificación de los granos. Dicha clasificación depende, a su vez, de la distribución del tamaño del material, tipo de depositación, características actuales y duración del proceso sedimentario. Cuando los granos son más redondeados proporcionan más homogeneidad al sistema y por ende la porosidad será mayor.

Presión de las capas suprayacentes: Las capas suprayacentes pueden compactar el yacimiento y reducir el espacio poroso. La compactación tiende a cerrar los espacios vacíos, forzar el fluido a salir y permitir un mayor acercamiento de las partículas minerales, especialmente en rocas sedimentarias de grano fino.

Presencia de partículas finas: La arcillosidad afecta negativamente la porosidad.

10.4. Calcule las porosidades para empaquetamiento tipo rombohedral, tipo

ortorrombico y tetragonal esferoidal.

EMPAQUETAMIENTO ORTORROMBICO :

De acuerdo con la figura:

V t=a∗b∗c

Donde:

a=4 r∗Cos30 º

b=c=4 r

El volumen total del ortorrombo es:

V t=64 r3∗Cos30 º

V t=55 .426 r3

El volumen de los granos esta dado por:

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V gr=8 (43 πr3)V gr=33 . 51r3

Y la porosidad se define entonces mediante:

φ=(V t−V gr

V t)∗100

φ=(55.426 r3−33.51 r3

55.426 r3 )∗100

φ=39 .54 %

EMPAQUETAMIENTO ROMBOÈDRAL:

De acuerdo con la figura:

V t=a∗b∗c

Donde:

a=4 r∗Cos 45º

b=c=4 r

El volumen total del romboèdral es:

V t=64 r3∗Cos45 º

V t=45 .25 r3

El volumen de los granos esta dado por:

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V gr=8 (43 πr3)V gr=33 . 51r3

Y la porosidad se define entonces mediante:

φ=(V t−V gr

V t)∗100

φ=(45 .25r 3−33 .51 r3

45 .25r 3 )∗100

φ=25 .94%

TETRAGONAL ESFEROIDAL :

En este tipo de empaque, los ejes de las esferas forman entre si en todas

direcciones ángulos de 60°.

Aplicando propiedades geométricas se tiene que:

V T=2 r (2 rsen 60 ) 2rsen 60

V S=43πr 3

∅=30.19 %10.5. Cuáles son las densidades de los principales minerales que componen las rocas

sedimentarias.

22

10.6. Cual es el rango de variación de la porosidad de la roca según el índice de

redondez y esfericidad de los granos.

Para analizar la geometría y distribucion de los granos se toman encuenta su redondez, referida al

grado de angularidad que presentan las aristas y los vértices de un grano, y la esfericidad, definida

como el grado en que un grano se aproxima a una esfera. La determinación de estas propiedades

resulta frecuentemente muy complicada, por lo que se han construido graficos para expresar

visualmente las formas de diferentes tamaños de clastos. En la figura 5.9, del libro Magdalena

Paris de Ferrer, Fundamentos de ingeniería de yacimientos, Pag 227 se presenta la geometría de

los granos según su índice de redondez y esfericidad

10.7. Cómo se afecta la porosidad por efecto de las capas suprayacentes y confinantes.

Peste factor afecta de tres maneras la porosidad:

A medida que la presión de las capas suprayacentes aumenta, la formación se comprime y los

granos de las rocas reducen su empaquetamiento, lo cual causa la disminución

correspondiente de porosidad.

Debido también a la producción de los yacimientos, la presión confinante en la formación

disminuye y ocurre un movimiento hacia abajo de la superficie de la tierra respecto al nivel del

23

mar, conocido como subsidencia, el cual también es un registro visual en superficie de la

disminución de la porosidad en yacimientos agotados.

En un caso mas general, a medida que aumenta la profundiad, la porosidad tiende a disminuir,

como se observa en la figura 5.12, del libro de Magdalena Paris de Ferrer, Fundamentos de

ingeniería de yacimientos, Pag 229, presentada por Hall.

El efecto ilustrado se debe principalmente al empaquetamiento resultante después de la

compactación. Así, los sedimentos que se han enterrado profundamente, aun cuando

posteriormente sean removidos y levantados, muestran porosidades mas bajas que los que no

se han enterrado a una gran profundidad.

10.8. Investigue el tango de variación de la porosidad o la porosidad promedio de los

yacimientos de petróleo de

la cuenca superior del

Magdalena.

10.9. Calcular la porosidad de una

muestra de corazón y la litología de

la matriz con la siguiente

información:

Peso seco de la muestra= 104.1 gramos.

Peso de la muestra saturada con agua= 120.2

gramos.

24

Cuenca Porosidad (%)

Amagá  Caguá -putumayo 10 - 16%

Catatumbo 0,5 - 14%Cauca - Patía 3 - 15%

Cesar- Rancheria 5%Chocó 0 - 42%

Chocó off shore 0- 42%Colombia  

Colombian Deep Pacific  Eastern Cordillera 5 -10%

Eastern Llanos 10 - 30%Guajira 3 - 40%

Guajira off shore 3 - 40%Los Cayos 10 - 25%

Valle Bajo Magdalena 15%valle Medio Magdalena 12 - 25%

Sinú-San Jacinto 3 - 30%Sinú off shore 3 - 30%

Tumaco 0 - 42%Tumaco off shore  

Valle Superior Magdalena

11 - 25%

Urabá 3 - 30%Vaupés-Amazonas 2 - 28%

Densidad del agua= 1.01 gr/cc.

Peso de la muestra saturada con agua sumergida en agua= 64.8 gramos.

La porosidad calculada es total o efectiva, explíque?

RTA/:

Wm=104.1 gr

Wa=120.2 gr

ρagua=1.01grcc

Ws= 64.8 gr

Hallando el volumen poroso:

PV=Wa−Wmρfluido sat

PV=(120.2−104.1 )gr

1.01grcc

PV=15.94 cm3

Hallando el volumen total del núcleo:

BV= Wa−WsρFluid inm ersion

BV=(120.2−64.8 ) gr

1.01grcc

BV=54.85cm3

Determinando la porosidad del núcleo:

∅= PVBv

25

∅=15.94cm3

54.85cm3

∅=0.29=29 %

La porosidad calculada es efectiva si se tiene en cuenta que para que el agua sature el núcleo debe desplazarse a través del volumen poroso, y esto exige que hayan poros interconectados tal y como se caracteriza la porosidad efectiva.

Volumen Matriz:

GV=Wm−Wsρfluido

GV=(104.1−64.8)gr

1.01grcc

GV=38.91cm3

Densidad de los granos

ρgranos=peso seco

volumen grano

ρgranos=104.1 g38.91cc

ρgranos=2.68 g/cc

Según la clasificación de litologías por su densidad, la muestra estudiada pertenece al grupo de rocas sedimentarias, y su densidad corresponde al rango de 2.2 a 2.8 g/cc, es decir, que es una arenisca.

10.10. 500 mililitros de agua fueron vertidas dentro de un recipiente. El recipiente y el agua pesan 898 gramos. Pedacitos de roca caliza puro fueron adicionados al recipiente hasta que el nivel de los pedacitos coincidían con la superficie del agua en el recipiente. Calcular el volumen total y la porosidad del material en el recipiente si el total del peso del recipiente y su contenido es de 3066 gramos. ¿la porosidad calculada es total o efectiva, explique?

W recipiente+agua=898 g

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W recipiente+agua+caliza=3066g

V w=500mL=500 cm3=Vp

Se sabe que la densidad de la caliza (CaCO3) es 2.71 g/cc y la del agua es 1 g/cc, entonces se tiene la siguiente expresión:

V T=V agua+V caliza

Para el cálculo del volumen de CaCO3 se debe obtener primero el peso del carbonato:

W caliza=W recipiente+agua+caliza−W recipiente+agua=3066g−898 g

W caliza=2168 g

Volumen Carbonato de Calcio:

V caliza=W caliza

ρ caliza

= 2168g2,71 g/cm3

V caliza=800cm3

Calculando el volumen total se tiene:

V t=V w+V caliza=500cm3+800cm3

V t=1300cm3

Porosidad

∅=V total−V granos

V total

=V poroso

V total

= 500cm3

1300cm3 =0,3846

∅=38,46 %

La porosidad es absoluta o total pues esta se define como la razón entre el espacio vacío total y el volumen total de la roca; para este caso como los pedacitos de caliza no están unidos por una matriz cementante entonces no se puede decir que esta porosidad calculada es efectiva.

10.11. Un vaso e precipitados (Beaker) de 3000 mililitros fue llenado hasta 2499 mililitros con dolomita. El peso de la dolomita colocada en el recipiente fue de 5509 gramos. Calcule la porosidad. ¿La porosidad calculada es total o efectiva, explique?

V dolomita=W dolomita

ρdolomita

= 5509 gr2,87gr /cm3=1919.5122cm3

27

V granos=1919.5122 cm3

Así que la porosidad corresponde:

∅=V total−V granos

V total

=2499cm3−1919,5122cm3

2499cm3 =0,23188

∅=23,188 %

La porosidad hallada es total porque la relación se hace solamente con el volumen de los granos sin tener en cuenta la interconexión de los poros.

10.12. Usted provee de tres tamaños de partículas. Una es de gravilla uniforme con el 25% de porosidad. La segunda es una arena de grano áspero uniforme con el 38% de porosidad, y la tercera es una arena de grano fino uniforme con el 33% de porosidad. Asuma que la arena de grano áspero llena los espacios vacios de la gravilla, y la arena de grano fino llena los espacios vacios de la arena de grano áspero. ¿Cuál es el volumen de la gravilla, de la arena grano fino y la arena grano áspero requeridos para obtener un pie cubico de la mezcla con la mínima porosidad? ¿Cuál es la porosidad de la mezcla?

V total=1 ft3

Gravilla (ϕ=25%):

0,25=V poroso

V total

→V poroso=(0,25 )∗(1 ft3)=0,25 ft3

V gravilla=1 ft3−0,25 ft3=0,75 ft3

Llenando el volumen poroso con arena de grano áspero queda un espacio poroso de:

Arena de grano áspero (ϕ =38%):

V poroso=(0,38)(0,25 ft3)=0,095 ft3

V arena granoaspero=0,25 ft3−0,095 ft3=0,155 ft3

Llenando el volumen poroso con arena de grano fino queda un espacio poroso de:

Arena de grano fino (ϕ =35%):

V poroso=(0,33)(0,155 ft3)=0,05 115 ft3

V arena grano fino=0,095 ft3−0,05115 ft 3=0,04385 ft3

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Así que:

Muestra Volumen ft3

Gravilla 0,75Arena grano áspero 0,155

Arena grano fino 0,04385Total grano 0,94885

∅=V total−V total grano

V total

=1 ft3−0,94885 ft3

1 ft3 =0,05115 ft3

1 ft3

∅=5.115 %

10.13. Cuáles son las ventajas de las diferentes herramientas de registro para determinar la porosidad según la litología de la roca.

Para conocer las ventajas de los métodos de registro utilizados en la determinación de la porosidad; primero conoceremos algo de cada uno de ellos. Principalmente son tres tipos de registros para determinar la porosidad según la litología de la roca: el registro neutrónico de porosidad, el registro sónico y el registro de densidad. Cuando se combinan dos o tres registros de porosidad, es posible determinar la porosidad sin necesidad de conocer la litología, aun en casos de litologías complejas (compuestas por mezcla de dos o más componentes como caliza, dolomita y arenisca).

METODO DEFINICION VENTAJASRegistro

NeutrónicoLas herramientas neutrónicas fueron las primeras en usar fuentes radioactivas para determinar la porosidad de formación de un pozo. Estas herramientas responden a la concentración de átomos de hidrogeno presentes en la formación. En formaciones limpias, desprovistas de shale, la herramienta neutrónica mide con precisión la porosidad llena con líquido, ya sea crudo o agua. Las herramientas neutrónicas se pueden correr en cualquier tipo de pozo, abierto o revestido, lleno con lodo base agua o con lodo base aceite.

El dispositivo cuenta con una fuente radioactiva que emite neutrones a alta velocidad y energía y que chocan con las paredes del pozo

Los registros se hacen a 1800 pies de profundidad subiendo.

Registro Sónico

Es la herramienta más versátil de todas. La herramienta sónica mide el tiempo de viaje que gasta una onda compresional, P, en recorrer un pie de

La herramienta consiste en un transmisor de ondas acústicas de 20000 ciclos/seg. y de uno o más receptores.

29

una formación. Este tiempo se expresa en microsegundos por pie. Este tiempo es función de factores como la porosidad, la litología de la formación y el fluido presente en la zona lavada de la roca porosa.

Registro de Densidad

Es primordialmente un indicador de porosidad y constituye una de las herramientas más valiosas en la evaluación de pozos. Se usa en pozos abiertos, perforados con cualquier tipo de lodo; en combinación con otras herramientas de porosidad, además de estimar porosidad, tiene las siguientes aplicaciones: determinar litología, tipo de fluidos porales, evaluar areniscas arcillosas y litologías complejas.

La herramienta mide la densidad de electrones, ρe, más no la densidad total del conjunto roca-fluido, ρb.

10.14. En un registro sónico indica que el tiempo de tránsito en una formación de caliza es de 77 microsegundos/pie. ¿Calcule la porosidad?

∅ s=∆ t c−∆ tma∆ tf−∆ tma

Dónde:Δtc = Es el tiempo de viaje de la onda frente a la zona de interésΔtma = Es el tiempo de transito intervalo de la matrizΔtf = Es la velocidad de propagación en el fluido. Asumiendo lodo salado

Para este caso especifico se tienen los siguientes valores:

∆ t c=77 μseg / ft

∆ tma=47,5μseg / ft→ paraunacaliza

∆ t f=185 μseg / ft→ paralodo salado

Se reemplaza, y se obtiene:

∅ s=77 μseg / ft−47,5μseg / ft

185 μseg / ft−47,5μseg / ft

∅ s=21,45 %

30

10.15. En un registro de densidad indica la densidad total en una sección arenisca es de 2,37 granos/cm3. ¿Calcule la porosidad de la roca saturada con agua?

Para este tipo de registro, la ecuación utilizada es:

φD=ρma−ρb

ρma− ρf

Dónde:

ρma= Densidad de la matriz.ρb= Densidad total.ρf= Densidad del filtrado del lodo, se utiliza agua.

Para este caso específico:

ρma=2,63gr /cm3→para caliza

ρb=2,37 gr /cm3

ρ f=1,0 gr /cm3→ paraagua

Reemplazando:

φ=ρma−ρbρma−ρw

ϕs=(2.63−2.37 )g/cc(2.63−1.0 ) g/cc

=15.95 %

10.16. Un yacimiento el Dificil tiene una compresibilidad de la roca es de 12*10-6 psi-1. ¿Cuál es el cambio en el volumen poroso de la formación cuando la presión disminuye de 1500 a 1000 psi? ¿El volumen poroso aumenta o disminuye? Suponga que la compresibilidad permanece constante sobre el rango de presión.

ϕ=ϕo [1+C f (P−Po)]

ϕ=ϕo [1+12 x10−6 psi−1(1000−1500)]

ϕ=0,9832ϕo

ϕ=V poroso

V Total

31

0,9832ϕo=V poroso

V Total

Despejando el volumen poroso se tiene:

V poroso=0,9832ϕo∗V Total

El volumen poroso disminuye un 1.68%

10.17. Estime la compresibilidad de una formación que está caracterizada por una porosidad de 15%, usando la correlación de Hall y la correlación de Newman. Compare los resultados.

Correlación de Hall:

C f=( 1,782

∅ 0,438 )10−6

C f=( 1,782

(0,15)0,438 )10−6

C f=4,0905∗10−6 lpc−1

Correlación de Newman:

Para arenas Consolidadas Para Calizas

a=97,32∗10−6 a=0 ,8535b=0,699993 b=1,075c=79,8181 c=2,202∗10−6

C f=a

[1+cb∅ ]1,42859

Para arenas consolidadas:

C f=97,32∗10−6

[1+(79,8181)(0,699993)(0,15)]1,42859

C f=3,9744∗10−6 lpc−1

Como se puede ver los resultados son muy similares sin embargo, se considera que la correlacion de Newman es mucho más exacta debido a que el autor baso su estudio en un rocas especificas mientras que Hall no.

32

10.18. Al yacimiento el Dificil se le determino en el laboratorio la porosidad promedio a los intervalos productores de 24 pozos, por el método del porosímetro de expansión de helio. La tabla, resume los resultados de la porosidad, elaborar el histograma de porosidad y distribución estadística de la porosidad. Clasifique las porosidades en rangos de 2% y determine la porosidad promedio, analice el histograma.

Estadistica Descriptiva para Porosidad pozos campo el Dificil

Media 0.16800417Error típico 0.00494144Mediana 0.17005Moda #N/ADesviación estándar 0.024208Varianza de la muestra 0.00058603Curtosis -0.44953745Coeficiente de asimetría -0.3789896Rango 0.0896Mínimo 0.1172Máximo 0.2068Suma 4.0321Cuenta 24

Rango de ϕ (%)

Valor medio en cada rango

Numero de muestras

(n)

Frecuencia Fi (%)

Frecuencia acumulada

ϕ*Fi

<14 12.915 4 0.1666667 0.1666667 2.1525

(14-16] 14.98 3 0.125 0.2916667 1.8725

(16-18] 16.958 10 0.4166667 0.7083333 7.0658333

(18-20] 19.045 4 0.1666667 0.875 3.1741667

>20 20.276 3 0.125 1 2.5345

Total muestras 24 ∑∅ i Fi 16.7995

Para calcular la porosidad promedio se utiliza la siguiente fórmula:

∅ a=∑i=1

n

∅ iF i

Como se muestra en la Tabla este valor corresponde a: ∅ a=16.7995

33

13.99 15.99 17.99 19.99 21.990

2

4

6

8

10

12

f(x) = 1.625 x⁴ − 19.75 x³ + 81.875 x² − 132.75 x + 73R² = 1

Histograma

FrecuenciaPolynomial (Frecuencia)

Clase

Frec

uenc

ia

10.19. Respuesta al cuestionario de la guía.

CUESTIONARIO DE LA GUIA.

A. ¿Cuál son las ventajas de este método? Es un método sencillo y rápido para el cálculo de la porosidad efectiva en las rocas de un

yacimiento Requiere menos manipulación de la muestra con respecto a otros métodos como el de

saturación Las mediciones se hacen en forma directa, por tanto hay menos fuente de error

B. ¿porque se usa helio en la determinación de la porosidad?Se usa helio porque este es un gas que tiene un comportamiento muy similar al de los gases ideales, de tal forma que se puede utilizar la ley de Boyle – Mariotte sin que ello conduzca a errores extremos en la determinación de las presiones y volúmenes. También, el Helio presenta gran fluidez lo cual garantiza su entrada a todos los poros efectivos de la muestra y por ser un gas noble no reacciona con la roca (NO LA CONTAMINA).

C. ¿Por qué es necesario hacer vacío a los cilindros de referencia y muestra?Se hace vacío en las cámaras para que el helio posteriormente invada todo el espacio vacío existente. Si se presenta una mezcla del Helio con otro gas como el aire hay una desviación respecto al comportamiento ideal que se requiere para la aplicación de la ley de Boyle – Mariotte.

D. Deduzca las expresiones para calcular V1 y V2 con los datos de calibración

P1∗V 1=P2 (V 1+V 2−V pm−V C 1 )

34

P1 .V 1=P2 (V 1+V 2−V pm−V C 2 )

Donde:Vc1 : volumen conocido del cilindro 1.Vc2 : volumen conocido del cilindro 2.V1 : volumen de la cámara 1.V2 : volumen de la cámara 2.P1 : presión con el volumen conocido 1.P2 : presión con el volumen conocido 2.Vpm : volumen del porta muestras.

E. ¿Cuál es el porcentaje de error cometido según los resultados de calibración?

35

BIBLIOGRAFIA

GUÍA DE LABORATORIO DE YACIMIENTOS, experiencia de porosidad efectiva utilizando el porosímetro de expansión de Helio. Experiencia 5, laboratorio de yacimientos,

programa de ingeniería de petróleos, facultad de ingeniería.

ESCOBAR MACUALO FREDDY HUMBERTO, Fundamentos de ingeniería de yacimientos, capitulo 2: Propiedades físicas del medio poroso; 2.1 Porosidad (Pág. 48-55). Editorial Guadalupe Ltda

MAGDALENA PARIS DE FERRER, fundamentos de ingeniería de yacimientos, capitulo 05: Propiedades de la roca; 1. Porosidad (Pág. 221-236). Copyright 2010 edicion especial Goajiro Blanco.

Facultad de Ingeniería en Ciencias de la Tierra (1), Escuela Superior Politécnica del Litoral (ESPOL), (calibración de un instrumento de laboratorio para medir Porosidad usando helio, manipulado para: Marco teórico, Numeral 2.2, Pag. 7). http://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/211/1/354.pdf

M. en C. Alfredo Velásquez Márquez Profesor de la Facultad de Ingeniería de la UNAM (Ley de Boyle, manipulado para: Marco tercio, Numeral 2, Pág. 5-6). http://dcb.fi-c.unam.mx/CoordinacionesAcademicas/FisicaQuimica/Quimica/articulos/a_boyle.pdf

36