Materia: Ingeniera de Reservorios 1 Curso: QuintoAPropiedades Fsicas del Agua de Formacin 1. Introduccin El origen de las aguas de formacinEsta nota trata sobre elorigen de las aguas de formacin (ver definiciones en anexo), un aspectopoco difundido en la industria petrolera que ha sido estudiado desde la geoqumica.Esta nota pertenece a los apuntes del curso sobre aguas que ofrece GP. Un poco de historia!osproductorestempranosdepetrleonoprestaronmuchaatencinalasaguassalinasqueloacompa"aban.En #$%&, elprimer laboratorio comercialde an'lisis de coronas, extra(o sales de un testigo lo quellevo a sospechar la existencia de agua indgena a la arena productora de petrleo.)ett*e (#$+&), fue elprimero en reportar la presencia de agua en una arenisca petrolfera, aunquepenso que la misma haba sido introducida por la perforacin.En#$%,, -unnreconociqueaguasmigratoriassubterr'neaspodanser laprincipal causadeacumulacin . transporte de petrleo . gas (teora poco demostrable en la actualidad). !a palabraconnata fue utili/ada por !ane . Gordon para significar agua intersticial depositada con lossedimentos.El reconocimiento . an'lisis de las aguas de formacin 0 .). (subsurface oilfield 1aters) es estudiadopor una rama de la geoqumica que es la del estudio de las aguas subterr'neas . est' ligado a laqumica analtica, la geoqumica . la geologa.2. AntecedentesEl volumen total de agua en la hidrosfera es cercano a #++& x #,#& m+ el cual23 El ,,4 5 es agua subterr'nea . menos del 6, 5 de la misma est' alo(ada deba(o de los #,,, mt. El#6 5 de las aguas subterr'neas est' presente en las rocas sedimentarias (#,+ x #,#& l).3 El $7,# 5 es agua de mar.3 El %,+ 5 es agua dulce superficial.!as trampas de los hidrocarburos son las rocas sedimentarias que constitu.en el 6 5 de la litosferadistribuida27, 0 &, 5 como lutitas.3 & 0 #, 5 como areniscas.Carrera: Ingeniera Petrolera AEscuela Militar de IngenieraMateria: Ingeniera de Reservorios 1 Curso: QuintoA3 6 0 #8 5 como calcitas.!as ) pueden ser23 guas que quedaron entrampadas durante la sedimentacin.3 guas metericas infiltradas.3 9na combinacin de ambas.:ichodeotraforma, unaguasingen;ticapuedeser expulsadadurantelacompactacindelossedimentos . luego me/clarse con aguas metericas.unque las ) difieren mucho en su composicin de las aguas de mar actuales< se presume que lasroca reservorio se han depositado en las aguas de mares antiguos (!evorsen, =have). Existen pocasevidencias de la composicin de aguas de mar del pasado geolgico, adem's, aunque se acepta quelas ) son remanentes delagua de mar, son tantos los mecanismos de alteracin posible que esdifcil asociar unas con otras.El)entrampada en la sedimentacin tambi;nexperimenta modificacionespost 0 deposicionalesdebido a la diag;nesis de aguas . rocas.ltimos #,& 0 #,$ a"os. Rol del agua en la meteorizacin!a meteori/acin es el factor m's importante en la transformacin de las rocas sedimentarias . el roldel agua es esencial en particular en los procesos qumicos . bacteriolgicos . en menor medida enlos fsicos.!as tres funciones m's importantes del agua en la diag;nesis son23 :isolvente.3 ?ransportador.3 =atali/ador.!as notables propiedades disolventes del agua se deben a la marcada naturale/a polar del agua. !afuer/a de atraccin entre eldipolo . los iones en una superficie de cristales la responsable de ladestruccin de los cristales en solucin, el proceso se llama hidrlisis. :icho de otra forma la hidrlisissignifica una reaccin qumica donde los iones en las mol;culas delagua se rompen . se formannuevas uniones.El agua es mu. eficiente transportador de iones en la solucin. !os iones transportables en solucinson los que presentan potenciales inicos menores a + (cationes) . ma.ores a #% (aniones).Carrera: Ingeniera Petrolera AEscuela Militar de IngenieraMateria: Ingeniera de Reservorios 1 Curso: QuintoA!"A2 El potencial inico expresa el grado de hidratacin de los iones . es igual a @AB donde @ es lacarga el;ctrica . B el radio inico. !a hidratacin se aplica a una adsorcin o asociacin de mol;culasde agua a otras mol;culas, iones o superficies . no debe confundirse con hidrlisis.=uando el potencial inico se encuentra entre + . #% los iones disueltos son inestables . precipitancomo hidrxidos quedando inmovili/ados. Por e(emplo23 ?ienen @AB menor a +2 sodio, manganeso, litio . bario.3 ?ienen @AB entre + . #%2 magnesio, aluminio . silicio.3 ?ienen @AB ma.or a #%2 carbono, fsforo . a/ufre.:ecimos queel agua es unbuencatali/adorporque puedeacelerar reacciones qumicas sinmodificarse, reduce las barreras de energa de activacin. #eteorizacin $umicaEs posibledistinguir cuatromecanismos demeteori/acinqumica, los cuatropuedensucedersucesiva o simult'neamente.!a disolucin de minerales solubles2Ca=l (s) D E%F CaD (ac) D =lG (ac) (Ealita) ac H acuoso s H slido!a oxidacin por presencia de oxigeno libre se acelera con la temperatura2Iilicato ferroso (s) D %,6 F% D 6 E%F % Eidrxido D Jcido);rrico Iilcico!a hidrlisis es seme(ante a la disolucin excepto en que el agua reacciona qumicamente.Iilicato de magnesio (s) D 8 E%F % -g (EF)% (ac) D Jcido Iilicico (ac)-g (FE)% (ac) % -g (ac) D 8 (FEK) (ac)Fbs;rvesequelareaccinhacialai/quierdasolopredominahastaquelasvelocidadesdelareaccindirecta e inversa seigualan .cesa.Ii el aguadereaccin esreempla/adapor elaguaLpuraM la reaccin continua.!adolomiti/acin, laformacindefosfatos, depiritas.aundel petrleosonresultadosdeladiag;nesis bacteriana que no trataremos aqu. Am%iente &edimentario ' Aguas AsociadasIi noexistieselaposibilidaddealteracionesdiagen;ticas.por el ingresodeaguasmetericas,podra establecerse una correspondencia entre ) . los ambientes de deposicin.Carrera: Ingeniera Petrolera AEscuela Militar de IngenieraMateria: Ingeniera de Reservorios 1 Curso: QuintoAA( Am%ientes deposicionales de las rocas clasticas.!as )deambienteselicos.fluvialesusualmentecontienenmenosde#,.,,,mgAl deslidosdisueltos.!os depsitos marinos regresivos son sedimentos transportados desde el continente . decantados enel mar. !a salinidad de estos medios vara entre +6.,,, mqAl (de mar) . %,.,,, mgAl (de estuario).!os depsitos batiales 0 abisiales est'n formados en /onas profundas marinas.!os ambientes lacustres son de agua dulce (menos de #.,,, mgAl) aunque en lagos salinos puedenllegar a +6.,,, mgAl.)( Am%ientes deposicionales de las rocas car%onaticas.!a meteori/acin libera calcio que pasa a solucin como bicarbonato. !a solubilidad de losbicarbonatosdependedel dioxidodecarbonodisueltoenel agua.lap;rdidadel mismoporevaporacin, calentamientoodisminucindepresinconducealaprecipitacindel carbonatodecalcio.El carbonatoprecipitadopuedeser puroocoprecipitar conarena, arcillaomateriaorg'nica. !asalinidad de las ) en estos ambientes es del orden de los +4.,,, mgAl.*(Am%ientes deposicionales de rocas de e+aporacin , depsitos salinos dee+aporitas.!a deposicin de evaporitas ocurre cuando el agua de mar se evapora ba(o condiciones ambientalesrestringidas. !adeposicinevaporticapuededetenersepor cambiodel r;gimenclim'ticooportectonismo. Pueden tambi;n ingresar aguas for'neas a la cuenca de evaporacin.Existen cinco ambientes (grados de salinidad) en los cuales el agua puede variar desde +6.,,, mgAl(marino normal) hasta 6,,.,,, mgAl (ambiente super salino). Una Propiedad Importante -e .as Af/ Ph ' Eh.E! Ph es el potencial de hidrogeno . una medida del equilibrio de acide/ 0 alcalinidad del agua. El Phde un ambiente es un factor importante para determinar si ciertos minerales precipitaran o no desdeel agua. !a deposicin de la =alcita (=a=F+) es tpica de un Ph superior a 7,&. !a Ilice se depositasolo en ambientes 'cidos.ElEho potencialredoxde (oxidoreduccin) es una medida de la intensidad relativa de lascondiciones oxidantes o reductoras de un sistema acuoso.:e unamanera general,lossedimentossedepositan seaencondiciones oxidantes(aerbicas) oreductoras (anaerobicas) con Eh positivo o negativo respectivamente.!a deposicin de Eematita (F+)e%) indica un ambiente mu. oxidante, la de PiritaCarrera: Ingeniera Petrolera AEscuela Militar de IngenieraMateria: Ingeniera de Reservorios 1 Curso: QuintoA()eI%) mu. reductor. !a presencia de Iiderita ()e=F+) indica un ambiente intermedio.L!as aguas connatas han sido alteradas tanto en su composicin que realmente representanactualmente al agua que estaba presente cuando se form el ambiente.M Alteracin Profunda -e .a *omposicin -el AfNarios procesos capaces de funcionar en subsuperficie pueden alterar la composicin .Aoconcentracin de las ). Eemos dado e(emplos de modificaciones diagen;ticas minerales . en esteapartado nos referiremos a las modificaciones diagen;ticas del agua singen;tica. -'s adelante nosreferiremos al ingreso de aguas metericas en subsuperficie.Intercam%io Inico9na propiedad caracterstica de los minerales arcillosos es su capacidad de intercambio inico, enparticular catinico(vernuestra Cota ?;cnicaCO#8). Elprocesodeintercambio esunmodificadormu. importante de la composicin inica de las ).!as arcillas fi(an cationes di . trivalentes liberando mono . divalentes al agua.El PP es un proceso estequiom;trico (equivalente 0 equivalente) . reversible.unque es predominante en arcillas la ma.ora de los minerales de tama"o coloidal (menor a dosmicrones) tienen cierta capacidad de intercambio como resultado de uniones rotas alrededor de susestructuras (desbalance de cargas).#em%ranas &emipermea%les 0#s(Particularmente >til para explicar la concentracin de aguas salinas en acuferos recargados por aguadulce las -I act>an como Ltamices salinosM. Este proceso est' ligado a la movilidad inica . lo est'tambi;n a arcillas o !utitas.El agua que pasa a trav;s de una -I es de menor concentracin que la que permanece en la !utita .el proceso puede sucederse indefinidamente en secuencia vertical.-ilucin -e Af &ingeneticas *on Agua -e ReaccinEl agua liberada de transiciones minerales puede diluir las ). Por e(emplo puede liberarse agua en latransformacin de Qeso a nhidrita o de Imectita a Pllita.El Ingreso -e Aguas #etericas 0Am(Eemos visto algunas causas por las cuales las aguas singen;ticas pueden llegar a modificarse. !as- pueden infiltrarse en la formacin en cualquier momento en la transformacin del ). El an'lisisgeoqumicoespococonfiableparadetectar ingresode -debido, comovimosalasprobablesalteraciones de las especies disueltas.Carrera: Ingeniera Petrolera AEscuela Militar de IngenieraMateria: Ingeniera de Reservorios 1 Curso: QuintoAEn circunstancias particulares, el agua original depositada durante la formacin del ambiente, puededesaparecer . ser, por e(emplo, reempla/ada por agua de origen meterico.El estudio isotpico de las ) es particularmente >til para detectar intrusiones de aguas metericas obien para otros estudios hidrogeolgicos.LEl proceso modificador de la qumica del agua singen;tica puede ser de dos tipos2 ) -e/clado o reempla/o con aguas metericas.R) Beacciones con minerales .Ao materia org'nica que oclu.en el agua.MLunque se presume que gran parte de las ) provienen de aguas de mares antiguos, el hecho queexistan)(connatas) consalinidadesquevandesdedulcehastadie/veceslademar planteamuchas dudas acerca del origen de las ) fsiles.!as concentraciones m's ba(as que las de agua de mar, aunque generalmente asociadas a dilucincon aguas metericas, podran deberse al origen no marino de los sedimentos asociados.ME+idencias &o%re .a 1istoria -e .a $umica -el Agua -e #arIeraincorrectoterminar estanotasinampliar laideaquesuponequeel origendelas )mu.salinas, han sido los mares antiguos.Neamos algunas cuestiones vinculadas a la evaporacin del agua de mar. En #&8$ el qumico italiano9siglio evaporo una muestra de agua del mar -editerr'neo a sequedad, . recupero e identifico losproductos de la evaporacin, los resultados fueron2!os experimentos de 9siglio demuestran que cuando se reduce el volumen original del agua de mar am's o menos la mitad precipita la =alcita. =uando el volumen es #A6 lo hace el .eso . al ser #A#, laEalita. ?odos los depsitos de sal (de evaporitas) est'n formados por la evaporacin del agua de maren un bra/o semi aislado o totalmente aislado del mar en una regin 'rida. ?ambi;n pueden formarseen cuencas continentales de acumulacin de aguas singen;ticas de sedimentos marinos (agua demar fsil).Betomemos ahora el tema del ttulo. !as aguas subsuperficiales de cuencas antiguas probablementerepresentenremanentesdeaguademarentrampadosconlossedimentosenel momentodesuCarrera: Ingeniera Petrolera AEscuela Militar de IngenieraMateria: Ingeniera de Reservorios 1 Curso: QuintoAdeposicin. =iertas evidencias qumicas sugieren que algo de estas aguas puede haberse movido aconsiderables distancias desde su deposicin . el factor m's probable de despla/amiento pudo habersido la compactacin.EemosvistoqueenlosambientesdeposicionalesdelasEvaporitaslassalinidadesdelasaguassingen;ticas pueden variar desde +6.,,, mgAl de slidos disueltos . en la tabla CO# vemos que enese punto .a precipitan carbonatos . carbonatos dolomiti/ados. partir de all podemos llegar a aguas madres de %6,.,,, a +6,.,,, mgAl en ambientes salinos .super salinos.Besulta entonces consistente suponer que la concentracin del agua de mar deL!a industria del petrleo . la geotermia, han trado a la lu/ la ma.ora de los hechos vinculados conlas aguas connatas en cuanto a su ocurrencia composicin . concentracinM.-efiniciones Agua#eteorica/guaquehaestadorecientementeinvolucradaenlacirculacinatmosf;rica. Agua Intersticial/ Es la contenida en los sistemas porales, puede ser2A( &ingen2tica / ()ormada con) agua formada simult'neamente a la sedimentacin. El agua =onnata(nacida con) o fsil es el agua de origen singen;tico.)( Epigen2tica / agua originada por subsecuente infiltracin en las rocas.*(-iagen2tica /aguaquesehaalteradofsica, qumica, obacteriolgicamenteantes, duranteodespu;s de la consolidacin de los sedimentos. Agua-eFormacin/agua naturalmente presente en las rocas inmediatamente antes de laperforacin. -iag2nesis/ ?ermino empleado por Non GSmbel (#&&&). En un sentido general se refiere a lasreacciones que tienen lugar dentro del sedimento entre minerales o entre minerales . fluidosintersticiales. #eteorizacin/ lteracin de las rocas por efecto del aire, agua o mec'nico de desgaste.LEn esta nota utili/amos indistintamente los t;rminos diag;nesis o meteori/acin.MAn3lisis -e Aguas -e Formacin Aguas de formacinguas de formacin son las aguas que emergen de las formaciones geolgicas durante lasperforaciones petroleras . las que se obtienen como subproducto durante la produccin de un po/opetrolero. !aindustriapetrolerahausadolosan'lisisdeaguapor muchosa"osparaidentificarformaciones, compatibili/ar estudios, control decalidaddeagua, .evaluacindeproblemasdepolucin.Carrera: Ingeniera Petrolera AEscuela Militar de IngenieraMateria: Ingeniera de Reservorios 1 Curso: QuintoA An3lisis rutinario de aguas de formacin!os par'metros que se determinan en un agua de formacin est'n basados en las normas PP queinclu.en las siguientes determinaciones2?abla +K2 n'lisis fsicoKqumico de aguas de formacinCT Par'metros -;todo analtico#.K Iodio I%.K =alcio Nolum;trico+.K -agnesio Nolum;trico8.K Eierro Espectroscopia6.K Rario Espectroscopia4.K Potasio Espectroscopia7.K =loruros Nolum;trico&.K Iulfatos Espectroscopia$.K Ricarbonatos Nolum;trico#,.K =arbonatos Nolum;trico##.K PE PE metro#%.K Ilidos Iuspendidos ?otales Espectroscopia#+.K ?urbide/ ?urbidimetrico#8.K Fxgeno :isuelto Fxmetro#6.K :ixido de =arbono Nolum;trico#4.K Iulfuros Espectroscopia#7.K ?otal Ilidos :isueltos Gravimetrico#&.K Gravedad Especifica Picnometro#$.K Besistividad Besistividad . calculo%,.K Ialinidad ?otal =alculo%#.K Pndice de Itiff . :avis =alculo E4presin de los resultados!aconcentracindelosdiferentesconstitu.entes, aniones.cationesas comolasalinidad, sonexpresados en diferentes formas2L-iligramos por litro (mgA!).K Este es la unidad de concentracin recomendado por el PP para aguade formacin.L-ili equivalentes por litro (meqA!).K lgunos laboratorios tambi;n reportan los resultados enmiliequivalentes por litro. En nuestros informes los resultados son expresados en ambas unidades. -eqA ! H mgA! A Peso equivalenteLBepresentacingr'ficadelosresultados.K !osresultadosdelosprincipalesionestambi;nsonCarrera: Ingeniera Petrolera AEscuela Militar de IngenieraMateria: Ingeniera de Reservorios 1 Curso: QuintoArepresentados en una gr'fica llamada gr'fica de Itiff, la finalidad de esta gr'fica es para hacer unacomparacin visual con otros resultados. "iempo de entrega de los resultadosEl informedelosresultadosdel an'lisisesentregadoen8&horas, tomandoencuentadesdeelmomento en que la muestra llega al laboratorio . teniendo un recargo de %8 horas por cada muestraadicional, o sea, si son m's de una muestra.*orrelaciones Para &istemas -e Agua Factor 5olum2trico de Formacin del AguaEsta propiedad se eval>a mediante la correlacin de :onson . Itanding.w = (A + B P + C PU) SALCOR Agua sin gasA = ,.$$87 + 6.&x#,K4 + #.,%x#,K4 TUB = K8.%&&x#,K4+ #.&+74x#,K& T - 4.77x#,K## TUC = #.+x#,K#, D #.+&6+x#,K#%T + 8.%&6x#,K#6 T Para agua saturada con gasA = ,.$$## D 4.+6x#,K6 T D &.6x#,K7 TB = K#.$,+x#,K4 K +.8$7x#,K$T+ 8.67x#,K#% TUC = K6.#x#,K#, D 4.8%$x#,K#+ T - #.8+x#,K#6 TUSALCOR H6.#V#,G&PD(6.87V#,G4 G#.$6V#,G#,P)(T G4,)D(G+.%+V#,G& D,.,,&6P)(T G4,)Nacl D# 5iscosidad del AguaEsta propiedad se estima mediante la correlacin de -eehan##2%87.& #8, ( ),.,%8#8 #, TK w W PRESCOR SALCOR G H VSALCOR H (#G ,.,,#&7 Nacl D ,.,,,%#&Nacl%.6 D T G ,.,#+6T)(,.,&%7Nacl G ,.,,,+8Nacl#.6 )PRESCOR = #.,,+# D +.6x#,K#% PU (T - 4,) *ompresi%ilidad del agua 6 gas disueltoparte de la presin, la compresibilidad del agua depende de la concentracin de sal . el efecto degas disuelto. :onson . Itanding, presentaron su correlacin para estimar la compresibilidad del agua. el gas disuelto2Carrera: Ingeniera Petrolera AEscuela Militar de IngenieraMateria: Ingeniera de Reservorios 1 Curso: QuintoACw = SALCOR(# D ,.,,&$ Rsw)(A + B T + C TU)A#,,,,,,SALCOR H (,.,6%D,.,,,%T K #.#8x#,K4 TU D #.#%#x#,K$ T+)Nacl,.7D#Rsw = (A + B P + C PU) SALCORA = %.#% D ,.,,+86T - ,.,,,,+6$TB H ,.,#,7 K ,.,,,,6%4T D ,.,,,,,,#8& TUC = K&.76x#,K7 D +.$x#,K$ T -#.,%x#,K## TUSALCOR H # K (,.,76+ K ,.,,,#7+T)NaclCota2 !a concentracin de cloruro de sodio se entra en ppm . se divide por #,,,,. 7ra+edad Especfica del Agua=uandosedesconocelagravedadespecficadel agua, peroseconoceel contenidodeslidosdisueltos en mgAlt, SDC, la gravedad especfica del agua puede calcularse con2X1 H # D ,.4$6x#,K4 SDC "ensin &uperficial&istemasgas8aceite.!acorrelacindeRa*er relacionalatensinsuperficial conlapresin, latemperatura . la gravedad del crudo.Y4& H +$ K ,.%67# APIY#,, = +7.6 K ,.%67# APIYo H ZY4& K (T K 4&)(Y4& K Y#,,)A+%[FCOR = ,.$$$&8x#,K+.%%$%4&,#%PFCOR es el factor de correccin por efecto del gas disuelto. Ie obtiene por el a(uste estadstico de lacorrelacin gr'fica de Ra*er . I1erdloff.Carrera: Ingeniera Petrolera AEscuela Militar de IngenieraMateria: Ingeniera de Reservorios 1 Curso: QuintoACarrera: Ingeniera Petrolera AEscuela Militar de IngenieraMateria: Ingeniera de Reservorios 1 Curso: QuintoACarrera: Ingeniera Petrolera AEscuela Militar de IngenieraMateria: Ingeniera de Reservorios 1 Curso: QuintoACarrera: Ingeniera Petrolera AEscuela Militar de Ingeniera