recuperación de núcleos convencionales

INGENIERÍA DE PERFORACIÓN EN LA EXPLORACIÓN PETROLERA

RECUPERACIÓN DE NÚCLEOS

INTRODUCCIÓN

La recuperación y el análisis de núcleos son solamente algunas de las muchas partes integrantes de la evaluación de formaciones.

El concepto análisis de núcleos se refiere exclusivamente a las mediciones y estudios de laboratorio que se efectúan en muestras de roca.

Dentro del ámbito de la evaluación de formaciones, se utiliza más apropiadamente el término caracterización de rocas, para referirse exclusivamente a la ciencia y el arte de obtener datos acerca de las propiedades físicas y químicas de éstas, ya sea secas o saturadas total o parcialmente con fluidos, a partir de mediciones directas de laboratorio que se efectúan en muestras de diversos tipos.

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¿QUÉ ES UN NÚCLEO?

Es una muestra continua de roca, que se obtiene de la formación mediante perforación con una barrena especial hueca (corona nucleadora), la cual es capaz de cortar tramos de roca de hasta 20 m de longitud con un diámetro máximo de 20 cm.

Estos tramos cilíndricos son llevados a la superficie para su posterior análisis.

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ANÁLISIS DE NÚCLEOS

Dicho análisis continúa siendo la piedra angular sobre la que descansa la evaluación de formaciones en su conjunto, ya que proporciona información relevante, cuya obtención no es posible por ningún otro medio.

De esta manera, las mediciones de laboratorio en muestras de roca ofrecen los medios más directos y tangibles para determinar los parámetros críticos del yacimiento.

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Los datos acerca de las propiedades de las rocas que se obtienen mediante este análisis, son utilizados principalmente para dos aplicaciones:

Calibrar y refinar la interpretación de los registros de pozos.

Determinar propiedades y parámetros de la formación que no pueden obtenerse mediante los registros de pozo, ni por ningún otro medio.

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Los datos que se obtienen de este análisis proporcionan evidencia concluyente de:

La existencia de hidrocarburos.

La capacidad de la formación en su función de recipiente de almacenamiento de los fluidos (porosidad).

La capacidad para permitir el flujo de los fluidos bajo un gradiente de presión aplicado (permeabilidad, conductividad hidráulica).

Los datos de saturación residual de los fluidos que se miden una vez que el núcleo se tiene en superficie, permiten hacer predicciones de la probable producción de aceite, gas o agua.

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Los resultados de este análisis son sumamente útiles para:

Entender el comportamiento del yacimiento.

Evaluar la respuesta de los pozos a diferentes tipos de tratamientos.

Calibrar los registros de pozo.

Establecer una base robusta para modelar el yacimiento y estimar su potencial.

Definir estrategias efectivas para su desarrollo.

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OBJETIVO FUNDAMENTAL

Recuperación de Núcleos

Obtener la mayor cantidad de muestras de roca para efectuar análisis de laboratorio, que sean representativas de las formaciones del yacimiento y preserven, según las aplicaciones a que se van a destinar, sus características nativas y su contenido de fluidos, al menor costo posible.

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Análisis de Núcleos

Obtener, mediante mediciones directas de laboratorio, datos representativos de las propiedades in-situ de las rocas y de los fluidos del yacimiento, para asistir en la optimización de la evaluación de reservas y en la recuperación de los hidrocarburos.

OBJETIVO FUNDAMENTAL

Programa de Corte y Análisis de Núcleos

Obtener información sobre las propiedades físicas y químicas de la formación y de los fluidos que ésta contiene, que pueda conducir a una o más de las siguientes metas:

Refinar la evaluación de reservas.

Descubrir nuevos yacimientos.

Aumentar la eficiencia de la producción en los yacimientos que ya se encuentren bajo explotación.

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PROGRAMA DE TOMA Y ANÁLISIS DE NÚCLEOS

Programa de Toma y Análisis de Núcleos

Establecer los objetivos específicos del programa.

Determinar el tipo de pruebas mediante las cuales se pretenden cumplir los objetivos.

Seleccionar las localidades de donde se extraerán los núcleos.

Seleccionar los procedimientos para corte, manejo y preservación de los núcleos.

Revisar el programa de análisis de núcleos para que cubra todo el estudio integral del yacimiento.

Obtener la mayor cantidad de muestras de roca para efectuar análisis de laboratorio, que sean representativas de las formaciones del yacimiento y preserven su mojabilidad y su contenido de fluidos, al menor costo posible. Es necesario adoptar las siguientes etapas:

OBJETIVO:

Planificación de un Programa para Corte y Análisis de Núcleos

Con el fin de garantizar que de un programa de recuperación de núcleos se pueda derivar la máxima cantidad de información posible, es necesario observar las siguientes medidas:

1. Tomar los núcleos lo más pronto posible en el programa de perforación.

2. Tomar núcleos en una sección transversal de pozos.

3. Tomar núcleos en uno o más pozos, para validar la mojabilidad de la roca.

4. Analizar cuidadosamente en el laboratorio el material de los núcleos recuperados para obtener los datos requeridos, tanto de las pruebas de caracterización básica como de los análisis especiales.

5. Preservar y almacenar adecuadamente las muestras utilizadas y el material sobrante de los núcleos, para posibles análisis futuros.

¿Que Información podemos obtener de lo Núcleos?

Petrofísica e Ingeniería de Yacimientos

Permeabilidad Porosidad Correlaciones k/Φ Permeabilidad Relativa Presión Capilar Datos para refinar los cálculos de registros:

Propiedades Eléctricas

Densidad de grano

Registros Core-δ

Mineralogía

Estudios de Recuperación Mejorada Cálculos de Reservas

Porosidad

Saturación de Fluidos

Perforación y Terminación Estudios de compatibilidad fluidos/formación

Tamaño de grano para diseño de empaques de grava

Mecánica de rocas (Geo mecánica)

SELECCIÓN DEL INTERVALO PARA LA TOMA DE NÚCLEOS

Selección del Intervalo para la Toma de Núcleos

La profundidad donde cortar un núcleo depende de:

1. Tipo de pozo: Exploratorio/ Desarrollo

2. Tipo de información requerida: Geológica/ Yacimientos/ Perforación, etc.

Pozo Exploratorio: Se requiere evaluar loshorizontes que por correlación tienenposibilidades de ser productores

1. Se cortan 1 a 2 núcleos por intervalo dependiendodel análisis del primer núcleo.

2. Se puede obtener información de: Litología, textura, edad, depositación, planos de fractura, porosidad, permeabilidad, saturación de fluidos, etc.

Pozo Desarrollo: La información requerida depende de losantecedentes de producción de los pozos. Se corta un núcleo por formación en los pozos de correlación.

1. Distribución de porosidades y permeabilidades.2. Permeabilidades relativas, Saturación residual de crudo.3. Mojabilidad4. Presión Capilar5. Contacto Agua-Aceite6. Etc.

I. Las coronas corta núcleos tienen una abertura circular de manera que pueda pasar el núcleo a través del barril cuando se esté cortando (el corte produce un cilindro largo de roca conocido como núcleo).

II. Las coronas cortanúcleos tienen roscas para conectarse al barril nucleador en lugar de conexiones API, que la mayoría de barrenas perforadoras tienen.

CORONAS PARA EL CORTE DE NÚCLEOS

Estas coronas difieren de las barrenas de diamantes de perforación convencional en dos aspectos:

Componentes de las coronas

Las coronas cortanúcleos de diamante están integradas de 3 partes básicas:

1. La corona, donde se encuentran los diamantes.2. El espacio vacío, de acero, al que la corona se conecta.3. Portabarrena, que contiene las roscas para la conexión del barril nucleador.

Consideraciones para seleccionar las barrenas corta núcleos

20 Estos factores incluyen:

Las características de la formaciónLa capacidad de las bombas de lodoLa composición y propiedades de los fluidos de perforación El número de estabilizadores usadosLa cantidad de núcleos por obtenerProblemas con el agujeroEl tamaño del agujero deseado y el tamaño del núcleo.

Tipos

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TIPO DESCRIPCIÓN

RC Diamante Sintético Policristalino (PDC)

ARC Anti-giro (PDC)

C Diamante Natural

SCBallaset thermally-stable synthetic diamond and sintered diamonds

Características de las coronas PDC

Corona Caracteristicas Resistencia a la Tipo de

cortadores Dureza de la formaciónDispositiv

o

Compresión (PSI) suave mediomedio duro duro antigiro

ARC325 Resistencia a las pequeñas capas abrasivas. Rocas: Limolita, Dolomita, Mudstone, Caliza.

Alta (7500-15000)

Pequeño

x x

ARC412* Donde la máxima velocidad de penetración se requiere para una baja invasión y alta perforabilidad. Roca: Arcilla, Lutitas, Anhidrita (Evaporitas).

Baja (1500-3500)

Ligero x x x x

ARC425* Diseñado para obtener núcleos a un optimo ritmo de penetración. Baja resistencia a capas interestratificadas duras. Roca: Arena, Lutita.

Baja (3500-7500) Mediano x x x x

Características de las coronas PDC


cortadores Dureza de la formación Dispositivo


ARC427 Alta resistencia a la compresión de pequeñas capas abrasivas. Roca: Limolita, Dolomita, Mudstone, Caliza.

Alta (7500-15000)

Pesado

x x x x

ARC435 Core Drill con Drilling Plug. Diseñada para perforar formaciones con una variedad amplia de núcleos a un óptimo ritmo de penetración.

Mediano x x x x

RC 478 Alta resistencia a la compresión de pequeñas capas abrasivas. Roca: Limolita, Dolomita, Mudstone, Caliza.

Alta (7500-15000)

Pesado

x x x

RC 476 Baja resistencia a la compresión de capas interestratificadas duras. Roca: Arena y Lutita.

Baja (3500-7500) Mediano x x x

Características de las coronas con diamante natural


cortadores Dureza de la formaciónDispositiv

o


C201 Formación dura y densa con alta resistencia a la compresión, pero no abrasivo. Roca: Caliza, Dolomia.

Alta (15000-30000)

Mediano

x x

C23 Muy alta resistencia a la compresión de algunas formaciones con capas abrasivas. Roca: Areniscas.

Muy alta (>30000)

Rígido

x

Características de las coronas Ballaset

Corona Características Resistencia a la Tipo de

cortadores Dureza de la formación Dispositivo


SC 226 Resistencia a pequeñas capas abrasivas. Rocas: Limolita, Dolomita, Mudstone, Caliza.

Alta (7500-15000) Triangular

x x

SC 278** Núcleos en formaciones muy abrasivas, fracturadas o duras. Roca: Arenisca, Caliza, Dolomita.

Muy alta (15000-30000)

Rígido

x x

SC 279** Formaciones duras y abrasivas con alta resistencia a la compresión en algunas capas abrasivas. Roca: Arenisca y conglomerado.

Alta (>30000) Impregnado

x

Selección basada en la litología

Muestreo de fondo o de núcleo completo

El muestreo de fondo puede ser clasificados como:

Convencional

Encamisado

Orientado

Presurizado

MUESTREO CONVENCIONAL

VENTAJAS DEL MUESTREO CONVENCIONAL

Se obtiene un nucleo mas grande, en una operacion de corte.

Es util para tomar nucleos en formaciones consolidadas de todos los tipos de litologia (areniscas, calizas, dolomias, sales, rocas igneas y metamorficas, etc.)

Es una continuacion del desarrollo de los metodos originales de la extraccion de nucleos.

DESVENTAJAS DEL MUESTREO CONVENCIONAL

La tecnica requiere que se saque toda la tuberia de perforacion del agujero y se fije el equipo especial de muestreo en ella, antes de empezar las operaciones de muestreo.

Para reanudar las operaciones de perforacion normales es necesario sacar la tuberia de perforacion del agujero y reponer el equipo de perforacion quitando el equipo de muestreo Especial

No se puede recuperar la muestra sin sacar toda la tuberia de perforacion del agujero.

El atascamiento del nucleo es uno de los motivos mas comunes para la terminacion prematura del nucleo convencional.

NUCLEOS ENCAMISADOS

• FORMACIONES SUAVES, QUEBRADIZAS O SEMI-CONSOLIDADAS

• EL MÉTODO CONSISTE EN CUBRIR EL NÚCLEO CONFORME SE CORTA CON UNA CAMISA DE NEOPRENO, DE FIBRA DE VIDRIO O ALUMINIO.

• LA CONSOLIDACIÓN ARTIFICIAL DEL NÚCLEO SE LLEVA A CABO CONGELÁNDOLO O INYECTÁNDOLE GEL PLÁSTICO. POSTERIORMENTE SE TRASPORTA AL LABORATORIO PARA SU ANÁLISIS.

NUCLEO ORIENTADO

Cuando se desconoce la orientación horizontal del barril, el buzamiento y los echados verdaderos no se pueden estimar. Además, el buzamiento y los echados verdaderos de las estructuras en diferentes partes del núcleo pueden desconocerse si el núcleo se rompe en esas partes. Para conocer la orientación de la herramienta en el fondo del pozo, se instala un multishot en un lastrabarrena antimagnético arriba del barril muestrero.

NUCLEOS PRESURISADOS

El proceso de nucleo a presion consiste de 4 pasos basicos, ademas del analisis del nucleo, los cuales son:

1. Corte del nucleo a presion.2. Entrampamiento y recuperacion de la presion.3. Procesamiento del barril nucleador.4. Congelacion del nucleo.

DESVENTAJAS

• Es una operacion de alto costo

• Las operaciones y el manejo para obtener el nucleo a presion deben realizarse con mucho cuidado para enviarse al laboratorio muestras con condiciones de yacimiento.

VENTAJAS

Evita la expansión de gas que ocurre cuando el núcleo esta dentro del pozo y se lleva hasta la superficie. La expansión del gas expulsa los fluidos del yacimiento del núcleo, siendo reemplazados, por lo general, por el lodo o su filtrado.

Se obtienen núcleos a presión exitosamente en arenas muy suaves, en secuencias de arena/lutitas, en carbonatos consolidados y en carbonatos sumamente fracturados.

NUCLEOS DE PARED

El muestrero se baja con cable, para recuperar los núcleos y cada herramienta puede recuperar un promedio de 30 a 50 muestras a diferentes profundidades y paredes de agujero. Por lo general, esta técnica se aplica una vez analizados los registros y el costo es bastante inferior comparada el muestreo de fondo. Los tipos de muestreros utilizadas son:

Por percusión

Rotatorios

NUCLEO DE PARED POR PERCUSION

VENTAJAS

El metodo es rapido debido a que se obtienen varias muestras de nucleos en un periodo aproximado de 3 horas y en un solo viaje.

El nucleamiento de pared es mas barato y puede llevarse a cabo despues de que el pozo ha sido perforado pero antes de que sea revestido.

Estos nucleos tambien se pueden emplear para analizar los cambios de la formacion que pueden afectar la produccion.

Los nucleos de pared proveen evidencia fisica de los datos de los registros electricos de la formacion y ayudan a determinar si se requieren analisis mas detallados.

DESVENTAJAS

Las herramientas de percusion algunas veces deterioran las muestras de nucleos, particularmente en formaciones duras.

Tratando de evitar que la herramienta se pegue por la rugosidad del agujero. Ciertos disparos pueden fallar, esto debido a que no se tuvo una ignicion adecuada del disparo.

NUCLEO DE PARED POR ROTACION

Se pueden tomar hasta 30 muestras por viaje y estas son de 7/8 a 15/16 pulgadas de diámetro y de 2 pulgadas de largo máximo.

En formaciones consolidadas tarda aproximadamente de 5 a 10 minutos para tomar cada muestra, en cambio, en formaciones más blandas se toma ligeramente más tiempo. En comparación con la herramienta a percusión, ésta tiene la enorme ventaja de que la alteración de las muestras por el impacto es prácticamente nula.

VENTAJAS

Permite tomar 30 o mas nucleos en una corrida en pozos horizontales, desviados o extensamente largos.

Disenado para recuperar nucleos en formaciones de rocas duras o muy compactadas inaccesible con herramientas de percusion y puede ser usado con igual exito en formaciones de rocas suaves.

Tambien se pueden obtener nucleos de 1” de diametro y 1” de longitud, por lo que se tiene una mayor calidad que los nucleos de percusion.

DESVENTAJAS

Se debe tener cuidado en el contacto de la herramienta con la pared, ya que solamente se obtienen las muestras en agujero no entubado y la rugosidad de las paredes le afecta.

Manejo y Preservación de Núcleos.

En el momento en que el núcleo recuperado es llevado a la superficie, los fluidos contenidos en el sufren alteraciones en sus propiedades debido a los cambios de presión y temperatura por los que estos atraviesan a lo largo de su camino hacia la superficie.

Extracción del Núcleo del barril.

Primero el barril muestrero interno es extraído completamente del barril externo y es lavado.

Luego el barril interno es suspendido de forma vertical, se instala una tenaza en la parte inferior del barril interno y se asegura al piso. Luego es levantado, el núcleo está entonces en condiciones de ser removido del barril

El núcleo es extraído por la cuadrilla y colocado en los contendores en tramos de aproximadamente 18 in (50 cm).

Cada Núcleo es marcado con un numero y con su orientación superior e inferior.

Registro del Núcleo.

La información acerca del núcleo debe ser anotada en la hoja de registro, la cual acompañará al núcleo hasta el laboratorio.

A los analistas del laboratorio se les debe informar acerca de cualquier irregularidad que se haya presentado durante el proceso de la extracción del núcleo.

Limpieza del Núcleo.

Los residuos del lodo pueden formar un enjarre en la parte externa del núcleo. El enjarre debe ser retirado con cuidado al momento de extraer el núcleo del barril.

El núcleo nunca debe de ser lavado porque se puede dañar. El núcleo debe limpiarse de una forma rápida para reducir la exposición y reducir la perdida de fluidos del núcleo.

Preservación del Núcleo.

El núcleo debe ser bien preservado para evitar que este pierda las características que son representativas de las condiciones de la formación.

El procedimiento de preservación depende de:

1) Tipo de roca.

2) Propiedades que deben ser conservadas.

3) Distancia a la que debe de ser enviado.

4) Análisis que se le van a realizar.

5) Tipo de herramientas nucleadoras empleadas.

Precauciones para preservar los Núcleos.

1. Después de que el núcleo es removido del barril y colocado en el contenedor, éste debe ser sellado lo más rápido posible.

2. Los contenedores son mantenidos a temperatura constante para evitar la condensación.

3. Se evita el uso de cualquier material que pudiera absorber aceite como lo son: tela y papel.

4. Se toman cuidados especiales a los núcleos no consolidados y frágiles.

5. No se lava el núcleo con alguna sustancia.

6. Se marcan los contenedores con el nombre del campo, del pozo y la profundidad a la que se tomó el núcleo.

7. Los núcleos son almacenados en sus contenedores sellados hasta el momento de ser analizados.

Métodos de preservación

Existen diversos métodos para proteger los núcleos durante su traslado y almacenamiento, los más comunes son:

- Confinamiento en recipientes herméticos.

- Congelamiento.

- Envoltura en laminas de metal.

- Recubrimiento plástico.

Recubrimiento con plástico.

Se usa cuando un núcleo tiene que ser enviado a grandes distancias o almacenado por mucho tiempo antes de ser analizado.

Consiste en colocar un recipiente con plástico derretido en el pozo y sumergir el núcleo hasta dos tercios de su longitud usando tenazas para manipular el núcleo, luego se deja enfríar el plástico hasta que endurece y posteriormente se sostiene por el otro extremo y nuevamente se sumerge en el plástico hasta que el recubrimiento alcance un espesor de un dieciseisavo de pulgada (1/16”).

El plástico no debe penetrar en el núcleo más allá de la profundidad de un grano.

Los núcleos pobremente consolidados pueden ser envueltos en lámina delgada de aluminio o plástico antes de ser sumergidos en el plástico líquido.

Confinamiento en recipientes herméticos.

El recipiente hermético es un tubo de acero, plástico o aluminio que posee un cople de tapa para el sellado.

Es un método rápido y eficiente, especialmente bueno con los núcleos a los que se les realizará la prueba de saturación de fluidos porque minimiza la pérdida de fluidos y evita la variación de temperatura.

El núcleo generalmente llena el espacio interior del recipiente, así que la posibilidad de ruptura es mínima.

Antes de ser puesto en el contenedor, el núcleo debe envolverse con una lámina delgada de aluminio o con hoja de plástico.

Congelamiento

El congelamiento con hielo seco es un método eficiente y sencillo para preservar los núcleos, si es que el laboratorio se encuentra cerca del pozo. Los envíos alejados requieren sistemas de refrigeración o congelamiento continuo con hielo seco.

Consiste en congelar rápidamente el núcleo con hielo seco para evitar el daño. Si el proceso de congelamiento es lento puede causar que el núcleo se rompa y que los fluidos migren, lo cual cambiariá las propiedades del núcleo.

El descongelamiento del núcleo también se hace rápido para evitar la condensación o la alteración de los fluidos.

Envoltura en laminas de metal.

Es el método más recomendado para preservar núcleos no consolidados y con él es posible enviar el núcleo hasta el laboratorio sin que se rompan.

Es conveniente para muestras que serán analizadas inmediatamente a su llegada. Consiste en envolver los núcleos en láminas de metal, los extremos de la lámina son enrollados en el núcleo y luego las tapas son presionadas.

El envolvimiento con dos o tres láminas asegura que no exista goteo. Las muestras envueltas se coloca dentro de otros recipientes.

CONCLUSIÓN

Los costos de obtener los núcleos y analizar las muestras de roca en el laboratorio son significativas, por lo que debe hacerse todo intento para maximizar el valor agregado de la labor de realizar mediciones de laboratorio, así como para el aseguramiento de la calidad de dichas mediciones.

Las decisiones basadas en la interpretación de los resultados de pruebas petrofísicas de laboratorio, pueden hacer la diferencia entre el éxito o el fracaso de un proyecto de desarrollo de un prospecto petrolero.

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BIBLIOGRAFÍA

American Petroleum Institute Recommended Practices For Core Analysis. Recommended Practice 40. Second Edition; February 1998. Sections 1-3.

Obtención de muestras representativas de las rocas de los yacimientos petroleros, Nadia Mónica López Garcés, Noviembre 2009.

Izquierdo, M. G., S. A. Paredes, M. A. Pérez y S. A. Antunez. Estudios petrofísicos y geológicos de los campos del Activo Pol Chuc, Informe final IIE/11/11536/01/F, IIE, México, 2001.

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recuperación de núcleos convencionales

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