rocas sediment arias y ynf

5/14/2018 Rocas Sediment Arias y Ynf - slidepdf.com

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UNIVERSIDAD VERACRUZANACAMPUS COATZACOALCOS

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICASINGENIERIA PETROLERA

OPTATIVA I:

Recuperación Secundaria y Mejorada de Yacimientos NaturalmenteFracturados

FACILITADOR:

Ing. Jorge Noel Velarde Vargas

TRABAJO I:

“Rocas sedimentarias sensibles a fracturamiento"

INTEGRANTES DEL EQUIPO:

Cruz Paz Gustavo UlisesGonzález Sánchez HéctorHernández Cruz Genaro

Hernández Hernández Emmanuel de JesúsIturralde Padilla Rafael

Santiago Fernández Jesús Juan

COATZACOALCOS, VERACRUZ; A 6 DE MARZO DE 2012



Introducción

La meteorización y erosión producen partículas de diverso tamaño que son

transportadas por el hielo, el agua o el aire hasta las zonas de mínima energía dondese acumulan. Una vez en reposo los sedimentos sufren procesos que lostransforman en rocas sedimentarias.

Estas rocas se han formado por la consolidación o litificación de sedimentos. Losfactores que determinan el tipo de roca son fundamentalmente la fuente de lossedimentos, el agente que los erosiona y transporta, y el medio de deposición yforma de litificación. Origen

Los procesos sedimentarios son fenómenos de la superficie terrestre y del agua.Empieza con la destrucción de rocas sólidas por la meteorización, la erosión y eltransporte por un medio (agua, viento, hielo), la deposición o precipitación y comoúltimo la diagénesis, la formación de rocas sólidas. Los procesos sedimentariosgeneralmente son muy complejos y dependen de muchos factores.

Fig. 1. Proceso de formación de las rocas sedimentarias.

Generalidades

Los productos de meteorización pueden ser transportados en el fondo de lascorrientes (por arrastre, rodando o por saltación) o bien dentro del fluido (en



suspensión, solución o flotando). Aquellas rocas que se originan a partir de partículasque mantienen su integridad física durante el transporte, son las detríticas, porejemplo conglomerados, areniscas, limolitas y arcillolitas, y las que se forman por laprecipitación de sustancias que se encontraban en disolución, son las de origenfísico-químico, por ejemplo carbonatos, evaporitas, ferruginosas y fosfatos. Existe un

tercer grupo de rocas sedimentarias, las biogénicas, en cuya formación intervienedirectamente la actividad de organismos vivos, por ejemplo carbonatos, fosfatos ysilíceas, este grupo abarca desde las que se originan por acumulación deorganismos en posición de vida (calizas de arrecifes, etc.) o que han sufrido untransporte mínimo tras su muerte (diatomitas), hasta aquéllas en cuya formacióninterviene la precipitación de sustancias en disolución favorecida por la actividadorgánica (tobas calcáreas formadas por la precipitación de CaCO3 propiciada por laacción fotosintética de vegetales). Finalmente las rocas orgánicas que son lasformadas por acumulaciones de materia orgánica (carbón y petróleo).

Las de origen mecánico o clástico son primordialmente detritos que, transportados y

depositados, se litifican por consolidación o cementación. Su clasificación se basa enel tamaño de grano de sus componentes.

Los sedimentos de origen químico, son precipitados en los cuales los cristalesindividuales están unidos por enlaces químicos. Dentro de las rocas de origenbiogénico las más representativas son los carbonatos que se clasifican a su vezsegún su composición química y el tipo y origen de las partículas que las constituyen.

Los sedimentos de origen orgánico se forman por la acumulación de partes duras deorganismos que, al unirse por cementación, constituyen una roca. Las rocasorgánicas se clasifican según su grado de madurez, con base en el contenido de

carbono y volátiles.

En la formación de una roca sedimentaria pueden actuar más de un procesosedimentario por lo que se producen rocas mixtas de difícil asignación a un grupoconcreto. Tal es el caso, por ejemplo, de una roca formada por la acumulación in situde las partes duras de organismos y por partículas aportadas por algún mecanismode transporte.

Diagénesis

La formación de las rocas sedimentarias a partir de los sedimentos, comporta laexistencia de una serie de procesos que, en general, tienden a la reducción de laporosidad y al aumento de la compacidad de los materiales. Estos procesos seengloban bajo el nombre de diagénesis.

Los procesos diagenéticos se inician antes del reposo de los componentes delsedimento, razón por la cual los fragmentos que forman las rocas detríticas puedenquedar cubiertos por capas de óxidos metálicos y se pueden formar arcillas a partirde algunos minerales que se degradan. En los ambientes marinos, sobre pisos



duros, los procesos de perforación e incrustación por diversos organismos resultanfrecuentes.

Entre los componentes de un sedimento en reposo circulan fluidos con iones endisolución [Ca2

+ y (CO3)2-] que pueden precipitarse para formar cementos y darle

rigidez a los materiales. Sin embargo, la circulación de fluidos puede tambiénproducir disolución.

Los procesos de consolidación provocan a su vez una reducción de la porosidad; losefectos visibles son la interpenetración de componentes y las superficies dedisolución que afectan porciones más extensas de la roca.

El conjunto de procesos diagenéticos se desarrolla a distintas profundidades sin queexista un límite neto para los procesos típicos que ocurren en profundidad y los delmetamorfismo de bajo grado. Usualmente se conviene en aceptar que este límitecorresponde a la zona en la que se forma el grafito, a partir de los carbones

naturales, y se volatilizan los hidrocarburos.

Los procesos diagenéticos suelen realzar las diferencias originales que existen entrelos sedimentos (tamaño y color de granos, etc.) por lo que las rocas sedimentarias seconfiguran en capas de una cierta continuidad lateral denominadas estratos, dondenormalmente su base y techo son plano-paralelos. Algunas veces el paralelismoentre algunas capas presenta distinto ángulo de inclinación con el resto de la serie.

La diagénesis es parte de la formación de una roca sedimentaria dura. Pero elproceso estrictamente no es parte del ambiente sedimentario (meteorización -erosión - deposición). Pero el proceso de la diagénesis ocurre bajo condiciones del

ambiente sedimentario.

El proceso que cambia la roca blanda (la arena por ejemplo) a una roca dura sellama diagénesis. En la literatura generalmente se habla de tres mecanismos: latemperatura, la presión y reacciones químicas. Especialmente el ultimo proceso es elmás importante y más eficiente. Finalmente el contenido de calcio o sílice en aguascirculando en la roca blanda o suelta puede producir una precipitación de un cementoque figura como pegamento y cambia la roca a una roca sólida. Los factorestemperatura y presión apoyan estos procesos químicos. Pero la pura presióndifícilmente podría producir una roca sedimentaria dura - sólido. Un ejemplo donde lapresión importa son las rocas arcillosas. En lodos y barros la presión juega un papelmucho más importante durante la diagénesis.



Clasificación de las rocas sedimentarias

Adaptado de Lexis 22 Mineralogía Geología, Círculo de Lectores, 1983.

Minerales componentes de las rocas sedimentarias

Son tres los principales: la arcilla, principalmente la illita y la caolinita, el cuarzo y lacalcita. Otros minerales son los feldespatos, de sodio y calcio principalmente,dolomita, yeso, anhidrita y halita.

En los conglomerados la composición es cualquiera, dominando el cuarzo. En lasareniscas, si es ortocuarcita, domina el cuarzo, si es grawaca habrá fragmentos deroca, cuarzo y arcilla y si es arcosa feldespatos, cuarzos, micas y carbonato cálcico.

En las arcillolitas habrá, hidróxidos de hierro y aluminio, en las lateritas; caolinita, enlos caolines; montmorillonita, en la bentonita, y arcilla, cuarzo, feldespatos y calcita,en los loess. En las margas se tendrá carbonato cálcico y arcilla.



En travertinos, tobas, calizas, y caliches, habrá carbonato cálcico, como también enlas calizas de bacterias y algas; en las cretas y calizas, conchíferas y coralinas; enlas dolomías y calizas dolomíticas, formadas por procesos metasomáticos, habrácalcita y dolomita.

En el sílex, pedernal, gliceritas, trípoli, jaspe y lidita, se tiene sílice coloidal ycriptocristalina. En los yesos, sal gema y otras evaporitas, habrá sulfato cálcico ycloruros de sodio, potasio y magnesio. En las sideríticas y pantanosas, que sonferruginosas, carbonato, óxidos e hidróxidos de hierro. En las fosforitas y guano,fosfatos de calcio y otros elementos.

Abundancia

En los proyectos de ingeniería las rocas sedimentarias son frecuentes. En el volumende los primeros 15 km. de la corteza, las sedimentarias son el 5%; el 95% restante

son rocas ígneas, pues las metamórficas dominan los ambientes profundos. Por elárea de afloramiento las sedimentarias son el 75% de la superficie, el resto sonígneas, sin quedar margen de significación para las metamórficas.

Son tres las rocas sedimentarias más abundantes clasificadas por su participación:lutitas, 45%; areniscas, 32%; y calizas, 22%; otras, 1%. La propiedad fundamental delas lutitas es la plasticidad o la impermeabilidad, la de las areniscas, su posibilidad yeventualmente la dureza (de ser cuarzosa), o de servir como acuífero, y la de lascalizas, la de ser roca rígida y soluble. Es también la caliza la materia prima delcemento.

Rocas sedimentarias y yacimientos naturalmente fracturadosEl sistema petrolero consiste en una serie de elementos y procesos geológicos; rocamadre, roca sello, roca almacén, sobrecarga y trampa; cada uno, actuandosincronizadamente; derivan en la acumulación de volúmenes de hidrocarburos.

La trampa, en general, esla combinación geométricade la roca almacén conunidades litológicassellantes, y es apropiadapara detener la migración ymantener volúmenes dehidrocarburos retenidos enlos poros de la rocaalmacén.

La fracción de la trampa, que esta saturada por petróleo y/o gas, siempre enpresencia de agua, se denomina yacimiento de hidrocarburos.



Una yacimiento de hidrocarburos, es un sistema que, por estar confinado, estasometido a esfuerzos de deformación y a la presión de las cargas suprayacentes.Los hidrocarburos se presentan en forma liquida y gaseosa. La distribución de lasfases obedece a diferencias de densidad, así como a las permeabilidades verticales

del yacimiento. Existen yacimientos en los que hidrocarburos solo son líquidos o sologases.

Las formaciones rocosas naturales son heterogéneas como resultado de ladepositación, la tectónica y las condiciones ambientales, que tuvieron lugar duranteprocesos de millones de años de duración. En términos de las propiedades de flujo,estas heterogeneidades se manifiestan por medio de gran variedad de formas, contrayectorias de flujo de alta y baja permeabilidad.

Una fractura puede ser definida como una discontinuidad que resulta de esfuerzos(stresses) que exceden la resistencia (strength) a la ruptura de una roca. Un

reservorio naturalmente fracturado es uno que contiene fracturas creadas por lamadre naturaleza, o sea que son el resultado de esfuerzos que existían en elmomento en que la roca se fracturó. Estas fracturas pueden tener efectos positivos,negativos o neutrales en el flujo de fluidos dentro del reservorio.

Las fracturas, por ejemplo, pueden tener un efecto positivo al maximizar el flujo depetróleo, pero también un efecto negativo al acelerar la conificación de gas o agua.

Las fracturas naturales pueden ser el resultado de:

Deformación estructural asociada con fallamientos y plegamientos.

Erosión de la carga litostática que permite expansión, levantamiento yfracturamiento de las capas.

Reducción en el volumen de la roca.

Paleo-karstificacion y colapso por solución. Liberación de presiones anormales de fluidos en el yacimiento cuando se

aproximan a la presión de la carga litostática.

Impacto de meteoritos que pueden causar sistemas fracturados muycomplejos y extensos.

Los yacimientos naturalmente fracturados se definen como aquellos yacimientos dehidrocarburos cuya producción esta influenciada por la presencia de fracturas. Para

comprenderlos y hacer una descripción matemática de estos; Barenblatt introdujoprincipios físicos de las rocas fracturadas de la siguiente manera: “una roca porosacon un sistema de fisuras altamente desarrollados, puede ser representado como lasuperposición de dos medios porosos con poros de diferentes tamaños”. Esto es, laroca esta constituida por dos sistemas porosos bien diferenciados: porosidad intergranular, formada por dos espacios vacíos entre los granos de la roca, y la porosidadformada por los espacios vacíos de las fracturas. Si el sistema poroso tiene vacuolas



o huecos de disolución, hay una porosidad adicional: la porosidad vacular, estoocurre en presencia de carbonatos.

El flujo de fluidos a través de medios porosos fracturados ha recibido un fuerteimpulso en los últimos años, su importancia se debe a que los yacimientos de

hidrocarburos mas prolíficos del mundo son naturalmente fracturados actualmente sesiguen haciendo hallazgos de alto interés comercial en este tipo de yacimientos.

Algunas de las litologías en donde hemos encontrado fracturas naturales queproducen hidrocarburos comercialmente incluyen dolomitas, calizas, areniscas,lutitas, anhidritas, rocas ígneas, metamórficas, y carbones. Se han encontrado através de toda la columna estratigráfica y en más de 40 países en donde se hanestudiado esta clase de reservorios. Recomendamos inicialmente clasificar elreservorio desde un punto de vista geológico teniendo en cuenta que las fracturaspueden ser tectónicas, regionales, contraccionales, asociadas con la superficie o unacombinación de 2 o mas de estas clases. Igualmente es muy importante determinar

la morfología de las fracturas, las cuales pueden estar abiertas, deformadas,cementadas, parcialmente cementadas o con vugulos. Esto debe ser seguido poruna clasificación basada en el almacenamiento relativo en las fracturas.

Literalmente, la totalidad de los yacimientos son fracturados porque presentanfracturas en cierta cantidad, que depende de los esfuerzos tectónicos o desoterramiento, a los que el sistema estuvo sometido. De tal manera, en algunoscasos, se puede pensar que los yacimientos fracturados fueron inicialmentematriciales y de alguna manera sus propiedades físicas fueron cambiadas,deformadas o alteradas en el proceso de diagénesis física o durante el proceso dedepositación. Desde el punto de vista geológico y de la ingeniería de yacimientos,

solo se toman como yacimientos naturalmente fracturados a aquellos cuyas fracturasgobiernan a los patrones de productividad de tal yacimiento, ya sea en forma positivao negativa. En cuanto a la geología, la petrofísica, la producción y la economía, losyacimientos matriciales difieren de los yacimientos naturalmente fracturados.

Existen diversas maneras de detectar si esta en presencia o no de un yacimientonaturalmente fracturado. Por ejemplo, sucede que un pozo produce a tasas muyaltas y se registra una declinación brusca de esta, aparentemente, sin algunaexplicación de este problema; este es uno de los indicadores de la presencia defracturas en un yacimiento. Uno de los aspectos mas resaltantes de este tipo deyacimientos es su condición de doble porosidad, que esta definida como; primaria(bloques matriciales) y la secundaria (fracturas principalmente, vacuolas y fisuras).Entre la actividades mas retadoras del equipo multidisciplinario de Ingeniería deYacimientos, es definir donde se encuentra la mayor cantidad de fluidosalmacenados.

Otros indicadores de la presencia de fracturas son los problemas de pérdida decirculación en un pozo al perforarse, así como también los cambios en la tasa depenetración y, la información que se obtiene de los núcleos. Dependiendo de lasherramientas usadas (su resolución) y de la litología del yacimiento, una corrida de



registros petrofísicos puede también alertar la presencia de fracturas localizada estasolo en las cercanías del pozo a todo lo largo del yacimiento, ni mucho menos sulongitud.

Los sistemas de fracturas dentro de un medio poroso heterogéneo en el cual las

aberturas y fisuras de dichas fracturas varían de tamaño. Las mas grandes formancanales intercomunicados de alta permeabilidad mientras que las mas pequeñasforman los bloques del sistema de doble porosidad, siendo estos bloques los queconforman el cuerpo principal del yacimiento. Los bloques de la matriz queconforman la parte de la matriz del yacimiento son, por lo general, quienesalmacenan el mayor volumen de hidrocarburos; pero con una permeabilidad muybaja y por lo tanto, estos bloques solo se encargan de alimentar de fluidos a la red defracturas, que por su parte tienen alta permeabilidad pero poco potencial dealmacenamiento.

Referencias bibliográficas y direcciones de Internet

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Universidad Nacional de Colombia (2001). Capítulo 9: Rocas sedimentarias [enlínea]. http://www.bdigital.unal.edu.co/1572/12/geo09.pdf . 18/02/2012

Miranda M., Ma. E. et al (2006). Porosidad de los yacimientos naturalmentefracturados: una clasificación fractal [en línea]. http://satori.geociencias.unam.mx/23-2/(6)Miranda.pdf. 24/02/2012.

Schlumberger (2006). La naturaleza de los yacimientos fracturados [en línea].http://www.slb.com/resources/publications/industry_articles/oilfield_review/2006/or2006_sp_aut01_yacimientosfracturados.aspx. 01/03/2012.

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