La dolomía: Aspectos de un mineral desconcertante

La dolomía: Aspectos de
un mineral desconcertante
La dolomía es un carbonato metaestable. Se forma en una diversidad de ambientes
claramente diferentes y puede cambiar a medida que se modifican las condiciones.
El modo de formación incide en la morfología de la dolomía y, por consiguiente,
impacta las estrategias de exploración y producción. Los nuevos enfoques en materia
de evaluación de los carbonatos están ayudando a los geocientíficos a descubrir la
dolomía de calidad prospectiva, a pesar de su naturaleza heterogénea y a menudo
enigmática.
Mishari Al-Awadi
Kuwait Oil Company
East Ahmadi, Kuwait
William J. Clark
William Ray Moore
Denver, Colorado, EUA
Michael Herron
Tuanfeng Zhang
Weishu Zhao
Cambridge, Massachusetts, EUA
Neil Hurley
Dhahran, Arabia Saudita
Djisan Kho
East Ahmadi, Kuwait
Bernard Montaron
Dubai, Emiratos Árabes Unidos
Fadhil Sadooni
Universidad de Qatar
Doha, Qatar
Traducción del artículo publicado en inglés
en Oilfield Review Otoño de 2009: 21, no. 3.
Copyright © 2009 Schlumberger.
Por su colaboración en la preparación de este artículo,
se agradece a Tony Smithson, Northport, Alabama, EUA.
Carbonate Advisor, CMR, EcoScope, ECS, ELAN,
Litho-Density y MDT son marcas de Schlumberger.
En este artículo la sigla RMN está en español y significa
resonancia magnética nuclear.
“Me parece que deberías ser más
explícito aquí, en el paso dos.”
Modificado con la autorización de Sidney Harris, copyright ScienceCartoonsPlus.com.
32
Oilfield Review
La dolomía es un mineral complejo. Puede precipitar directamente de soluciones que contienen
iones de magnesio, calcio y carbonato para formar
cemento o sedimento no litificado. No obstante,
la mayor parte de la dolomía se forma mediante
la alteración química de la roca carbonatada o
del sedimento precursor; principalmente caliza o
lodos calcáreos. Estos carbonatos tienden a ser
inestables y están compuestos fundamentalmente
por calcita o su polimorfo termodinámicamente
más inestable, la aragonita. Si estos materiales
precursores se exponen a fluidos ricos en contenido de magnesio, es probable que una porción de
los iones de calcio sea reemplazada por iones de
magnesio para formar un carbonato más estable
de calcio y magnesio denominado dolomía.
La dolomía se encuentra en una amplia gama
de ambientes, incluyendo filones hidrotermales,
lagos, océanos someros, lagunas y cuencas de
evaporación. Las teorías en torno a los orígenes
de la dolomía continúan desarrollándose. Entre
la controversia y la especulación, se han propuesto muchos modos de origen a través de los
años que han sido descartados prácticamente en
su totalidad.1
Un mineral común que forma rocas sedimentarias, la dolomía no es simplemente una asociación de magnesio, calcio y carbonato (derecha).
Por el contrario, se trata de un mineral metaestable de dudoso linaje con una composición química y una estructura atómica variables. Durante
un lapso determinado de tiempo geológico, puede
existir de una forma determinada para pasar
luego a un estado más estable cuando su equilibrio se perturba; principalmente a través de los
cambios producidos en la presión, la temperatura
o la química. Los cristales pueden incluso aumentar de tamaño, por lo cual sus primeras generaciones tal vez sean transformadas subsiguientemente
en formas cada vez más estables.
Este proceso puede reiterarse numerosas
veces durante el sepultamiento y la diagénesis,
formándose cada una de las nuevas fases mediante
la disolución parcial o completa de una dolomía
previa. La recristalización puede ser beneficiosa
para la formación de yacimientos cuando genera
porosidad intercristalina; sin embargo, los incrementos producidos en la porosidad pueden ser
anulados posteriormente por la precipitación del
cemento dolomítico que rellena los poros, o por
el desarrollo de cristales dolomíticos que forman
grandes cristales entrelazados.
Dado que la morfología de un cuerpo dolomítico es controlada por los procesos que la crearon,
los geocientíficos usualmente tratan de integrar el
Volumen 21, no. 3
modo de origen en sus estrategias de exploración.
No obstante, con el tiempo, la recristalización de
la dolomía metaestable puede borrar todos los
vestigios del modo de origen más primigenio del
mineral, con lo que las generaciones subsiguientes quizás sólo reflejen el ambiente de recristalización más reciente.2 A través del ocultamiento
de su modo de origen, es posible que la recristalización de la dolomía entorpezca las campañas de
exploración.
Algunas dolomías alojan yacimientos excepcionales caracterizados por altos valores de porosidad
y permeabilidad. Por consiguiente, las compañías
de E&P se esfuerzan por pronosticar dónde su barrena
de perforación hallará más posibilidades de encontrar dolomía de calidad prospectiva; a pesar de sus
complejidades químicas y sus modos de origen
ocultos. Este artículo describe diversos modos y
ambientes en los que se forma la dolomía, además
de los procesos que rigen el mejoramiento o la
destrucción de su porosidad. Por otro lado, examina
los problemas que se plantean a la hora de interp-
retar los datos provenientes de los registros de
pozo convencionales y provee una visión de las
herramientas y metodologías de avanzada, utilizadas para la evaluación de los yacimientos en
estas rocas enigmáticas.
Un léxico metaestable
Dado que se trata de una ciencia descriptiva,
basada en observaciones efectuadas en el campo,
la geología depende de un léxico que se ajusta
con precisión. Cuando se transfiere de una analogía a otra, la terminología geológica tiende a
evolucionar. La geología de la dolomía abunda en
esos términos.
La dolomía debe su nombre a Déodat Gratet de
Dolomieu (1750–1801), un geólogo pintoresco y un
tanto controvertido que describió la presencia de
exposiciones de rocas calcáreas en los Alpes meri–
dionales del noreste de Italia.3 Dolomieu observó
que estas rocas parecían calizas pero no entraban
en efervescencia como lo hace la caliza cuando se
la trata con un ácido débil. De manera que, si bien
Calcita
CaCO3
Dolomía
CaMg(CO3)2
MgCO3
Magnesita
Anquerita
CaFe(CO3)2
FeCO3
Siderita
> Serie de solución sólida. En su estado más puro, la dolomía cae
en la línea de la calcita-magnesita en la serie de solución sólida
de calcita, magnesita y siderita. Si bien la composición de la
dolomía se expresa como [CaMg(CO3)2], la dolomía natural oscila
entre aproximadamente Ca1.16 Mg0.84(CO3)2 y aproximadamente
Ca0.96 Mg1.04(CO3)2.
1. A pesar de más de 200 años de investigación, el origen
de la dolomía sigue siendo un tema considerablemente
controvertido; en parte por el conocimiento deficiente
de las condiciones químicas, biológicas e hidrológicas
críticas, y en parte porque los datos petrográficos y
geoquímicos permiten más de una interpretación.
Para obtener más información sobre esta controversia,
consulte: Machel HG: “Concepts and Models of
Dolomitization: A Critical Reappraisal,” en Braithwaite
CJR, Rizzi G y Darke G (eds): The Geometry and
Petrogenesis of Dolomite Hydrocarbon Reservoirs.
Londres: Geological Society, Special Publication 235
(2004): 7–63.
2. Warren J: “Dolomite: Occurrence, Evolution and
Economically Important Associations,” Earth Science
Reviews 52, nos. 1–3 (Noviembre de 2000): 1–81.
3. de Dolomieu DG: “Sur un genre de pierres calcaires très
peu effervescente avec les acides et phosphorescentes
par la collision,” Journal de Physique 39 (Octubre de
1791): 3–10.
Para obtener una perspectiva actualizada, consulte:
Zenger DH, Bourrouilh-Le Jan FG and Carozzi AV:
“Dolomieu and the First Description of Dolomite,” en
Purser BH, Tucker ME y Zenger DH (eds): Dolomites: A
Volume in Honor of Dolomieu. Boston, Massachusetts,
EUA: Blackwell Scientific, International Association of
Sedimentologists, Special Publication 21 (1994): 21–28.
33
> Del más pequeño al más grande. El rótulo de dolomía puede aplicarse al
mineral (izquierda), a la roca (centro) y al sistema montañoso (derecha).
el rótulo de dolomía se aplicó primero a la roca,
también designa al componente mineral principal
y al sistema montañoso en el que fue descripto por
primera vez (arriba).
En 1948, para distinguir entre la roca y el mineral, se introdujo el término roca dolomítica.4 Este
nombre se refiere a la roca formada de la dolomía
mineral (más del 75%), junto con otros minerales.5
La dolomicrita se forma cuando la dolomía reemplaza a los lodos cristalinos muy finos.
Otros investigadores consideraron necesario
diferenciar los distintos tipos de dolomía e introdujeron nuevos términos para dar cuenta de las
variaciones del contenido de magnesio y calcio. La
composición ideal de la dolomía consta de partes
iguales de Ca y Mg en capas alternadas separadas
por capas de CO3. Cuando el carbonato de calcio
[CaCO3] se incrementa en un 10%, o un porcentaje
superior, por encima de su composición ideal, el
mineral es denominado como dolomía con alto
contenido de calcio; alternativamente, también
puede denominarse dolomía calcítica o dolomía
calcárea. Con una reducción del contenido de
carbonato de magnesio [MgCO3], de manera que
el CaCO3 oscile entre el 50% y el 90%, la roca
puede denominarse caliza dolomítica. La reducción ulterior del MgCO3, hasta alcanzar un
porcentaje que oscila entre 5% y 10%, se traduce
en caliza magnesiana, aunque algunos consideran
obsoleto este término. Con menos del 5% de
MgCO3, la roca precursora se denomina simplemente caliza.
  4.Shrock RR: “A Classification of SedimentaryMattV_ORAUT09_Fig_2
Rocks,” The
12.Lucia FJ: “Origin and Petrophysics of Dolostone Pore
Journal of Geology 56, no. 2 (Marzo de 1948): 118–129.
Space,” en Braithwaite CJR, Rizzi G y Darke G (eds):
The Geometry and Petrogenesis of Dolomite
  5.La popularidad de este término ha sufrido altibajos
Hydrocarbon Reservoirs. Londres: Geological Society,
a través de los años, principalmente porque la
Special Publication 235 (2004): 141–155.
designación dolomía posee prioridad histórica para la
roca. No obstante, el término roca dolomítica quizás
Halley RB y Schmoker JW: “High-Porosity Cenozoic
logre aceptación una vez más a medida que los
Carbonate Rocks of South Florida: Progressive Loss of
investigadores procuren evitar ambigüedades.
Porosity with Depth,” AAPG Bulletin 67, no. 2 (Febrero
de 1983): 191–200.
  6.Machel, referencia 1.
13.In 1837, Jean-Baptiste Élie de Beaumont utilizó un
  7.Machel, referencia 1.
modelo de intercambio de calcio por magnesio, mol
  8.Machel, referencia 1.
por mol, para dar cuenta de la porosidad vugular de
  9.Rodgers J: “Terminology of Limestones and Related
las rocas dolomíticas de los Alpes Tiroleses. Élie de
Rocks: An Interim Report,” Journal of Sedimentary
Beaumont J-B: “L’application du calcul à l’hypothèse
Petrology 24, no. 4 (Diciembre de 1954): 225–234.
de la formation par épigenie des anhydrites, des
10.Warren, referencia 2.
gypses, et des dolomies,” Bulletin de la Société
Géologique de France 8 (1837): 174–177.
11.Sun SQ: “Dolomite Reservoirs: Porosity Evolution and
Reservoir Characteristics,” AAPG Bulletin 79, no. 2
(Febrero de 1995): 186–204.
34
La protodolomía es una precursora metaestable de la dolomía. Si bien se aproxima a la dolomía en cuanto a composición química, se dice
que su ordenamiento es deficiente o que carece
de las redes cristalinas bien desarrolladas que se
encuentran en la dolomía estequiométrica ordenada y madura.6 Como sucede con otros términos
contemplados en este análisis, algunos lo eliminarían del vocabulario asociado con la dolomía,
aunque para otros es útil.
El vocablo plural dolomías puede utilizarse
para describir colectivamente diferentes tipos de
dolomía que varían en textura, composición o
génesis.7 Cuando se describe un carbonato que ha
estado sometido a un proceso de reemplazo,
puede utilizarse el adjetivo dolomitizado.
Las dolomías pueden dividirse en dos familias
principales. Las dolomías penecontemporáneas se
forman inmediatamente después de la depositación de los precursores de los carbonatos como
resultado de las condiciones geoquímicas que prevalecen en el ambiente de depositación de la roca
precursora. La mayor parte de las dolomías penecontemporáneas son de edad Holoceno y se limitan a ciertos ambientes lagunares o lacustres
evaporíticos. Las dolomías postdeposicionales se
forman después que el sedimento carbonatado ha
sido depositado y removido subsiguientemente de
la zona de sedimentación activa. Esto puede suceder a través de la progradación de la superficie
sedimentaria, el sepultamiento y la subsidencia,
el levantamiento y la emergencia, o las fluctuaciones eustáticas del nivel del mar. Casi todos los
ejemplos de rocas dolomíticas macizas y regionalmente extensivas son postdeposicionales.8
Según cómo se forman, se han planteado distinciones importantes pero confusas entre diversos tipos de dolomía. El modo de origen de una
dolomía es un concepto importante que puede
relacionarse con su orientación general y su
extensión areal en el subsuelo. La dolomía primaria consta de partículas que se formaron primero como dolomía mediante la precipitación
14.Powers RW: “Arabian Upper Jurassic Carbonate
Reservoir Rocks,” en Ham WE (eds): Classification of
Carbonate Rocks—A Symposium. Tulsa: The American
Association of Petroleum Geologists, AAPG Memoir 1
(1962): 122–192.
Esta relación entre la dolomitización y la porosidad
también es analizada por Lucia, referencia 12.
15.Murray RC y Pray LC: “Dolomitization and Limestone
Diagenesis—An Introduction,” en Pray LC y Murray
RC (eds): Dolomitization and Limestone Diagenesis:
A Symposium. Tulsa: Society of Economic
Paleontologists and Mineralogists, SEPM Special
Publication 13 (1965): 1–2.
16.Murray and Pray, referencia 15.
17.Weyl PK: “Porosity Through Dolomitization:
Conservation-of-Mass Requirements,” Journal
of Sedimentary Research 30, no. 1 (Marzo de
1960): 85–90.
Oilfield Review
directa del agua de mar u otra solución acuosa.
Este proceso genera sedimentos dolomíticos no
litificados. No obstante, los investigadores posteriores asignaron la denominación de primaria a
la dolomía, en base a su posición en la estructura
de la roca.9 Primaria, en este caso, se refiere a la
dolomía que precipitó directamente por encima,
en o dentro del sedimento, formándose además al
mismo tiempo que los sedimentos. Por consiguiente, al término geoquímico primaria se le
adjudica un contexto estratigráfico.
No todos los precipitados caen dentro de la clasificación de primaria. Un tipo diferente de precipitado posee implicancias más negativas en el
campo petrolero. Esta dolomía precipita de soluciones acuosas en forma de cemento que rellena
poros.
Las dolomías secundarias se forman a través del
reemplazo de CaCO3 por CaMg(CO3)2. Actualmente,
la expresión “de reemplazo” (replacive) o alguna
variación de la misma, parece estar eclipsando al
término secundaria.
Por consiguiente, la precipitación es responsable tanto de la dolomía primaria como del cemento
que rellena los poros. Por otro lado, la dolomitización forma dolomía secundaria o de reemplazo.
Lamentablemente, el último término se utiliza con
frecuencia para describir procesos claramente
diferentes. Muchos utilizan este término en forma
general para describir el proceso en el que los
iones de magnesio reemplazan a los iones de calcio o ambientes en los que la precipitación conduce a la formación de sedimentos no litificados o
cementos que rellenan los poros. Algunos especialistas consideran que ese uso otorga demasiada
amplitud. Para esos especialistas, el término dolomitización no debería aplicarse a la cementación
de la dolomía o a casos en los que el fluido hidrotermal conduce a la recristalización de las dolomías preexistentes y lo reservan exclusivamente
para la reacción de reemplazo.
Esta breve visión del léxico asociado con la
dolomía provee la crónica de los intentos realizados por los geocientíficos para llegar a entender
la naturaleza de un mineral desconcertante. A
pesar de la complejidad inherente a la dolomía,
las compañías de E&P poseen historias exitosas
en lo que a la explotación de estas formaciones se
refiere.
La mineralización y la
calidad de los yacimientos
Las campañas de exploración, que apuntaron
específicamente a los yacimientos de dolomía
como objetivos, se amortizaron a través de numerosos campos de petróleo y gas en todo el mundo.
Se estima que hasta un 50% de los yacimientos
Volumen 21, no. 3
60°N
30°N
0°
30°S
60°S
> Distribución de las cuencas (puntos azules) que alojan la producción proveniente
de los yacimientos de dolomía. La mayor parte de estas cuencas ocupan una
posición a lo largo de una extensa faja situada entre 60° de latitud norte y sur del
ecuador. (Tomado de Sun, referencia 11.)
carbonatados de todo el mundo se encuentran en incrementaron tanto la porosidad intercristalina
dolomías, y en América del Norte esa estimación como la permeabilidad, y más allá del 90%, la porollega al 80%.10 Los yacimientos de dolomía también sidad y la permeabilidad se redujeron nuevamente
alojan volúmenes significativos de hidrocarburos al incorporarse más dolomía a la roca. La obtenen Rusia, el noroeste y el sur de Europa, el norte ción de resultados similares de los carbonatos missiy el oeste de África, Medio Oriente y el Lejano ssippianos de Saskatchewan, en Canadá, indicó
que en los carbonatos que contenían entre un 80%
Oriente (arriba).
La formación de la dolomía posee un efecto y un 90% de dolomía se desarrollaba un máximo
pronunciado sobre la calidad de los yacimientos, grado de porosidad.15 Estos ejemplos destacan proaunque no todas las dolomías conforman buenos cesos importantes que tienen lugar a medida que
yacimientos. En algunos yacimientos, es perjudi- se forma la dolomía; procesos que pueden afectar
cial para la producción. La permeabilidad, la la calidad del yacimiento.
solubilidad y la estructura depositacional origiSe cree que la mayor parte de las dolomías se
nal de una roca o de un sedimento carbonatado, formó a través del reemplazo de los sedimentos
así como la química, la temperatura y el volumen calcíticos o aragoníticos preexistentes. La dolode los fluidos dolomitizadores, inciden en su tota- mitización se produce con más facilidad en los
lidad en la calidad de los yacimientos de dolomía. barros cálcicos que en las areniscas carbonatadas
Frente a estas variables, la dolomitización puede más gruesas porque los lodos poseen un mayor
11
mejorar, preservar o destruir la porosidad.
número de sitios de nucleación en los que pueden
MattV_ORAUT09_Fig_3
Existen al menos dos líneas de pensamiento formarse cristales dolomíticos.16 Durante las prien cuanto a la porosidad de la dolomía: para algu- meras etapas de la dolomitización en los carbonos geólogos, la porosidad de la roca dolomítica es natos dominados por la presencia de lodo, la
heredada de la caliza precursora.12 Otros adhieren porosidad se reduce levemente conforme los crisa la afirmación generalizada según la cual la con- tales de dolomía avanzan sobre el espacio ocupado
versión química de la caliza en roca dolomítica se previamente por el lodo. A medida que se sepulta
traduce en un incremento de la porosidad del la dolomía, la compactación mecánica causada por
12% porque el volumen molar de la dolomía es el peso de los estratos de sobrecarga en constante
aumento, reduce aún más la porosidad.
más pequeño que el de la calcita.13
No obstante, conforme continúa el proceso de
Los estudios modernos, llevados a cabo en diferentes partes del mundo, muestran cambios inte- dolomitización, los cristales de dolomía comienresantes en la porosidad y la permeabilidad con el zan a desarrollar una estructura de soporte. Para
incremento del volumen de dolomía. Por ejemplo, el momento en que un carbonato alcanza un voluuna evaluación de los carbonatos jurásicos Arab-D men aparente de dolomía del 80%, ya ha adquidel Campo Ghawar, situado en Arabia Saudita, rido una estructura con predominio de granos en
indicó una reducción constante de la porosidad y la que los cristales de dolomía esencialmente
la permeabilidad al aumentar el volumen de dolo- soportan los estratos de sobrecarga, inhibiendo
mía de 10% a 80%.14 Sin embargo, al ser reempla- sustancialmente la compactación.17 Ésta es una
zado un 80% a un 90% de la roca por dolomía, se de las razones por las que la dolomía antigua o
35
0
0
2,000
75% a 100%
de dolomía
75% a 100%
de caliza
1,000
4,000
2,000
8,000
3,000
10,000
Profundidad, m
Profundidad, pies
6,000
12,000
4,000
14,000
16,000
5,000
18,000
0
10
20
30
40
Porosidad, %
50
60
> Pérdida progresiva de la porosidad con la profundidad. Como cabe esperar, los intervalos de
caliza y dolomía de la Cuenca South Florida en
ambos casos muestran reducciones de la porosidad a medida que aumenta la profundidad. Las
calizas tienden a ser más porosas a profundidades más someras. No obstante, por debajo de
1,700 m (5,600 pies), la tasa de declinación de
la porosidad efectivamente se retarda para las
dolomías (azul) ya que se vuelven menos susceptibles a la diagénesis y a la recristalización que
las calizas más reactivas (verde). (Tomado de
Allan y Wiggins, referencia 19.)
sepultada profundamente a menudo es mucho
más porosa que la caliza asociada (arriba). Existen
más probabilidades de que los valores más altos de
porosidad y permeabilidad se preserven en la roca
dolomítica que en la caliza, porque la estructura
de soporte de los cristales de dolomía proporciona
mayor resistencia a la compresión; por ende, la
caliza es más susceptible a la compactación.
Con una dolomitización superior al 90%, la
pérdida de porosidad puede atribuirse a la adiMattV_ORAUT09_Fig5_2
ción de carbonato
y magnesio mediante un proceso denominado sobredolomitización. Luego de
una fase inicial de reemplazo en la que la calcita
es reemplazada por la dolomía, puede tener lugar
una fase de relleno de poros, por la cual la dolomía precipita para formar sobrecrecimientos
cristalinos o cemento que ocluye los poros. De
este modo, la sobredolomitización hace que las
rocas dolomíticas modernas posean menos porosidad que las calizas asociadas.18
La formación de cristales de dolomía también
interviene en la calidad del yacimiento. La dolomía frecuentemente forma cristales más grandes
que la calcita que reemplaza. El tamaño agrandado de los cristales se asocia con los incrementos
producidos en el tamaño de las gargantas de poros
y la uniformidad de los poros, lo cual incrementa la
permeabilidad en las rocas dolomíticas.19
Dado que la calidad de un yacimiento dolomítico se caracteriza por su textura, esta interrelación de la forma de los cristales y el tamaño, la
orientación y el empaque de granos dentro de
una roca también puede afectar la calidad del
yacimiento. Los esquemas de clasificación textural ayudan a los geólogos a inferir los procesos
que controlaron la nucleación y el crecimiento de
los cristales.20 Un esquema de clasificación de
dolomías ampliamente aceptado se basa en las
relaciones de borde de los cristales y divide las
texturas en dos tipos: planares y no planares. Los
cristales planares se dividen a su vez en euhedrales y subhedrales (abajo).
La dolomía planar se forma tanto en ambientes
diagenéticos someros como en ambientes diagenéticos de sepultamiento. La textura se desarrolla
cuando los cristales experimentan un crecimiento
facetado con las interfaces planares, característico de los cristales de dolomía formados durante
los primeros estadios de la diagénesis y, bajo ciertas condiciones, a temperaturas elevadas en el
subsuelo. En relación con la dolomía planar existen dos poblaciones en cuanto a la relación entre
la porosidad y la permeabilidad.
• Dolomía planar-e (euhedral): Esta textura, a
menudo aludida como “sucrósica,” forma importantes yacimientos en todo el mundo. La
permeabilidad varía considerablemente con la
porosidad. En la dolomía planar-e se encuentran tamaños uniformes de gargantas de poros
y sistemas de poros bien interconectados, como
se observa en los datos de presión capilar y en
Textura no planar
Textura planar
Euhedral
Subhedral
Anhedral
Incremento de la temperatura
> Texturas de las dolomías. La dolomía puede dividirse en una textura planar
y una textura no planar (extremo superior). La textura planar se subdivide a
su vez en euhedral y subhedral. La dolomía euhedral (planar-e) se caracteriza
por la presencia de caras cristalinas bien desarrolladas con bordes netos, en
las que el área existente entre los cristales es porosa o está rellena con otro
mineral. Los granos de dolomía subhedral (planar-s) siguen siendo planares
pero menos claros que los granos planares-e y muestran bordes
comprometidos entre los cristales. La dolomía no planar está compuesta por
granos anhedrales que carecen de caras cristalinas bien desarrolladas. Estos
granos anhedrales se encuentran estrechamente empacados con bordes
cristalinos curvos, lobulados, dentados o de otro modo irregulares (Adaptado
de Sibley y Gregg, referencia 20.) Algunos ejemplos reales de estas texturas
son captados en micrografías de secciones delgadas pulidas, obtenidas a
través de un microscopio petrográfico bajo luz polarizada. La dolomía
euhedral (extremo inferior izquierdo) de un yacimiento de edad Cretácico de
Medio Oriente exhibe caras bien desarrolladas, asociadas con la porosidad
intercristalina. La dolomía subhedral (extremo inferior central) fue obtenida
de un yacimiento Triásico del norte de la Plataforma de Arabia. La dolomía
anhedral de un yacimiento Jurásico de la Cuenca de Arabia (extremo inferior
derecho) muestra una carencia de caras cristalinas y cristales entrelazados
que destruyen la porosidad. (Fotografías, cortesía de Fadhil Sadooni.)
MattV_ORAUT09_Fig6_2
36
Oilfield Review
el análisis de moldes de poros efectuado con el
microscopio de barrido electrónico (SEM).
• Dolomía planar-s (subhedral): La permeabilidad es más baja que en la dolomía planar-e y no
se incrementa tan rápido con el incremento de la
porosidad. En esta dolomía no se observan tamaños de gargantas de poros uniformes y sistemas
de poros bien conectados, debido probablemente
a la persistencia de la cementación durante la
diagénesis.
La dolomía no planar existe en el subsuelo a
temperaturas de más de 50ºC [122ºF]. Esta dolomía no muestra ninguna correlación significativa
entre la permeabilidad y la porosidad (abajo). La
permeabilidad en la dolomía no planar se atribuye
a menudo a rasgos de porosidad secundaria, tales
105
Permeabilidad, mD
104
Dolomía planar-e
Dolomía planar-s
r = 0.99
103
102
101
r = 0.99
100
10–1
0
5
10
15
20
25
Porosidad total, % en volumen
30
105
Permeabilidad, mD
104
Dolomía no planar
103
r = 0.15
102
101
100
10–1
0
5
10
15
20
25
Porosidad total, % en volumen
30
> Porosidad versus permeabilidad. El análisis
cuantitativo de los diferentes tipos texturales
indica que la permeabilidad de las dolomías no
está relacionada directamente con la porosidad
total o el tamaño de los cristales sino con la conectividad de las gargantas de poros. Existe una
fuerte relación entre el incremento de la porosidad y de la permeabilidad en las dolomías planares-e (extremo superior, verde), y una fuerte
relación aparente en las dolomías planares-s
(azul). El coeficiente de correlación (r) entre la
porosidad y la permeabilidad en las dolomías no
planares (extremo inferior, amarillo) es bajo,
puesto que la permeabilidad en este tipo de dolomía es una función de los rasgos secundarios
tales como las cavidades y fracturas conectadas. Los puntos correspondientes a un valor de
permeabilidad de 0.5 mD representan mediciones que cayeron por debajo del límite de determinación inferior del permeámetro y no forman
parte de una tendencia estadística. (Tomado de
Woody et al, referencia 21.)
Evaporación
Flujo libre
Incremento de la densidad del agua
Agua marina
vapo
evaporada
densa
R ef
lujo
Reborde
(umbral, filón
capa, manto)
Mar abierto
por filtr
ación
> Reflujo de salmueras en un ambiente evaporítico. Un reborde (umbral, filón capa, manto) presente
en dirección hacia el mar restringe la circulación de las aguas. Parte del agua de mar se evapora,
haciendo que se incremente la densidad del agua. Las salmueras densas se sumergen por debajo
de los sedimentos, refluyen a través del fondo de la cuenca o de la laguna y dolomitizan cualquier
sedimento carbonatado que atraviesan. (Adaptado de Allan y Wiggins, referencia 19.)
como las fracturas o las cavidades (vacuolas)
interconectadas, más que a la porosidad intergranular observada entre los cristales.21
Los investigadores continúan develando los
misterios de la mineralización de la dolomía. El
descubrimiento de que la dolomía es metaestable
constituyó una revelación que ayudó a los geocientíficos a explicar las variaciones de las proporciones químicas y el orden estructural que se
observan a medida que el mineral se desarrolla.
La dolomitización no constituye un solo evento
sino una secuencia de respuestas causadas por la
modificación de las condiciones geológicas.
formaron las dolomías antiguas. Primero se analizan tres modelos y ambientes hidrológicos bien
establecidos, junto con algunas de sus variables,
y la sección concluye con los casos hidrotermales
y bacterianos.
Modelo de reflujo de salmueras—Probablemente, el concepto más popular de la formación
de dolomía se encuentra expresado en el modelo
de reflujo de salmueras y en variantes similares.
En este ejemplo, el agua salada existente en una
laguna restringida se evapora para formar una salmuera hipersalina que se hunde en el fondo de la
laguna y se filtra a través de los sedimentos calcáreos infrayacentes a medida que fuga, o vuelve
al mar por reflujo (arriba). Conforme se filtra a
Modos de formación de la dolomía
Se han identificado muchos ambientes de dolo- través de los poros de la roca infrayacente, el magmitización. Algunos producen geometrías de nesio de la salmuera reemplaza parte del calcio
yacimientos únicas que inciden directamente so- contenido dentro de los componentes aragonita y
calcita de la caliza, convirtiéndolo en dolomía.
bre la estrategia de exploración.
Este escenario fue propuesto en el año 1960
En lugar de describir todos los tipos de formación de dolomía, el análisis siguiente se centra para explicar las extensivas dolomías lagunares y
MattV_ORAUT09_Fig_8
principalmente en los modos que hacen
posibles arrecifales asociadas con las evaporitas de platadolomías de espesor suficiente para constituirse forma de la Cuenca Pérmica situada en el oeste
en objetivos exploratorios. Esto implica, además, de Texas, EUA.22 Desde entonces, se ha reconoque el análisis cubra fundamentalmente a la cido el fenómeno de dolomitización por reflujo en
dolomía secundaria o de reemplazo. En algunos núcleos de otras áreas, en las que la intensidad
casos, se debe deducir la distinción entre las con- de la dolomitización se reduce con la distancia
diciones modernas y las condiciones antiguas, respecto del contacto evaporita-carbonato. En la
porque los ambientes actuales no necesaria- actualidad, los ambientes hipersalinos—en los
mente reflejan las condiciones en las cuales se que la salinidad del agua aumenta superando a la
18.Lucia, referencia 12.
19.Allan JR y Wiggins WD: Dolomite Reservoirs:
Geochemical Techniques for Evaluating Origin and
Distribution. Tulsa: The American Association of
Petroleum Geologists, AAPG Continuing Education
Course Note Series 36 (1993).
20.Sibley DF y Gregg JM: “Classification of Dolomite Rock
Textures,” Journal of Sedimentary Research 57, no. 6
(Noviembre de 1987): 967–975.
21.Woody RE, Gregg JM y Koederitz LF: “Effect of Texture
on Petrophysical Properties of Dolomite: Evidence from
the Cambrian-Ordovician of Southeastern Missouri,”
AAPG Bulletin 80, no. 1 (Enero de 1996): 119–132.
22.Adams JE y Rhodes ML: “Dolomitization by Seepage
Refluxion,” AAPG Bulletin 44, no. 12 (Diciembre de 1960):
1912–1920.
MattV_ORAUT09_Fig_7
Volumen 21, no. 3
37
Evaporación
Submareal
Marea alta
Intermareal
Marea baja
R ef
lu jo
por filtr
ación
Crecida d
ebida
a un
a te
mp
est
ad
Nivel de agua
Supramareal
> Ambiente de reflujo tipo sabkha. Este esquema de sedimentos perimareales, en una estructura de
tipo sabkha de la península de Qatar, muestra otra variante del tema del reflujo. El agua de mar es
impulsada hacia tierra firme durante las marejadas, se concentra a través de la evaporación, y luego
se filtra en el sedimento infrayacente para refluir hacia su fuente. (Adaptado de Warren, referencia 2.)
En este modelo, la migración errática de la
del agua salada normal—se extienden en una
salmuera
hipersalina gobernó la dolomitización
faja situada entre aproximadamente 30º de latitud norte y sur. En la Cuenca Pérmica, las lagu- de amplias extensiones de roca carbonatada en
nas se desarrollaron por detrás de los arrecifes la Cuenca Pérmica. Dentro de los carbonatos, los
de barrera en una amplia plataforma inundada trayectos de reflujo de salmueras se desplazaron
por las aguas someras de los mares Pérmicos. Los en dirección hacia el mar conforme retrocediearrecifes impidieron el intercambio superficial ron las plataformas. Las lagunas, origen de las
de agua entre la laguna y el mar. La circulación salmueras, también siguieron depósitos arrecifarestringida, combinada con la pérdida de agua les formados por pulsos de avance progresivos. Al
por evaporación, redujo los niveles de agua de la ser selladas por las evaporitas en avance, las
laguna, incrementó la salinidad de las salmueras zonas de fuga establecidas para las salmueras
y favoreció la precipitación de las evaporitas. Al serían reemplazadas por salidas similares situaincrementarse la densidad de la salmuera con- das a más distancia en dirección hacia el mar.
centrada, ésta se hundió a través de la columna Con cada pulso de avance, las calizas arrecifales
de agua y migró hacia las depresiones más bajas no invadidas previamente quedaron expuestas a
las salmueras dolomitizadoras. La velocidad de la
existentes en el fondo carbonatado de la laguna.
Desplazando el agua connata presente en la regresión fue geológica y tan lenta que la mayoría
roca infrayacente, la salmuera hipersalina densa de las calizas se dolomitizaron antes de cortarse
se filtró hacia abajo, a lo largo de trayectos de el suministro de salmuera.
La mayor parte de la dolomía moderna se asomigración verticales, siguiendo los planos de
estratificación sólo si se agotaban los trayectos cia con soluciones hipersalinas.23 Se han docuMattV_ORAUT09_Fig_9
verticales. En las rocas con permeabilidades
mentado condiciones modernas de reflujo de
variables, las salmueras de filtración migraron salmueras, en menor escala, en ambientes tales
principalmente a través de las zonas porosas, como las Islas de San Andrés, en el área marina
pasando por alto las lentes de caliza más densas. de Colombia, las Islas Canarias, España y la Isla
Por consiguiente, las dolomías de grano grueso y Caribeña de Bonaire, en las Antillas Holandesas.24
porosas de edad Pérmico se limitan a capas comUna variación aún más conocida del reflujo de
puestas previamente por calizas gruesas y poro- salmueras lagunares, a escala localizada, se observa
sas. Por el contrario, las dolomías densas de quizás en el modelo de sabkha. En este escenario
grano fino ocupan posiciones en plataformas de clima árido, las marejadas o las mareas altas
abiertas, donde normalmente se formarían cali- impulsan el agua de mar en dirección a la costa,
zas litográficas a base de lodo, extremadamente sobre los sedimentos perimareales de una llafinas. Se observó que las texturas dolomíticas nura de tipo sabkha. A medida que el agua supereran causadas por la permeabilidad primaria y la ficial se introduce en el sedimento, parte de las
cristalinidad, más que por la dolomitización.
aguas intersticiales se pierden por la evaporación
38
capilar, dejando una salmuera hipersalina. Aquí,
la presión hidrodinámica genera el bombeo hidrológico para desplazar el Mg a través del sistema.
A medida que se vuelve más concentrada, la salmuera precipita aragonita y anhidrita o yeso;
minerales que a veces forman un sello echado
arriba en los yacimientos dolomíticos. La precipitación de estos minerales remueve el calcio de la
solución pero deja inalterado el contenido de
magnesio, incrementando así la relación Mg-Ca y
favoreciendo la precipitación de dolomía o la
dolomitización.25 La salmuera densa continúa filtrándose hacia abajo dentro de los sedimentos
calcáreos infrayacentes, y refluye nuevamente
hacia su fuente (izquierda). La dolomía de tipo
sabkha se asocia comúnmente con sedimentos y
rasgos supramareales, tales como los estromatolitos algáceos, las anhidritas nodulares y los depósitos interestratificados generados por el viento.
Un excelente ejemplo del modelo de sabkha
es el de las dolomías de la Formación Red River
de edad Ordovícico, ubicadas en la Cuenca
Williston de EUA y Canadá. Las sabkhas modernas están siendo sometidas a un estudio extensivo en Trucial Coast, Emiratos Árabes Unidos
(UAE). Allí, la dolomitización tiene lugar sólo en
la zona de recarga por tormentas y el volumen de
dolomía se correlaciona con la frecuencia de la
recarga.26
No obstante, los investigadores pusieron en
tela de juicio el hecho de si el fenómeno de reflujo
puede operar a escala regional, como se propuso
originalmente. Las hidrologías de las dolomías
modernas formadas por el reflujo de las salmueras nunca se aproximan a la escala de los procesos que produjeron la dolomitización de los
carbonatos de plataforma, adyacentes a las evaporitas antiguas. En los ambientes modernos, se
han encontrado dolomías formadas por reflujo
debajo de cortezas evaporíticas; sin embargo, las
zonas de precipitación de evaporitas son a la vez
localizadas y de pequeña escala.27 Las analogías
modernas con los depósitos dolomíticos antiguos
a menudo resultan difíciles de encontrar. Como
sucede con otros modos, esta construcción conceptual popular debe ser aplicada caso por caso y
de manera criteriosa.
Modelo de mezcla de aguas marinas y meteóricas—La posición estratigráfica, las asociaciones fósiles relacionadas y la falta de evaporita
asociada indican que algunas dolomías no se forman en un ambiente supramareal marino restringido. Por el contrario, se encuentran en áreas en
las que las aguas salinas ricas en Mg se mezclan
Oilfield Review
con agua meteórica dulce. Las formaciones dolomíticas modernas y antiguas de todo el mundo
sustentan variantes con respecto a este tema.
Una de esas variantes se basa en las facies
dolomíticas generalizadas asociadas con plataformas epicontinentales someras o con altos estructurales, en los que—a diferencia de los modelos
previos—no se observan evidencias de evaporación de salmueras salinas.28 El origen de estas
dolomías se explica a través del modelo de dorag,
en el que la dolomitización se produce en la zona
de agua salobre que se forma cuando el agua subterránea dulce se mezcla con el agua de mar.29 En
esta zona, el agua de mar suministra los iones de
Mg2+, y la disolución del CaCO3 se produce cuando
se mezclan las dos aguas. Los cálculos indican que
la mezcla de las aguas subterráneas meteóricas
con un 5% a un 30% de agua de mar puede producir un fenómeno de subsaturación con respecto a
la calcita, mientras que la dolomía se sobresatura. Dentro de este rango, la calcita puede ser
reemplazada por la dolomía. En general, el proceso de dolomitización se expresa mediante la
siguiente ecuación química:
2CaCO3 + Mg2+ => CaMg(CO3)2 + Ca2+.
Este modelo se basa en los afloramientos carbonatados Mifflin de la Formación Platteville, en la
Serie Champlain de Wisconsin, EUA, del Ordovícico
Medio. Aquí, los carbonatos parecen homogéneos
a través de una vasta área, y el espesor de la unidad y la estructura general sugieren un extenso
ambiente marino abierto y somero. Los fósiles del
ambiente marino abierto, además de la falta de
grietas de desecación, mantos algáceos y evaporitas, impiden la depositación supramareal y la dolomitización en un ambiente lagunar físicamente
restringido.
La dolomitización del Miembro Mifflin fue el
resultado de un proceso diagenético relativamente temprano que siguió a la exposición subaérea de la caliza levantada y el subsiguiente
establecimiento de lentes de agua dulce. La dolomitización se produjo en la zona de agua salobre
donde se mezclaron el agua salada con el agua
dulce, estableciéndose un límite entre la roca
dolomítica y la caliza a lo largo del margen inferior de las lentes de agua subterránea.30
En un modo levemente diferente, la dolomía
puede ser creada a través de la circulación de
aguas subterráneas salinas en las profundidades
de una plataforma carbonatada. En el sur de
Florida, EUA, el agua de mar fría y densa circula a
través del margen de plataforma de los estrechos
profundos de La Florida. La circulación impulsada
geotermalmente hace que el agua de mar, rica en
contenido de Mg, penetre en el interior de la plataforma carbonatada de La Florida, donde se mezcla
con agua meteórica dulce antes de ser descargada
a través de un extensivo sistema acuífero.
La interacción de las aguas dulces y salinas
con el flujo de calor geotérmico se conoce como
convección de Kohout.31 En este escenario, las
aguas intersticiales resultantes se subsaturan con
respecto a la calcita y la aragonita, pero siguen
estando saturadas con respecto a la dolomía, la
cual se precipita en los acuíferos permeables.
Otro ambiente de mezcla de agua dulce y salina
se encuentra situado a lo largo de las llanuras costeras del sudeste de Australia. Desde el momento
actual, y extendiéndose a través de todo el Período
Cuaternario, se han formado dolomías microcristalinas y otros minerales carbonatados en los lagos
efímeros y someros de la región de Coorong. Estos
lagos se desarrollan a lo largo de una faja de 100 km
[62 mi], en un corredor de interduna localizado
inmediatamente tierra adentro con respecto a la
línea de costa actual, detrás de una barrera de
arena calcárea. Los lagos se consideran afloramientos de la capa freática, y el agua libre, resultante de las precipitaciones y la recarga de los
acuíferos regionales o locales, se encuentra en su
superficie sólo durante el invierno y la primavera.32
Las dolomías modernas sólo se encuentran en
lagos sometidos a una fase de desecación anual.
Esos lagos se forman principalmente en zonas
que reciben menos de 500 mm [19.7 pulgadas] de
precipitaciones por año, y habitualmente se llenan hasta una profundidad de agua que oscila
entre 0.5 y 1 m [1.6 y 3.3 pies]. Si están llenos,
poseen un fondo de lodo carbonatado que contiene
algas y otros tipos de materia orgánica. Cuando los
niveles del lago caen, las aguas se vuelven cada vez
más salinas, exponiendo finalmente el fondo de
lodo a la luz solar y a la consecuente disecación.
Las salmueras resultantes se forman durante la
fase de secado y son refluidas fuera del sistema
hacia las aguas subterráneas que fluyen en dirección al mar. Las dolomías finas y otros carbonatos
permanecen detrás, mientras que los minerales
salinos y los minerales evaporíticos de sulfato son
eliminados del sistema. Se cree que esta dolomía
precipita de un de gel de carbonato en suspensión, no a través del reemplazo de un carbonato
preexistente.
Las dolomías de este sistema se acumulan por
encima de las aguas subterráneas continentales
someras que fluyen en dirección hacia el mar.
Durante su migración hacia la costa, las aguas
subterráneas atraviesan grandes volúmenes de
sedimentos acuíferos predominantemente carbonatados. La fuente del Mg es poco conocida pero
se cree que el Mg proviene de una provincia volcánica local de edad Cuaternario o bien que es
secuestrado por el flujo de agua subterránea proveniente de otras fuentes.
Modelo de diagénesis por sepultamiento—
La dolomía puede formarse en ambientes en los
que la química del fluido intersticial es dominada
por los procesos diagenéticos del subsuelo, o
donde las interacciones entre el agua y la roca
han modificado las aguas intersticiales originales.
Dichos ambientes son eliminados del proceso
activo de sedimentación superficial por el fenómeno de sepultamiento intermedio a profundo y
se caracterizan por sus condiciones químicamente reductoras.
Las dolomías de sepultamiento se forman en
el subsuelo después de la litificación de los sedimentos calcáreos. Estas dolomías pueden precipitar directamente como cemento o bien formarse
como reemplazos en los intervalos permeables
invadidos por las aguas de cuenca e hidrotermales,
23.Land LS: “The Origin of Massive Dolomite,” Journal of
Geological Education 33, no. 2 (1985): 112–125.
24.Kocurko MJ: “Dolomitization by Spray-Zone BrineSeepage, San Andrés, Colombia,” Journal of
Sedimentary Research 49, no. 1 (Marzo de 1979):
209–213.
Müller G y Teitz G: “Dolomite Replacing “Cement A”
in Biocalcarenites from Fuerteventura, Canary Islands,
Spain,” en Bricker OP (eds): Carbonate Cements.
Baltimore, Maryland, EUA: Johns Hopkins Press, 1971.
Deffeyes KS, Lucia FJ y Weyl PK: “Dolomitization of
Recent and Plio-Pleistocene Sediments by Marine
Evaporite Water on Bonaire, Netherlands Antilles,”
en Pray LC y Murray RC (eds): Dolomitization and
Limestone Diagenesis: A Symposium. Tulsa: Society of
Economic Paleontologists and Mineralogists, SEPM
Special Publication 13 (1965): 71–88.
25.Warren, referencia 2.
26.Land, referencia 23.
27.Warren, referencia 2.
28.Las plataformas epicontinentales son continentes
inundados, creados a través del proceso de inundación
ocasionado por antiguas vías marítimas.
29.Se dice que el término “dorag” es una traducción
aproximada del idioma persa, que significa “sangre
mixta o híbrida.”
Badiozamani K: “The Dorag Dolomitization Model—
Application to the Middle Ordovician of Wisconsin,”
Journal of Sedimentary Research 43, no. 4 (Diciembre
de 1973): 965–984.
30.Para obtener más información sobre este tipo de
dolomía, consulte: Folk RL and Siedlecka A: “The
“Schizohaline” Environment: Its Sedimentary and
Diagenetic Fabrics as Exemplified by Late Paleozoic
Rocks of Bear Island, Svalbard,” Sedimentary Geology
11, no. 1 (Mayo de 1974): 1–15.
31.Kohout FA: “Ground-Water Flow and the Geothermal
Regime of the Floridian Plateau,” Actas de la Asociación
de Sociedades Geológicas de la Costa del Golfo 17
(1967): 339–354.
32.von der Borch CC y Lock D: “Geological Significance of
Coorong Dolomites,” Sedimentology 26, no. 6 (Diciembre
de 1979): 813–824.
Volumen 21, no. 3
39
40
se localizan alrededor de fallas (derecha). La dolomía hidrotermal es formada por las aguas de
cuenca profundas a medida que se desplazan
hacia arriba, a través de conductos relativamente
permeables tales como las fallas y los planos de
corrimiento, o incluso zonas situadas debajo de
sellos impermeables. A medida que las aguas circulan hacia abajo, en celdas de convección de
cuenca, aumentan su temperatura de acuerdo con
el gradiente geotérmico local. Al templarse adquieren más flotabilidad, se desplazan en forma ascendente y fluyen hacia afuera a lo largo de fallas y
planos de estratificación.
La flotabilidad y la viscosidad afectan la velocidad de ascenso y la geometría del fluido ascendente. Cuando las fuerzas de flotabilidad son más
intensas, el fluido ascendente forma una pluma
convectiva concentrada predominantemente vertical. Dentro de esta pluma convectiva, puede esperarse que las temperaturas, las tasas de flujo y el
potencial químico se reduzcan desde el centro
hacia sus márgenes. En el caso de los sistemas
relativamente fríos, en los cuales predomina la viscosidad, los fluidos se elevan lentamente y la geometría de la pluma convectiva queda determinada
por la relación entre la permeabilidad vertical y la
permeabilidad horizontal.35
Las aguas profundas se vuelven hidrotermales—lo cual significa que superan en al menos 5ºC
[9ºF] la temperatura de formación ambiente—a
medida que son transmitidas a las porciones más
frías y más someras de la cuenca. Las presiones
de los fluidos hidrotermales también tienden a
ser más elevadas que las presiones ambiente de
los fluidos.
Por lo tanto, los fluidos hidrotermales son los
fluidos que ascienden a los estratos más fríos antes
de que su calor tenga tiempo para disiparse de
manera apreciable en la formación. Estos fluidos
fluyen rápidamente hacia arriba por conductos
permeables, en lugar de migrar lentamente a través de los estratos de baja permeabilidad. Las
fallas activas constituyen los mejores conductos
porque no han sido mineralizadas. Algunas fallas
pueden incluso fracturar los sellos de los acuíferos más profundos, drenando los fluidos geopresionados que fluyen en forma ascendente y a alta
velocidad a través de las fallas.36
La industria minera hace mucho tiempo reconoció un proceso similar—la alteración hidrotermal relacionada con las fallas—como un aspecto
importante de la diagénesis de los carbonatos.
Sin embargo, hasta hace poco, este proceso en
general se pasaba por alto en la evaluación de los
yacimientos carbonatados. En consecuencia, ciertos rasgos producidos probablemente por la presencia de fallas y el flujo de fluido hidrotermal
Dolomía
Caliza
L
e os
po n for fluid
r e ma os
l p a flu
lan sce yen
o d nde
e fa nte
ll a
cálidas o frías, enriquecidas con magnesio. Dado
que el reemplazo de la dolomía formada por sepultamiento se produce después de la litificación de
una roca hospedadora carbonatada, esta dolomía
puede atravesar las facies depositacionales así
como también los límites de formaciones.33 Además
de la posición estructural, los isótopos de oxígeno y
estroncio [Sr] resultan útiles para la determinación del origen de las dolomías. Estas dolomías
tienden a exhibir valores negativos de isótopos de
oxígeno δ18O , lo que indica la precipitación a partir
de fluidos con temperaturas levemente más elevadas que las de las dolomías de plataforma previas.
La recristalización de las dolomías formadas previamente por los fluidos de cuenca puede restablecer las características de los cristales, produciendo
cristales con valores de δ18O bajos, relaciones
87Sr/86Sr modificadas e inclusiones de fluidos salinos de alta temperatura.34
En estos ambientes subterráneos, la dolomitización de la caliza es facilitada por el incremento
de las temperaturas a medida que aumenta la
profundidad de sepultamiento. A su vez, las temperaturas más elevadas hacen posible la dolomitización a través de soluciones con relaciones
Mg-Ca más bajas que las salmueras hipersalinas
mencionadas previamente. Para que se formen
dolomías de sepultamiento son suficientes temperaturas que oscilan entre 60º y 70ºC [140º y 158ºF]
y estas condiciones usualmente pueden satisfacerse a unos pocos kilómetros de la superficie.
Con un incremento suficiente de la temperatura,
muchas aguas subterráneas pueden convertirse
en soluciones dolomitizadoras, incluyendo las
salmueras evaporíticas residuales, el agua de mar
y las aguas resultantes de la compactación de las
lutitas. En este último caso, el agua intersticial es
expulsada de los sedimentos finos durante el
sepultamiento y la compactación. Los minerales
de arcilla liberan Mg+2, que puede pasar a través
de los carbonatos produciendo su dolomitización.
No obstante, la dolomitización que tiene lugar
en el subsuelo profundo no es extensiva porque
los fluidos intersticiales y los iones se pierden
progresivamente con la persistencia de la compactación. El caso de la compactación de la lutita
es otro tema discutible. Algunos especialistas
sostienen que la precipitación de la clorita en las
lutitas puede constituir una fosa local para el Mg.
Como sucede con otros modelos, para que éste
sea viable son necesarios grandes volúmenes de
fluidos portadores de Mg.
Modelo hidrotermal—Un modelo bastante
popular, el de la dolomitización hidrotermal
(HTD), surge de una idea más antigua que se ha
reencarnado en forma refinada. La dolomitización
HTD comúnmente genera dolomías macizas que
> La dolomitización hidrotermal. Los fluidos
provenientes de las profundidades de una
cuenca pueden desplazarse por los planos de
fallas rápidamente y en forma ascendente para
dolomitizar los carbonatos a profundidades más
someras.
fueron interpretados como formados en las zonas
de mezcla de aguas meteóricas, en entornos de
sepultamiento profundo y en otros ambientes.37
Un ejemplo excelente de una dolomía antigua
relacionada con fallas es el de las calizas ordovícicas de las formaciones Trenton–Black River de
Michigan, en EUA, y la zona sudoeste de Ontario,
en Canadá.38 Allí, la dolomía define áreas de fallamiento y fracturamiento dentro de la caliza
adyacente.
Modelo de mediación microbiana—La dolomía actual de baja temperatura se forma con
mucha frecuencia en ambientes marinos restringidos o en ambientes costeros hipersalinos; sin
embargo, estos ambientes modernos producen
sólo una fracción pequeña de la dolomía total
observada en el registro de la roca. Si bien la dolomía es abundante en las rocas de la era Paleozoica
(250 a 540 Ma), se vuelve cada vez más escasa en
las rocas o los sedimentos más modernos, particularmente en los ambientes recientes (Holoceno).
Por el contrario, se cree que las dolomías macizas
antiguas seMattV_ORAUT09_Fig_10
formaron en una amplia diversidad de
ambientes, descriptos previamente. Esta disparidad conduce a algunos investigadores a cuestionar
si las condiciones actuales reflejan efectivamente
aquellas condiciones que permitieron la formación de las dolomías macizas antiguas.
Para comprender la escasez de dolomía en el
registro de roca reciente, los investigadores intentaron descubrir primero cómo se forma la dolomía.
Hasta hace poco, sus esfuerzos se centraron en sintetizar el mineral en sus laboratorios. Considerando
que el agua de mar contenía los ingredientes necesarios para la formación de la dolomía, los geoquímicos utilizaron las concentraciones de salmuera y
las condiciones de presión-temperatura que se
creía que existían naturalmente durante la formación de la dolomía.39 La incapacidad para producir
dolomía en el laboratorio constituye el meollo del
problema que ha perturbado a los geocientíficos
durante años (véase “El problema de la dolomía,”
página 1). Si bien los iones de magnesio, calcio y
carbonato son comunes en el agua de mar,
Oilfield Review
aparentemente han cambiado las condiciones
necesarias para disponerlos en las capas alternadas, ordenadas en forma neta, que formaron la
dolomía estequiométrica. Una vez que los geocientíficos comprendan cómo se forma la dolomía en un ambiente controlado, tal vez estén más
cerca de saber cómo se forma naturalmente y
porqué abundó tanto en un momento y, sin
embargo, es tan poco común en nuestros días.
El problema de la dolomía se vincula con una
serie de procesos relacionados entre sí que involucran la termodinámica, la cinética química, la
hidrología, la textura de la roca hospedadora y la
mineralogía. Los descubrimientos de la década de
1990 revelaron que en la ecuación debe incluirse
además otro proceso: la acción microbiana (derecha). Los microbios se convirtieron en el centro de
atención en los barros ricos en sulfato de las lagunas aisladas someras, al descubrirse que la dolomía rica en contenido de calcio precipita en
condiciones hipersalinas anóxicas.
Las bacterias sulfato reductoras de Lagoa
Vermelha, en Brasil, desempeñan un rol importante en la formación de la dolomía primaria en
las lagunas de la costa, al este de Río de Janeiro.40
Allí, los ciclos hidrológicos lagunares varían con
la alternancia de las estaciones húmedas y secas.
En la estación húmeda, las precipitaciones y el
agua subterránea continental elevan los niveles de
agua; en la estación seca, el agua de mar recarga la
laguna, que se vuelve cada vez más salina a medida
que la evaporación se intensifica. Este sistema
dinámico ayuda a suministrar los iones necesarios para la precipitación de la dolomía y la actividad microbiana anaeróbica. La precipitación de
la dolomía requiere iones de Mg2+, Ca2+ y CO23–,
mientras que un suministro continuo de iones de
SO42– provee el oxígeno requerido para sustentar
la actividad metabólica de las bacterias sulfato
reductoras. El momento más favorable para la
precipitación de la dolomía es la estación seca, en
la que la fuente principal de recarga del agua subterránea es el agua de mar que provee los iones
necesarios tanto para la precipitación de la dolomía como para la reducción de los sulfatos.
En ciertos modelos geoquímicos, se considera
que el sulfato inhibe la producción de dolomía.
Los experimentos han demostrado que en un sistema puramente inorgánico sin el beneficio de la
acción bacteriana, el sulfato en realidad no inhibe
la precipitación de la dolomía. No obstante, éste
es el caso opuesto al de Lagoa Vermelha, donde el
sulfato es necesario para mantener la actividad
microbiana requerida para producir dolomía. El
sistema hidrológico provee los iones de sulfato a
la zona de reducción activa de sulfatos donde los
Volumen 21, no. 3
0.5 µm
> Fotomicrografía de células microbianas baciliformes que habitan en la
superficie de una muestra de basalto, tomada con un microscopio de barrido
electrónico. Estos microbios precipitaron dolomía después de tres meses en
agua subterránea anaeróbica. Las diferencias producidas en la incrustación
de los cristales pueden deberse al tiempo de residencia de los microbios en
la superficie del basalto o simplemente reflejar diferencias en la actividad
metabólica. Cada célula posee una longitud de aproximadamente 1 μm.
(Tomado de Roberts et al, referencia 43.)
sedimentos se enriquecen en contenido de dolo- aumentaba al incrementarse el tiempo de incubamía que, una vez nucleada, continúa desarrollán- ción. Aquí, la actividad metabólica bacteriana
dose con el sepultamiento. La cepa correcta de implica la producción de amoníaco [NH3], que crea
bacterias también es clave para la precipitación un microambiente alcalino alrededor de las células
de la dolomía, como lo demuestra el hecho de que de las bacterias. Las bacterias también producen
la dolomía no precipita en la mayor parte de los CO2, que se disuelve y transforma en HCO –3 o bien
otros sedimentos marinos anóxicos, ricos en car- en CO–23 con un valor de pH más elevado. En prebono orgánico.
sencia de Ca2+ y Mg2+, el medio de cultivo se superLos experimentos de laboratorio lograron satura respecto de la dolomía. Estos cambios
simular la química de las aguas lagunares hiper- fisicoquímicos inciden en el ambiente geoquímico
salinas anóxicas de la estación seca. Se utilizaron
33.Allan and Wiggins, referencia 19.
las bacterias tomadas del barro lagunar para 34.Warren, referencia 2.
inocular un medio de cultivo y se incubaron 35.Warren, referencia 2.
durante un año en un refrigeradorMattV_ORAUT09_Fig_11
a 4ºC [39ºF]. 36.Allan and Wiggins, referencia 19.
Transcurrido el período de incubación, se recu- 37.Allan and Wiggins, referencia 19.
NF y Budros R: “Albion-Scipio and Stoney Point
peró un precipitado de dolomía. El análisis con 38.Hurley
Fields, U.S.A., Michigan Basin,” en Beaumont EA y
microscopio de barrido electrónico (SEM) y por
Foster NH (eds): Stratigraphic Traps I. Tulsa: American
Association of Petroleum Geologists, AAPG Treatise of
difracción de rayos X (XRD) demostró que se
Petroleum Geology, Atlas of Oil and Gas Fields (1990):
había precipitado una dolomía ferrosa con un
1–37).
39.Land LS: “Failure to Precipitate Dolomite at 25°C from
grado bastante elevado de orden catiónico.
Dilute Solution Despite 1000-Fold Oversaturation After
Los exámenes de laboratorio subsiguientes en
32 Years,” Aquatic Geochemistry 4, nos. 3–4 (Septiembre
de 1998): 361–368.
los que se utilizaron dos cultivos de bacterias
aeróbicas, Halomonas meridiana y Virgibacillus 40.Vasconcelos C y McKenzie JA: “Microbial Mediation of
Modern Dolomite Precipitation and Diagenesis Under
marismortui, precipitaron dolomía en sólo 30 días
Anoxic Conditions (Lagoa Vermelha, Río de Janeiro,
Brasil),” Journal of Sedimentary Research 67, no. 3
a 25ºC y 35ºC [77ºF y 95ºF], respectivamente.41
(Mayo de 1997): 378–390.
Estos experimentos demostraron además que el 41.Sánchez-Román M, Vasconcelos C, Schmid T, Dittrich
M, McKenzie JA, Zenobi R y Rivadeneyra MA: “Aerobic
tiempo requerido para la iniciación y precipitación
Microbial Dolomite at the Nanometer Scale: Implications
de la dolomía se reducía al incrementarse la temfor the Geologic Record,” Geology 36, no. 11 (Noviembre
de 2008): 879–882.
peratura, mientras que la cantidad de cristales
41
y favorecen la precipitación de la dolomía. Otros
experimentos relacionados están ayudando a los
investigadores a desarrollar paleotermómetros de
isótopos de oxígeno para evaluar las condiciones de
formación de la dolomía antigua.42
Estos análisis demostraron que los procesos de
mediación microbiana de la producción de dolomía pueden lograrse bajo condiciones anóxicas de
baja temperatura, y en un tiempo relativamente
corto. Por consiguiente, cuando la dolomía se asocia con sedimentos ricos en carbono orgánico,
deberían investigarse las influencias biológicas.
En el año 2004, se reportó un tipo diferente de
biomineralización cuando se descubrió que los
metanogenes, en lugar de los organismos sulfato
reductores, gobernaban la nucleación y la precipitación de la dolomía. En lugar de examinar una
laguna hipersalina, los investigadores del agua
subterránea efectuaron una evaluación a largo
plazo de un acuífero de agua dulce contaminado
con petróleo en Minnesota, EUA. Allí, descubrieron la presencia de dolomía en las células de los
microbios metanogénicos que colonizaban una
capa basáltica del subsuelo en un ambiente altamente reductor.43
En este ambiente, la formación de dolomía es
vista como parte de un proceso de dos pasos en el
que los microorganismos primero meteorizan el
basalto e incidentalmente liberan Mg, Ca y Fe. El
consumo microbiano de CO2 conduce luego a la
nucleación de cristales de dolomía en las paredes
de sus células.
Las observaciones de campo indicaron la precipitación de la dolomía de baja temperatura
como consecuencia de la acción microbiana después de tres meses. Los experimentos subsiguientes fueron llevados a cabo en un ambiente
de laboratorio controlado en el que se incubaron
bacterias metanogénicas en una cámara anaeróbica a 25ºC durante ocho meses. Una vez más, los
cristales de dolomía se nuclearon en las células
de los microbios que colonizaban las superficies
basálticas. Este estudio expande el abanico de
ambientes en los que se observa que la precipitación de dolomía tiene lugar a baja temperatura,
lo cual abre la posibilidad de que nuevos modelos
expliquen el origen y la historia diagenética de
las dolomías antiguas.
La revisión precedente sobre la formación de
la dolomía provee sólo una orientación general y
no cubre todo el espectro de ambientes que la
sustentan. Muchos investigadores propugnan
variaciones y combinaciones de diferentes modos.
Por otro lado, una revisión de la literatura existente sobre la dolomía revelaría que la eficiencia
de cada modelo es equiparable sencillamente a
la del último artículo técnico y que todos los
42
Litología
y porosidad
Sistemas de poros
y permeabilidad
Permeabilidad
relativa y saturación
Espectroscopía
Densidad
Neutrón termal
Neutrón epitermal
Factor fotoeléctrico
RMN
Rayos gamma
Distribución de
T2 por RMN
Registro de
imágenes
Resistividad de
lateroperfil
Resistividad
derivada de los
registros
de inducción
Datos de
núcleos
Densidad de granos
Porosidad
Permeabilidad
> Flujo de trabajo del sistema Carbonate Advisor. El primer paso incorpora
los resultados de las herramientas que proveen información sobre la litología
y la porosidad: espectroscopía, densidad, neutrón termal, neutrón epitermal,
factor fotoeléctrico, RMN y rayos gamma. Los datos son examinados por los
petrofísicos y sirven como datos de entrada para el paso siguiente, el cual
consiste en la evaluación del sistema de poros y la permeabilidad utilizando
la distribución de T2 de los datos RMN o los registros de imágenes. Luego se
obtienen la permeabilidad relativa y la saturación en base a las mediciones de
resistividad derivadas del registro de inducción de arreglo y de herramientas
de lateroperfil de arreglo. Además, se pueden agregar al análisis datos de
núcleos, tales como densidad de granos, porosidad y permeabilidad.
producibilidad, utilizando registros sensibles a la
textura y técnicas de generación de imágenes de
la pared del pozo para caracterizar la geometría
de los poros.44 La metodología de interpretación
implica una secuencia integrada para determinar
la litología, la porosidad, el tipo de poro, la permeabilidad, la permeabilidad relativa y la saturación (arriba).
La litología y la porosidad se obtienen mediante
la combinación de mediciones de diversas herraEvaluación de yacimientos
mientas, cada una de las cuales posee sensibiliLa evaluación de los yacimientos de dolomía dad con respecto a diferentes factores, incluidos
nunca es directa. Los sistemas de poros heterogé- la matriz de la roca, las propiedades de los fluidos
neos existentes en las rocas dolomíticas pueden y la porosidad. Los datos de espectroscopía de
frustrar fácilmente los esfuerzos de evaluación captura de neutrones y del factor fotoeléctrico
petrofísica y hasta la cuantificación de la dolomía (PEF) se utilizan para cuantificar la mineralogía
MattV_ORAUT09_Fig_12
puede resultar difícil. Los carbonatos
precursores de las rocas. Las mediciones de densidad voluméde la dolomía, depositados principalmente como trica y porosidad neutrónica son sensibles tanto a
resultado de la actividad biológica y compuestos la litología como a los fluidos contenidos en sus
por fragmentos fósiles y granos de rocas variados, espacios de poros. La porosidad derivada por
tienden a formar rocas con texturas muy comple- resonancia magnética nuclear (RMN) y el volujas y una amplia diversidad de formas y tamaños de men de fluido ligado son sensibles al tipo de
poros. Estas rocas pueden ser alteradas posterior- fluido y a la geometría del espacio de poros, pero
mente por múltiples procesos físicos, biológicos y menos sensibles a la matriz de roca. La perquímicos, cada uno de los cuales opera en diferen- meabilidad relativa, que se relaciona con el flujo
tes escalas. Una vez convertida, la dolomía puede efectivo de petróleo o gas y agua, afecta las medisometerse más tarde a múltiples etapas de disolu- ciones de resistividad somera más que las medición, precipitación y recristalización.
ciones de resistividad profunda. Todas estas
La evaluación de los yacimientos de dolomía mediciones se integran con otras para conformar
debe dar cuenta de la heterogeneidad de la litolo- una solución simultánea.
gía, los poros, granos y texturas de las rocas. El
La porosidad, en particular, constituye un eleproceso de análisis de la petrofísica y la producti- mento fundamental de cualquier evaluación de
vidad Carbonate Advisor fue desarrollado para yacimientos. No obstante, el cálculo de los valoayudar a los geocientíficos a evaluar estos yaci- res de porosidad en los carbonatos que incluyen a
mientos complejos. El sistema Carbonate Advisor la calcita y la dolomía, puede constituir un prorelaciona los datos obtenidos de registros con la ceso un tanto complicado. Las mediciones de
modelos han sido completamente analizados, criticados y, en ciertos casos, reprobados.
Cada yacimiento de dolomía se forma bajo circunstancias únicas y algunos pueden estar compuestos por múltiples generaciones de dolomías
formadas por diferentes sistemas y mecanismos
de flujo. Por consiguiente, todos los yacimientos de
dolomía deberían ser investigados y caracterizados caso por caso.
Oilfield Review
porosidad neutrónica deben corregirse por la
matriz de la roca. Si la matriz contiene sólo dolomía o sólo calcita, la transformación de la porosidad es relativamente simple. Pero si la roca
contiene una combinación de ambos minerales,
es necesario determinar las proporciones correctas de cada uno para calcular con precisión los
valores de porosidad.
La complejidad de la matriz también afecta el
cómputo de la porosidad derivada del registro de
densidad, porque la ecuación utilizada para convertir la porosidad en base a las mediciones de la
densidad volumétrica requiere la densidad de la
matriz como dato de entrada. Si la roca es una
combinación de dolomía y calcita, los cálculos de
la porosidad serán incorrectos a menos que se
obtenga un valor preciso de la densidad de la
matriz. Por consiguiente, el hecho de subestimar
o ignorar la presencia de dolomía puede traducirse en valores bajos de porosidad computada
que enmascaran la presencia de zonas potencialmente productivas.
En ciertos casos, la calcita y la dolomía pueden ser distinguidas fácilmente utilizando los
datos PEF de una herramienta de Lito Densidad
(Litho-Density).45 El valor de la matriz según los
datos PEF para la arenisca pura es 1.81; para la
dolomía, 3.14 y para la caliza, 5.08. A partir de la
medición del PEF, el porcentaje de dolomía puede
calcularse directamente si la matriz contiene sólo
dos minerales; lamentablemente, las rocas a
menudo contienen una mezcla de minerales. A
esta complejidad se suma el hecho de que aún las
concentraciones pequeñas de minerales relativamente comunes, tales como la siderita (con un
PEF de 14.7), la pirita (con su PEF de 16.97) o la
anhidrita (con un PEF de 5.03), distorsionan los
valores de PEF medidos y desvían el valor hacia la
calcita. En este caso, existen demasiadas incógnitas para determinar el tipo de matriz y su porosidad a partir de registros estándar.
Un problema adicional que plantea el uso del
factor PEF para la determinación de la litología
es el efecto de la barita, que comúnmente se
agrega como espesante a los sistemas de lodo de
perforación. La barita, con su PEF de 266.82, perturba otras mediciones del factor PEF en estos
sistemas de lodo.
La herramienta de espectroscopía de captura
elemental ECS puede ayudar a salvar algunas de
las deficiencias del proceso de interpretación. La
espectroscopía de captura de neutrones mide las
proporciones elementales de los minerales que se
encuentran en la formación. Los avances recientes registrados en materia de espectroscopía de
captura elemental condujeron a un mejoramiento
de las mediciones de los porcentajes de magnesio
Volumen 21, no. 3
Porosidad total
Microporosidad
Mesoporosidad
~ 0.5 µm
~ 5 µm
φ para la
distribución Todos los poros < 50-100 µm
> valor límite poseen el mismo T2
largo de T2
φ para la
Respuesta RMN <distribución
valor límite
corto deT2
Respuesta en base a
registros de imágenes
Macroporosidad
Porosidad Ciega a los poros más
no vugular pequeños que los botones
de la herramienta
Porosidad vugular
100% de
mesoporosidad
Macroporoso
Micromacro
Microporoso
Macromicro
Micromeso
100% de
microporosidad
Macromeso
Mesomicro
Mesoporoso
100% de
mesoporosidad
> Geometrías de los poros. La porosidad total (extremo superior) puede
dividirse en diferentes tipos de poros en base a los datos RMN y los datos
de registros de imágenes. Los microporos, con diámetros de gargantas de
menos de 0.5 μm, usualmente contienen gran parte de agua irreducible y
pocos hidrocarburos. Los mesoporos, con diámetros de gargantas que
oscilan entre 0.5 y 5 μm, pueden contener cantidades significativas de petróleo o gas en los poros situados por encima del nivel de agua libre (FWL).
Los macroporos, con gargantas que miden más de 5 μm de diámetro, son
responsables de los prolíficos regímenes de producción existentes en muchos yacimientos carbonatados pero a menudo constituyen trayectos para
la irrupción prematura de agua, dejando atrás volúmenes considerables
de petróleo y gas en los mesoporos situados por encima del nivel FWL.
Los tres tipos diferentes de poros pueden dividirse a su vez en ocho
clases de sistemas de poros (extremo inferior).
para ayudar a los petrofísicos a cuantificar el volumen de dolomía y de otros minerales contenidos
en las rocas yacimiento. Las mediciones ECS proveen además los porcentajes de calcio y azufre
que son cruciales para la determinación de la litología carbonatada. Por oro lado, los datos de
espectroscopía ECS proporcionan los porcentajes
relativos de elementos MattV_ORAUT09_Fig_13
tales como el hierro, el
silicio, el bario, el hidrógeno y el cloro. En consecuencia, los datos ECS reducen la incertidumbre
asociada con las mediciones de porosidad obtenidas de registros estándar.
La geometría de los poros adquiere especial
protagonismo a la hora de evaluar la calidad del
yacimiento y las propiedades del flujo de fluidos.
Para el sistema Carbonate Advisor, los poros se
dividen en diferentes tipos según el tamaño de
las gargantas. La división se basa en las distribuciones de los tiempos de relajación transversal
(T2) del registro de RMN aumentadas por las imágenes de la pared del pozo. Si bien el método de
RMN es sensible a la distribución del tamaño de
los cuerpos de poros, el sistema Carbonate
Advisor calibra los resultados para que aparezcan
como una distribución del tamaño de las gargantas de poros. A las distribuciones de T2 se aplican
dos valores límites que relacionan el tiempo de
relajación con la distribución del tamaño de los
poros (arriba).
42.Vasconcelos C, McKenzie JA, Warthmann R y
Bernasconi SM: “Calibration of the δ18O
Paleothermometer for Dolomite Precipitated in
Microbial Cultures and Natural Environments,”
Geology 33, no. 4 (Abril de 2005): 317–320.
43.Roberts JA, Bennett PC, González LA, Macpherson GL
y Milliken KL: “Microbial Precipitation of Dolomite in
Methanogenic Groundwater,” Geology 32, no. 4 (Abril
de 2004): 277–280.
44.Ramamoorthy R, Boyd A, Neville TJ, Seleznev N, Sun H,
Flaum C y Ma J: “A New Workflow for Petrophysical and
Textural Evaluation of Carbonate Reservoirs,” Actas del
49o Simposio Anual de Adquisición de Registros de la
SPWLA, Edimburgo, Escocia, 25 al 28 de mayo de 2008,
artículo B.
45.El registro PEF se obtiene como parte de la medición
de la densidad. La medición PEF carece de unidad
pero como es proporcional a la sección transversal
fotoeléctrica por electrón, a veces se expresa en
barnios/electrón.
43
Agua desplazada
Hidrocarburo desplazado
Agua
Petróleo
Dolomía
Macroporosidad
Calcita
Macro-meso
Anhidrita
Resistividad 10 pulgadas
0.2
Densidad de granos de caliza
2.7
3
0.2
3
0.2
0.25
0.2
lbf/lbf
Densidad de granos de núcleos
2.7
g/cm3
2000
∆T T compresional
2000
109
2000
1.95
3
Prof.,
pies
ohm.m
2000
0.45
ohm.m
g/cm3
%
0.5
0.5
Clorita
2.95
2.5
100
%
0
%
Densidad de granos derivada
de los núcleos
g/cm3
0
2.5
g/cm3
Meso-micro
Micro-macro
Macroporosidad
0
3.5
Distribución de T2
0.5
0.015
3.5
pies3/pies3
0.5
pies3/pies3
0.1
Micro-meso
0
Carbonate Advisor
Porosidad total
–0.015
Densidad de granos computada
Volúmenes ELAN
- 0.15
%
Mesoporosidad
Porosidad computada
Hilita
29
Porosidad-neutrón
Resistividad 90 pulgadas
0.2
µs/pies
Densidad
Resistividad 60 pulgadas
Peso seco relativo, Mg
0
ohm.m
Microporosidad
Porosidad derivada de los núcleos
Caolinita
Resistividad 30 pulgadas
Densidad de granos de dolomía
g/cm3
ohm.m
Macro-micro
Pirita
2000
Resistividad 20 pulgadas
g/cm3
2.7
ohm.m
Mesoporosidad
Microporosidad
Movilidad MDT
0.1
mD
mD/cP
10,000
Carbonate Advisor
Permeabilidad estimada
Carbonate Advisor
Permeabilidad
0 0.1
Permeabilidad del núcleo
10,000
mD
10,000 0.1
mD
10,000
X,050
X,100
X,150
X,200
X,250
> Evaluación de un yacimiento carbonatado complejo. En el Carril 1, se observa una fuerte correlación entre la medición del peso seco relativo de Mg
obtenido con la herramienta ECS (curva verde) y las mediciones de la densidad de granos obtenidas mediante el análisis de núcleos (puntos rojos). Para el
cómputo de la porosidad y la saturación de agua, se utilizan los datos de resistividad derivados del registro de inducción de arreglo (Carril 2) y los datos de
los registros convencionales de densidad (curva rosa), neutrón (curva azul) y sónico (curva verde) del Carril 3. El Carril 4 muestra la litología, la porosidad y
los volúmenes de fluidos resultantes, computados con el sistema Carbonate Advisor. En el Carril 5 se observa un buen ajuste entre los datos de núcleos
(rojo) y la densidad computada de granos (curva azul) y la porosidad computada (curva negra). La medición de la distribución de T2 con la herramienta de
resonancia magnética combinable CMR (Carril 6) se utiliza para la división de la porosidad, la clasificación del sistema de poros y los cómputos de la
permeabilidad. Si el resultado de la división de la porosidad (Carril 7) se compara con la litología computada (Carril 4), el contenido de dolomía muestra una
correlación estrecha con la mesoporosidad (sombreado verde) y la macroporosidad (sombreado rojo). Esta formación exhibe una correspondencia general
entre los incrementos del contenido de dolomía y el tamaño de poros. La porosidad se relaciona además con la permeabilidad (Carril 8). Los valores de
permeabilidad elevados, en general, corresponden a zonas de macroporosidad (sombreado rojo). La permeabilidad computada puede ser comparada con
los datos de núcleos y los datos obtenidos con el probador modular de la dinámica de la formación MDT (Carril 9). El sistema Carbonate Advisor estimó que
MattV_ORAUT09_Fig_14
la permeabilidad (curva negra) se ajusta a la permeabilidad derivada
de los núcleos (cuadrados rojos) y es confirmada por la lectura de movilidad del
probador MDT (puntos azules).
44
Oilfield Review
en la respuesta de la herramienta de resistividad.
Para el análisis, pueden utilizarse tanto las mediciones provistas por herramientas de inducción
de arreglo como por herramientas de lateroperfil
de arreglo. Con sus múltiples profundidades de
investigación, las herramientas de resistividad
pueden caracterizar con precisión el frente de
invasión, el cual se invierte para determinar las
curvas de permeabilidad relativa por imbibición.
El frente de saturación y el frente de salinidad se
resuelven simultáneamente para determinar el
flujo fraccional, la permeabilidad relativa versus
la saturación y la resistividad verdadera de la
formación.
El sistema Carbonate Advisor fue puesto a
prueba recientemente en un yacimiento del norte
de Kuwait. La evaluación de los yacimientos de
esta área puede verse complicada por los fluidos
de perforación espesados con barita, utilizados
para incrementar la seguridad de las operaciones
de perforación en campos conocidos por las altas
concentraciones de ácido sulfhídrico y las altas
presiones de yacimiento.46 Los geocientíficos de la
compañía operadora Kuwait Oil Company (KOC)
e do
lomí
0.9
0.300
1.0
a
0.7
1
0.01
0.1
0.5
en d
0.8
Volu
m
0.6
1,000
10
100
da
deriva
ilidad , mD
b
a
e
m
os
Per
núcle
de los
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
El valor límite corto define la fracción de
microporosidad y el valor límite largo la fracción
de macroporosidad, mientras que la fracción de
mesoporosidad cae entre ambas fracciones. La
componente macroporosidad también es determinada a partir de las imágenes de la pared del
pozo mediante la conversión de la imagen de
resistividad en una imagen de porosidad y la
extracción de la fracción de poros grandes presentes. En base a las tres divisiones de la porosidad, se identifican ocho clases petrofísicas de
sistemas de poros. La permeabilidad de la matriz
también se estima utilizando transformaciones
optimizadas para cada clase de poro. Las estimaciones de la permeabilidad pueden ser validadas
o calibradas utilizando los datos obtenidos con
las herramientas de pruebas de formación o las
mediciones de núcleos.
Las soluciones simultáneas de saturación y
permeabilidad relativa se obtienen a través del
modelado directo. El modelo completo da cuenta
de las variaciones radiales producidas en la resistividad por la distribución de los fluidos de perforación que invadieron la formación, lo cual incide
0.30
0
0.27
0.240
0.24
0.21
e los nú
0
0.210
0
0.18
0
5
1
.
0
0
0.12
cleos, %
0
ad deriv
Porosid
0.270
0
ada de
0.18
los núcle
rivada d
0
0.1
50
0.1
20
0.0
90
0.0
60
0.0
30
1,00.000
00
.090
Porosid
ad de
0
os, %
0
0.06
0
0.03
0
0.00 .0
0 .1
0
0.2
0
10
0.4
0.7
0.8
1
0.9
0.
a
mí
olo
da
iva
der , mD
d
a
lid eos
abi úcl
me los n
r
e
P de
1
0.6
10
0.5
ed
nd
me
lu
Vo
0.3
1
0.0
1.0
> Efecto de la dolomitización sobre la calidad del yacimiento. Los datos provenientes del análisis de núcleos de un campo situado en Kuwait se utilizaron
para representar gráficamente el volumen de dolomía, la porosidad y la permeabilidad derivadas de los núcleos. Estos datos indicaron fuertes correlaciones entre el incremento de los volúmenes de dolomía y los incrementos
producidos en la porosidad y la permeabilidad. La dispersión, en esta gráfica
de interrelación 3D, refleja la naturaleza heterogénea del sistema de poros
dentro de la roca dolomítica.
Volumen 21, no. 3
observaron que, en este campo, las zonas de porosidad y permeabilidad mejoradas se asociaban
con el fenómeno de dolomitización. Por lo tanto,
la cuantificación del contenido de dolomía era
importante para la clasificación de la calidad del
yacimiento.
No obstante, la estimación del contenido de
dolomía a partir de las mediciones convencionales puede verse entorpecida por una diversidad
de factores, tales como los efectos del lodo con
barita, la complejidad de las litologías y la sensibilidad de las mediciones derivadas de registros
con respecto a la dolomía, además de las diferencias existentes en la resolución vertical y la profundidad de investigación de cada herramienta.
Con el fin de superar estos desafíos en materia de
evaluación de formaciones, se utilizó una herramienta ECS para obtener los porcentajes relativos
elementales para el cómputo de la mineralogía. El
magnesio medido con esta herramienta fue un
elemento clave para la cuantificación de la dolomía en este yacimiento complejo. También se
corrió la herramienta de resonancia magnética
combinable CMR para obtener información sobre
la geometría de los poros. El sistema Carbonate
Advisor proporcionó resultados de evaluación de
formaciones que concuerdan estrechamente con
los datos de núcleos (página anterior).
El análisis de núcleos confirmó la relación
existente entre el contenido de dolomía y la calidad prospectiva en este campo del norte de
Kuwait. La gráfica de interrelación 3D muestra
una tendencia general de incremento del contenido de dolomía con los incrementos producidos
en la porosidad y la permeabilidad (izquierda).
Expansión del alcance
A pesar de los esfuerzos para determinar los marcos ambientales, los modos de origen y las condiciones que inciden en la calidad de las dolomías,
la exploración y producción de estas formaciones
están atiborradas de incertidumbres. Los refinamientos de los enfoques claramente diferentes
están ayudando a las compañías de E&P a reducir
algunas de estas incógnitas.
46.Kho D, Al-Awadi M y Acharya M: “Application of
Magnesium Yield Measurement from Elemental Capture
Spectroscopy Tool in Formation Evaluation of Northern
Kuwait Fields,” presentado en el 50o Simposio Anual de
Adquisición de Registros de la SPWLA, The Woodlands,
Texas, 21 al 24 de junio de 2009.
45
Prof.,
pies
X00
X02
X04
X06
X08
> Rellenado de huecos. Imágenes de un intervalo fracturado y estratificado,
obtenidas con una sola pasada (izquierda) de un generador de imágenes de la
pared del pozo de tipo patín. Se removieron los datos provenientes de un patín
para destacar el área medida normalmente por cada patín (línea verde de
puntos, izquierda). Los huecos existentes entre los patines fueron rellenados
en la imagen de cobertura total utilizando la técnica de modelado geoestadístico que se basa en patrones MPS (centro). Los parches conductivos oscuros
se indican mediante curvas de contornos verdes (derecha). Estas curvas
de contorno identifican trayectos complejos del flujo de fluido 3D en carbonatos heterogéneos.
Como se analizó previamente, las evaluaciones ciones de pozo, los lodos con barita y la invasión
petrofísicas de los yacimientos de dolomía requie- de los fluidos de perforación.
ren un detalle de la mineralogía y las propiedades
No obstante, las mediciones ECS obtenidas
de la matriz para corregir los cálculos de la densi- con el servicio LWD multifunción EcoScope, son
dad y de la porosidad neutrónica. Estos datos de sensibles a la proporción de Mg presente en una
entrada dependen, en parte, de la capacidad para formación. Esta capacidad es clave para la deterdiferenciar la calcita de la dolomía. El primer minación del contenido de calcita y dolomía
paso para la obtención de estos datos de entrada existente en una formación carbonatada. Este disconsiste en la selección de las herramientas
de positivo LWD permite obtener una amplia gama
MattV_ORAUT09_Fig_16
adquisición de registros utilizadas para investi- de mediciones. Diseñada en torno a un generador
gar el yacimiento; las herramientas estándar de de neutrones pulsados, la herramienta EcoScope
espectroscopía de captura no son sensibles a las mide la resistividad, la porosidad neutrónica, los
proporciones de Mg y Ca presentes en una for- rayos gamma azimutales, la densidad, la densimación. Si bien las mediciones del factor dad-neutrón-rayos gamma y el parámetro sigma
fotoeléctrico pueden utilizarse con este fin, su de la formación, además de la espectroscopía de
naturaleza somera las hace sensibles a las condi- captura elemental.
46
Otro enfoque, basado en las imágenes de la
pared del pozo y en barridos por tomografía computada (TC), está ayudando a las compañías de
E&P a predecir mejor las fracturas y las tendencias de alta permeabilidad presentes en formaciones altamente heterogéneas. Con la ayuda de
sofisticados algoritmos de simulación condicional, este enfoque permite analizar las imágenes
de la pared del pozo para determinar dónde se
encuentran los poros y los parches conductivos
en relación con la matriz de la roca.47 Los huecos
existentes en la imagen de la pared del pozo—un
rasgo inherente de la cobertura con patín provista por las herramientas de generación de imágenes—se rellenan utilizando un proceso de
simulación condicional estadística multipunto
(MPS) para crear una imagen de cobertura total
del pozo (izquierda). La simulación condicional
multipunto incorpora barridos por TC del núcleo
real, de escala micrónica, con el fin de crear
muestras de roca digitales que sirven para entrenar el programa MPS.48 Este enfoque basado en
patrones, contempla todos los datos obtenidos
con el dispositivo de tipo patín; además, traslada
los patrones de la medición obtenida con el patín
a los huecos de las imágenes, creando un pseudonúcleo 3D.49 La nueva imagen de cobertura total
puede dividirse luego en diferentes facies petrofísicas que se utilizan para estimar la porosidad y
la permeabilidad.
Por ejemplo, puede utilizarse para evaluar la
presencia de cavidades (vacuolas)—poros irregulares y grandes visibles a simple vista—existentes
comúnmente en las rocas carbonatadas. Las
zonas de porosidad y permeabilidad mejoradas se
sitúan en las proximidades de las cavidades, como
lo confirman las secciones delgadas, las imágenes
SEM y las mediciones de minipermeabilidad. En
47.Para obtener más información sobre la evaluación de
núcleos utilizando la técnica de tomografía computada
con rayos X, consulte: Kayser A, Knackstedt M y
Ziauddin M: “Una observación más detallada de la
geometría de los poros,” Oilfield Review 18, no. 1
(Verano de 2006): 4–15.
48.Zhang T, Hurley NF y Zhao W: “Numerical Modeling of
Heterogeneous Carbonates and Multi-Scale Dynamics,”
artículo JJJ, presentado en el 50o Simposio Anual de
Adquisición de Registros de la SPWLA, The Woodlands,
Texas, 21 al 24 de junio de 2009.
49.Hurley NF y Zhang T: “Method to Generate Fullbore
Images Using Borehole Images and Multi-Point
Statistics,” artículo SPE 120671, presentado en la
Exhibición y Conferencia del Petróleo y el Gas de
Medio Oriente de la SPE, Bahrain, 15 al 18 de marzo
de 2009.
Oilfield Review
Diám
et
F
0.3 m [1
pie]
B
Diámetro, 10
cm
4
gadas]
pul
Volumen 21, no. 3
das]
pulga
[8.5
m
c
22
ro,
[
las proximidades de las cavidades grandes, se
observan comúnmente aglomeraciones de cavidades pequeñas. En los registros de imágenes de
la pared del pozo, las cavidades pequeñas que
escapan a la resolución de los patines de generación de imágenes aparecen como regiones oscuras de alta conductividad, más que como poros
discretos.
Las imágenes de cobertura total permiten
trazar curvas de contorno cerradas alrededor de
las regiones resistivas o no resistivas de la imagen. Dichas regiones proveen mediciones importantes de la heterogeneidad del yacimiento y son,
en general, mucho más grandes que los tapones
de núcleos o los modelos digitales generados a
partir de los barridos por TC de las rocas. Por
consiguiente, las imágenes de la pared del pozo
son cruciales para la identificación de las heterogeneidades del modelo de flujo, cuya escala oscila
entre algunos centímetros y algunos metros. A
través de la definición de regiones de alta o baja
resistividad, la técnica de generación de imágenes puede ayudar a determinar si las cavidades
forman una red conectada y, por consiguiente,
permeable.
Las curvas de presión capilar y permeabilidad
relativa pueden ser asignadas a diferentes facies
0-100% along the petrofísicas;
top.
esto, sobre la base del análisis de
núcleos especiales realizado en el laboratorio y de
las pruebas de presión capilar por inyección de
mercurio efectuadas sobre muestras de núcleos de
rocas yacimiento. Las simulaciones numéricas que
utilizan estos resultados constituyen la clave para
la cuantificación del impacto de la heterogeneidad
de la roca carbonatada sobre el flujo de fluido
durante los procesos de producción primaria,
inyección de agua o inyección de gas. Dichas simulaciones se llevan a cabo sobre los pseudo-núcleos
numéricos construidos previamente para estimar
parámetros efectivos importantes tales como el
corte de agua, el factor de recuperación de petróleo y la eficiencia de la recuperación a escala del
pseudo-núcleo o de registros de pozos (arriba, a la
derecha).
Los barridos por TC y las observaciones a
nivel
de microescala pueden ayudar a los geoafter placeing
científicos a pronosticar las características de los
atributos a nivel de macroescala. El tamaño, la
forma y la altura del pseudo-núcleo numérico
0.17
Saturación de petróleo
0.86
> Simulación de flujo. Estos resultados fueron producidos después de inyectar
0.72 volúmenes porosos de agua mediante un pseudo-núcleo numérico en
una dolomía humedecida con petróleo. La saturación volumétrica del petróleo
remanente es del 58%; el corte de agua es del 77%. El agua es inyectada a
través del pseudo-núcleo desde afuera hacia dentro. Los colores representan
las saturaciones de petróleo. La heterogeneidad se manifiesta en la irrupción
no uniforme de agua (B) mostrada en ciertas partes del pseudo-núcleo de
flujo, mientras que en otras áreas el frente de inundación (F) apenas se ha
desplazado hacia el interior de la roca.
quedan limitados solamente por la capacidad de identificar y cuantificar la dolomía en las rocas
memoria computacional disponible. Esto permite yacimiento plantea un claro desafío. Aunque las
que los investigadores ejecuten experimentos mediciones basadas en el laboratorio quizás no
numéricos rápidos sobre muestras grandes que aborden las controversias existentes en torno a la
no podrían reproducirse en un laboratorio, dado formación de la dolomía, pueden caracterizar el
pozo con precisión a fin de proporcionar conocicualquier plazo de tiempo o monto de dinero.
mientos valiosos que ayudarán a las compañías
Si bien las técnicas de evaluación
de
formaMattV_ORAUT09_Fig_17
ciones permiten diferenciar fácilmente las are- de E&P a desarrollar estos yacimientos notoria—MV
niscas de los carbonatos, la capacidad para mente heterogéneos. 47