3. MEDIDAS DE PERMEABILIDAD EN SONDEOS 3.1. Slug Tests 3.1.1. Fundamentos del método 3.1.2. Aplicación 3.2. Pressure Tests (Pulse Tests Pressure Slug Tests) 3.2.1. Fundamentos del método 3.2.2. Aplicación 3.3. Consideraciones sobre la ejecución de los Slug Tests y de los Pressure Tests 3.3.1. Modo de ejecución 3.3.2. Requerimientos de tiempo 3.3.3. Problemas de la realización de los Slug Tests 3.4. Shut in Tests MEDIDAS DE PERMEABILIDAD EN SONDEOS 3. Las características permeabilidad enayos de las formaciones hacen que generalmente no sean de baja factibles de bombeo tradicionales, ya que, por una parte, bombeo convencional agotaría el sondeo con demasiada para hacer lecturas precisas, y, por otra, los un rapidez la distancia de los piezómetros de observación tendría que ser extremadamente pequeña para poder detectar variaciones de nivel en un período de tiempo práctico. Las mediciones de recuperación de nivel tropiezan, a su vez, con la extraordinaria lentitud de la misma y con almacenamiento las distorsiones debidas el en pozo, cuya al efecto aminoracj6n de exigiría diámetros de perforación tan exiguos que no pueden alcanzarse en la práctica para grandes profundidades. No obstante, las fórmulas de Theis, Jacob y Hantush son aplicables en determinados casos, especialmente para la determinación de las relaciones entre acuíferos y formaciones confinantes en cuencas sedimentarias. La dificultad de utilización de piezómetros observación ha conducido al desarrollo de ensaytis en un sondeo: slug test , pressure y shut-in tests modalidades y variantes. 8 , de solo con diversas 3.1. SLUG TESTS Concebido inicialmente para formaciones de mayor permeabilidad por Cooper,Bredehoeft y Papadopulos (1967), aplicable a requiere teóricamente formación los medios de baja una permeabilidad. penetración es método El completa de la proporciona el valor de la transmisividad T y del y coeficiente de almacenamiento S . 3.1.1. Fundamentos del método Consideremos sondeo entubado hasta el techo de un isótropo y abierto o enrejillado en todo el espesor acuífero del un acuífero. Supongamos que el sondeo es carger'o instantáneamente con un volumen V de agua (consideraremos una como una carga positiva y una extracción como inyección negativa). El nivel de agua en instantáneamente a una altura H, por debajo retornar el = V / rc sondeo se ran por una desplaza encima o de su nivel inicial e inmediatamente comienza a a su nivel inicial de acuerdo con una función del tiempo H(t). Mientras, el nivel en el acuífero varía conforme i l iina estas r u n c i ó n h(r,t) ( F i g i i r i i 1 ) funciones puede inicial, podemos obtenerse . Dado que la solución con cualquier condición simplificar el problema asumiendo nivel es inicialmente uniforme y constante. El problema s e describe matemáticamente por: dZh/dZr2 + l/r(dh/dr) = S/T(dh/dt) (r>re) h(r,+O,t) (t>O) = H(t) 9 de que 21 CARGA INSTANTANEA V NIVEL DE AGUA INMEDIATAMENTE DESPUES DE LA INYECCION I - - /NIVEL DE AGUA EN EL TIEMPO t EN EL TIEMPO t J ! ! ! ..................................... 1::...................................... .................................... I ///////////// ENTUBADO 7 ................................... ................................... ................................... ................................... ................................... ................................... ........... PARED DE POZO.'.'.'.'.'.'. ...................................... ...................................... I..................................... ....................................... ...................................... ...................................... //////////// Fig. 1. Esquema de un sondeo en que se myecta súbitamente un volwnen V de agua (Cooper et al. 1967) h(m,t) = O (-0) 2nr,T[dh(r,+O,t)]/dr h(r,O) mZ,(dH(t)/dt) (t>O) O = H(0) = H, La = ( o r e) = primera V/nrze es la ecuación diferencial que gobierna el flujo radial en régimen transitorio en un acuífero confinado. La de segunda ecuación establece la condición de contorno que tras el primer instante el nivel en el acuífero en la inmediación del pozo y en el pozo son iguales. que La tercera al tender ecuación impone como condición de r a infinito la variación en contorno el nivel piezométrico en el acuífero tiende a cero. La cuarta ecuación expresa el hecho de que la tasa .. de hacia (o desde) el acuífero es igual a la tasa flujo disminución (o incremento) en el volumen de agua dentro de del pozo. Las el dos últimas ecuaciones establecen que cambio en el nivel es cero en cualquier inicialmente punto exterior al pozo e igual a H, en el interior del pozo. Resolviendo se obtiene H/H, en que p Y siendo lugar = = F(P,a) Tt/r2, a = rziS/rZc rc el radio del entubado en el tramo en que tiene la variación de niveles y rs el radio de la rejilla del sondeo abierto en el tramo acuífero, y 10 o 3.1.2. Aplicación Mediante integración numérica de la anterior ecuaci6n se calculan tabla los valores de H/H, y p en función de los de a. La de la página siguiente, tomada del trabajo original, reproduce estos valores. Con estos valores se puede dibujar una familia de curvas, en papel semilogarítmico, llevando K/H, en ordenadas aritméticas y logarítmicas, con mediante un valores los que de P=Tt/ra, puede calcularse método gráfico análogo al en la de abscisas transmisividad Theis, mediante superposición de las curvas experimental y teórica. Las mediciones del ensayo se llevan a un gráfico papel semilogarítmico, en ordenadas aritméticas los de H/H, y en abscisas logarítmicas los valores correspondientes. gráfico de en valores tiempo Con l o s ejes aritméticos coincidiendo, el experimental se traslada horizontalmente hasta encontrar la superposición de máxima coincidencia con alguna de las curvas. En esta posición, el valor de t en el gráfico experimental se superpone a un valor de p en el de las curvas teóricas; entrando con ambos valores en la ecuación y conociendo el radio del sondeo, se obtiene inmediatamente la transmisividad T. El 11 valor del coeficiente de almacenamiento S se estima de la fórmula a = rz,S/rz, interpolando entre l o s valores de a de las curvas. A causa de la forma gráfico, de el las curvas y de la imprecisión del ajuste valor obtenido de S resulta más indicativo que fiable . VALORES DE H/H, Tt/r’, ------ 1 , o o 10-3 2 , 4,64 1.00 2.15 4.64 1.00 2.15 4.60 1.00 2.15 4.64 7.00 1.00 1.40 2.15 3.00 4.64 7.00 1.00 2.15 10-3 ~ 10-9 10-2 lo-” 10-1 10-x 10-1 100 loo loo 100 101 lo1 101 lo1 lo1 101 102 lo2 a=10-1 ------ a=10-2 a=10-3 a=lO-& a=10-5 0,9771 0,9658 0.9490 O. 9238 O. 8860 O. 8293 O. 7460 O. 6289 O. 4782 O. 3117 O. 1665 O. 07415 O. 04625 O. 03065 O. 02092 0.01297 O. 009070 O. 005711 O. 003722 O. 002577 O. 001179 0,9920 O, 9876 O. 9807 0.9693 O . 9505 0.9187 O. 8655 O. 7782 O. 6436 0.4598 O. 2597 O. 1086 O. 06204 O. 03780 O. 02414 O. 01414 O. 009615 O. 005919 O .O03809 O. 002618 O. 001187 O ,9969 0,9949 O. 9914 O. 9853 O. 9744 O. 9545 O. 9183 O. 8538 O . 7436 O. 5729 O. 3543 O. 1554 O. 08519 O. 04821 O. 02844 O. 01545 O. 01016 O. 006111 O. 003884 O. 002653 O. 001194 -----0,9985 0,9974 O. 9954 O. 9915 O. 9841 O. 9701 O. 9434 O. 8935 O. 8031 0.6520 O. 4364 O. 2082 0.1161 O. 06355 0.03492 O . 01723 O. 01083 O. 006319 O . 003962 O. 002688 o .o01201 0,9992 0,9985 O. 9970 O. 9942 o. 9888 0.9781 0.9572 0.9167 O. 8410 0.7080 O. 5038 0.2620 O. 1521 O. 08378 O. 04426 0.01999 O. 01169 O. 006554 O. 004046 O. 002725 O. 001208 Posteriormente, nuevos el (Cooper et al.) ------ ------ (1973), los mismos autores ------- presentan valores de la función F(P,a) a fin de hacer aplicable método a formaciones de más baja permeabilidad. siguientes: 12 Son los VALORES DE H/H, -Tt/r2, ------ a=10-6 ------- o. O01 0.9994 O. 9989 O. 9980 0.9972 0.9964 O. 9956 0.9919 O. 9848 O. 9782 O. 9718 O. 9655 0.9361 O. 8828 0.8345 O. 7901 O. 7489 O .5800 O .4554 O . 3613 O. 2893 O. 2337 O. 1903 O. 1562 O. 1292 O. 1078 0.02720 0.01286 0.008337 0.006209 0.004961 0.003547 0.002763 0.001313 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 80.0 100.0 200.o a=10-7 ------ u-10-8 a=lO-s ------ 0.9996 O .9992 O. 9985 O. 9978 0.9971 O. 9965 O. 9934 O . 9875 O. 9819 0.9765 0.9712 O. 9459 O. 8995 O. 8569 O. 8173 O. 7801 O. 6235 0.5033 O. 4093 O. 3351 O. 2759 O. 2285 O. 1903 O. 1594 O. 1343 0.03343 0.01448 0,008898 0.006470 0.005111 0.003617 0.002803 0.001322 ------ a=1O-L0 ------- O. 9996 0.9997 O. 9994 0.9993 O. 9987 0.9989 0.9984 O. 9982 0.9980 O. 9976 0.9971 0.9975 O. 9952 O. 9944 0.9908 O. 9894 -0.9846 0.9866 O .9824 O. 9799 0.9784 O. 9753 O. 9532 0.9587 O. 9122 0.9220 O. 8741 O. 8875 O. 8550 O. 8383 O. 8240 O. 8045 0.6889 O. 6591 O. 5442 0.5792 O . 4517 0.4891 0.4146 0.3768 O. 3525 O. 3157 O. 3007 O. 2655 O. 2243 0.2573 O. 2208 0.1902 0.1620 O. 1900 0.04129 0.05071 0.01956 0.01667 0.009637 0.01062 0.006789 0.007192 0.005283 0.005487 0.003691 0.003773 0.002845 0.002890 0.001330 0.001339 0.9997 O. 9995 0.9991 0.9986 0.9982 0.9978 O. 9958 0.9919 0.9881 O. 9844 0.9807 0.9631 0.9298 O. 8984 O. 8686 O. 8401 0.7139 0.6096 0.5222 5.4487 6.3865 O. 3337 0.2888 O. 2505 O. 2178 0.06149 0.02320 0.01190 0.007709 0.005735 0.003863 0.002938 0.001348 Para valores muy pequeños de a las curvas presentan una forma muy similar y discurren estrechamente paralelas en gran parte de su longitud (Figura 2). cuando el coeficiente de almacenamiento es tan determinación calculable Esto se traduce en que se halla sujeta a grandes para la transmisividad por el mismo hecho, no presenta, , errores. pequeño El su valor aunque también afectado afortunadamente, un margen FIG- 2 CURVAS nw P ARA EL SLUG TEST [ ~ p p ~ m Y ~BREDMOEFT ~ ~ o s ism de error tan elevado. Las transmisividades determinadas por este método representativas de s610 una pequeña zona alrededor del pero el procedimiento es relativamente económico y son pozo, sencillo de realización. 3.2. PRESSURE TESTS (PULSE TESTS PRESSURE SLUG TESTS) Derivado Papadopulos, dominio del 1980, es clug análogo Bredehoeft y a aquél pero utilizando el test por de presiones en vez de el de alturas piezométricas, con el sistema cerrado y presurizado. 3.2.1. Fundamentos del método Consideremos un sondeo al que hemos aplicado un sistema hidráulico como los que se muestran en la figura 3 . piezométrico El nivel en el intervalo a ensayar puede ser conocido o no y puede estar ascendiendo o descendiendo, si bien, a causa de la baja permeabilidad de la formación, su evoluci6n será muy lenta. Para realizar el ensayo, el sistema es llenado con agua y es repentinamente precurizado con una bomba. sistema mediante causada por una válvula y la altura la presurización comienza muestra en la Figura 4 . 14 a Se cierra el manométrica decaer, como H, se - INTERVALO DE ENSAYO NIVEL INICIAL DEL -SUPERFICIE ...... -Y:--?-?-?-?-? ....... íb) pozo ::;::/:: -?-?-7-7-7 .< .7- .. ... .'.' .. Fig 3. Esquemas para la redizadón de ensayos presuhados (a) en formaciones no consolidadas y ib) en f m a m consolyfadas (al ........ ........ ........ ........ <.<. ......... -3-3-3-3-7 . . . . . . . . :::::::: . . . .-3-3-?-?-? ... ........ SISTEMA LLENADO ::::::.':. ........ ........ CON AGUA ........ - ......... ......... MANOMETRO - SISTEMA LLENADO CON AQUA ........... m 3 Y % O 5 o u) 2 O N u O m § Q 9 1 O D i rn \Id r - - SISTEMA LLENADO CON AOUA NIVEL MANOMETRICO EN EL SISTEMA SISTEMA PRESURIZAOO Y CERRADO Deseamos altura obtener una relación entre la variación de manométrica H y las propiedades hidráulicas la del intervalo de formación ensayado. Se supone que el descenso de nivel que asociado al llenado del sistema con agua es tan lento ser despreciado o bien proyectado hasta el final puede del período de presurización sin cometer errores significativos. Se asume también que el flujo en el intervalo ensayado es radial y que las propiedades de la formación permanecen constantes durante el ensayo. La ecuación condiciones fundamental y las correspondientes a las de contorno son idénticas a las formuladas para el caso del slug test, excepto: que es, ahora, sustituida por siendo h altura manométrica en el intervalo ensayado de la formación debido a la presurización. r distancia radial desde el eje del sondeo S coeficiente de almacenamiento T transmisividad del intervalo ensayado re radio del sondeo en el intervalo ensayado V- volumen de agua contenido en la parte del sistema 15 presurizada ,C compresibilidad del agua, [LTZ/M] d, densidad del agua, [M/Ln] g valor de la gravedad, [L/Tz] La Última ecuación postula que la tasa de flujo del sondeo hacia la formación es igual a la tasa de expansión del agua almacenada en el sistema presurizado, al descender la presión. La solución es ahora: que para es el formalmente idéntica a la H/H, slug test, = F(a,P) establecida por lo que sirven las mismas y tablas bacos. No función, autores valores obstante, los valores del primer parámetro en Por ello, (a), pueden ser superiores a 10-1. proporcionan una tabla adicional de la función de desde a lo-= hasta la los para (Bredehoeft 101 y Papadopulos,l980). Cuando pequeños a es grande o f3 es pequeño, valores de P/a, la función se es hace decir, para prácticamente independiente de a y B , y depende solamente del producto a[3. La tabla comprendidos siguiente. de entre para la función F ( a , B ) para los valores 0,l y valores aproximación siguiente: 16 10 se muestra superiores en resulta la de a página válida la aP ----------- o. 000001 o. 000002 O. 000004 O. 000006 o. 000008 o. 00001 o. 00002 O. 00004 O. 00006 O. 00008 o. O001 o. 0002 O. 0004 O. 0006 o. O008 0.001 o. 002 O. 004 O. 006 o. O08 0.01 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.2 0.4 F(a,P) --------- o.. 9977 aP ---------- Fia,P) --------- 0.6 0.8 1. 2. 4. 6. 8. 10. 20. 40. 60. 80. 100. 200 * 400. 600. 800. 1000. 2000. 4000. 6000. 8000. 10000. 20000. 40000. 60000. 80000. 100000. O. 3137 o * 2800 O. 2554 0.1888 0.1370 0.1129 0.09825 O. 08813 0.06269 0.04446 O .O3634 O. 03149 0.02817 0.01993 0.01410 O. 01151 O. 009972 O. 008920 0.006307 0.004460 O. 003642 O. 003154 o. 002821 O .O01995 O. 001410 0.001152 O. 0009974 O .O008921 O. 9968 O. 9955 O. 9945 0.9936 0.9929 0.9900 0.9859 O. 9828 o. 9801 0.9778 0.9689 O. 9564 0.9470 O. 9392 0.9325 0.9066 0.8719 O. 8467 0.8263 o. 8090 O. 7466 O. 6708 O. 6209 0.5835 0.5536 O. 4582 O. 3647 La figura 5 muestra las curvas tipo de la función F(a,P) respecto al producto ap. 17 CURVAS n 1980 1 w DE LA NNCION F ( T ~RESPECTO ) AL P R O O U C T O U (BREDDIOEFT ~ Y PAFWOPULOS VALORES DE LA FUNCION P(a,p) 0.000001 0.000002 0.000004 0.000006 0.000008 0.00001 0.00002 0.00004 0.00006 O.WOO8 o.wo1 0.0002 0.0004 O. 0006 0.0008 0.001 0.002 0.W4 0.006 0.008 0.01 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.2 0.4 0.6 0.8 1. 2. 4. 6. 8. 10. 20. 40. 60. 80. 100. 200. 400. 600. 800. 1000. 0.9993 0.9990 0.9986 0.9982 0.9980 0.9977 0.9968 0.9955 0.9944 0.9936 0.9928 0.9898 0.9855 0.9822 0.9794 0.9769 0.9670 0.9528 0.9417 0.9322 0.9238 0.8904 0.8421 0.8048 0.7734 0.7459 0.6418 O. 5095 0.4227 0.3598 0.3117 0.1786 0.08761 0.05527 0.03963 0.03065 0.01408 O. 006680 0,004367 0.003242 0.002577 0.001271 0.0006307 O. O004193 0.0003140 0.0002510 0.9990 0.9986 0.9980 0.9975 0.9971 o. 9968 0.9955 0.9936 0.9922 0.9909 0.9899 0.9857 0.9797 0.9752 0.9713 0.9679 0.9546 0.9357 0.9211 0.9089 0.8982 0.8562 O. 7980 O. 7546 0.7190 0.6885 0.5774 0.4458 0.3642 0.3072 O. 2648 0.1519 0.07698 0.04999 0.03658 0.02870 0.01361 0.006568 0.004318 0.003214 0.002559 O .O01266 0.0006295 O. 0004188 0.0003137 0.0002508 18 0.9984 0.9977 o. 9968 0.9961 0.9955 0.9949 0,9929 0.9899 0.9877 0.9977 0.9968 0.9955 0.9945 0.9936 0.9929 0.9900 0.9858 0.9827 0.9800 0.9858 0.9777 0.9841 0.9776 0.9687 0.9685 0.9560 0.9615 0.9465 0.9557 0.9305 0.9315 0.9505 0.9307 0.9048 0.8M16 0.9031 0.8419 0.8825 0.8202 0.8654 0.8505 0.8017 0.7947 0.7336 0.6489 0.7214 0.5919 0.5697 0.5486 0.6289 0.5137 0.5951 0.4010 0.4799 0.2902 0.3566 0.2311 0.2864 0.1931 0.2397 0.2061 O. 1663 0.1202 0.09912 0.06420 0.05521 0.04331 0.03830 0.03254 0.02933 0.02600 0.02376 0.01288 0.01219 0.006374 0.006171 0.004229 0.004132 0.003163 0.003105 0.002526 0.002487 O. 001258 0.001247 0.0006272 0.0006242 0.0004177 O .O004163 0.0003131 0.0003123 0.0002504 0.0002499 0.9968 0.9955 0.9936 0.9922 0.9910 o. 9900 0.9858 0.9801 0.9757 0.9720 0.9688 0.9562 0.9389 0.9258 0.9151 0.9057 0.8702 0.8232 O. 7896 0.7626 0.7400 0.6595 0.5654 0.5055 0.4618 0.4276 0.3234 O. 2292 0.1817 0.1521 0.1315 o. o8044 0.04668 0.03326 0.02594 0.02130 0.01133 O .O05897 0.003994 0.003022 O .O02431 0.001230 0.0006195 0.0004141 0.0003110 0.0002490 0.9948 0.9927 0.9898 0.9876 0.9857 0.9841 0.9776 0.9687 0.9619 0.9562 0.9512 0.9321 0.9061 0.8859 0.8711 0.8576 0.8075 0.7439 0.7001 0.6662 0.6384 0.5450 0.4454 0.3872 O. 3469 0.3168 0.2313 0.1612 0.1280 0.1077 0.09375 0.05940 0.03621 0.02663 0.02125 0.01776 0.009943 0.005395 O ,003726 0.002853 0.002313 0.001194 0.0006085 0.0004087 0.0003078 0.0002469 0.9923 0.9894 0.9853 0.9822 0.9796 0.9773 0.9683 0.9558 0.9464 0.9387 0.9318 0.9059 0.8711 0.8458 0.8253 0.8079 0.7450 0.6684 0.6178 0.5797 0.5492 0.4517 0.3556 0.3030 0.2682 0.2428 0.1740 0.1207 0.09616 O. 08134 0.07120 0.04620 0.02908 0.02185 0.01771 0.01499 0.008716 o. 004898 0.003445 0.002668 0.002181 0.301149 0.0005944 O .O004016 0.0003035 0.0002440 Aplicación 3.2.2. El modo de utilización de este test depende del del parámetro a, esto es, de si nr’,C/Vdwd-g valor es mayor o menor de 0.1. que la magnitud de a no es conocida de Dado ha de hacerse antemano, un intento de análisis de los datos con el método aplicable para a <= 0.1. Si el resultado indica que a > 0.1, debe aplicarse entonces el segundo método. Para a <= 0.1 los datos se analizan de manera similar a lo explicado para el slug test: se trazan los valores de H/H, respecto al tiempo en papel semilogarítmico, a la misma escala que las curvas tipo, y se superpone a una de ellas por desplazamiento coincidentes. horizontal llevando los ejes Tomando un punto de coincidencia se j3 p t obtienen los valores de a, p y t que, con la expresión H/H, = F(a,P) = F(nr2.S/VwCdi+ , rrTt/VwCdwg) nos permiten obtener los valores de T y S. Al igual que sucede en el slug test, si los datos no permiten una coincidencia satisfactoria con una de las curvas tipo el error almacenamiento con S que es afortunadamente, dado se determina el del mismo orden que coeficiente de el error en a; el pequeño desplazamiento horizontal el error cometible en la determinación de T es mucho menor ( un error de 2 órdenes de que hay entre las curvas tipo, magnitud en a acarrea un error de menos del 30% en T). 19 Cuando a > 0.1 tanto la similaridad de forma de las curvas tipo como su mayor grado de distanciamiento horizontal incrementan notablemente la probabilidad de cometer un en error ajuste por coincidencia, y el error cometible en el determinación de T puede ser del mismo orden de magnitud el cometible en aconsejable la utilizar determinación de S. las curvas de F ( a , P ) en Por la que ello es función del producto ap, si bien sblo podremos obtener el producto TS, ya que . . . ap = rrZr2.TSt/(VwC,.di,dw4)z 3.3. CONSIDERACIONES SOBFUXLA EJECUCION DE LOS SLUG Y DE LOS PRESSURE TESTS. 3.3.1. Modo de ejecución El slug test es sencillo y económico en su realizacibn. " Puede realizarse bien mediante extracción de agua ( bombeo, o achique con balde o cuchara), bien mediante introducción de agua ( llenado hasta un cierto nivel o hasta la boca del pozo), o bien sumergiendo simplemente un barrón ( produciendo una elevación del longitud nivel de agua en consonancia con del barrón y los cuadrados de los radios de éste la y del pozo o del entubado) y luego retirándolo. La adquisición de datos manualmente mediante mediante una un del ensayo simple sonda sistema electrónico 20 puede hacerse de nivel, o bien computerizado con un ordenador personal tipo PC que puede trazar el gráfico en impresora, grabarlo en disquete e incluso permita realizar un ajuste gráfico, de modo interactivo, con las curvas tipo y obtener un informe del resultado, como ofrece, por ejemplo, el sistema desarrollados de Otros B.R.G.M. para el tratamiento de datos e resultados "ISOAQX", del "IMPULSE" son "SLUGIX", de de HIDRALOGIC ( U S A ) , INTERPEX programas interpretación LIMITED (USA), "STEP-MATCH" y "TYPCURV", de IN SITU INC. (USA). La se realización del "pressure test" no debe hacerse como expuso en la introducción de este método, cometerse errores .considerables, como ya que ha pueden expuesto Neuzi1,1982. conocer y utilizar la compresibilidad preciso Es sistema ( que resulta bastante superior) y no la (teóricamente 4.8 10-10 Pa-1) , atrapada, proporcionando etc., que agua ya que inevitablemente habrá pequeñas holguras de elementos mecánicos, aire del del alguna burbuja distorsionarían los de cálculos, una transmisividad varias veces menor que la real. Por otra parte, es conveniente situar la válvula cierre no en superficie, sino en profundidad y packer o sistema y doble packer, a fin de reducir el próxima volumen también de evitar posibles efectos de de al del cavitación por entrada en vacío de la tubería. Así mismo, pseudo es necesaria una condición inicial de casi o equilibrio antes de iniciar el 21 ensayo, a fin de satisfacer la ecuación h(r,O) = O que expresa sistema es que el cambio debido a inicialmente cero en formación, y que impuestas para es la presurización cualquier punto una de las condiciones de del de la contorno resolver la ecuación fundamental del flujo hidráulico en el método de Bredehoeft-Papadopulos. Como previamente se introduce agua en el sistema, se origina un flujo transitorio entre el pozo y la formación. El nivel ensayo debe comenzar cuando la lenta variación debida al flujo transitorio puede ser extrapolada poco error a lo largo del tiempo del ensayo , de con a fin de poder ser sustraída al realizar el análisis de los datos del mismo. Ello es debido a que, con anterioridad al cierre del sistema, tienen lugar cambios en el almacenamiento del pozo al variar el nivel libre, y la variación de nivel por cambio unitario en el almacenamiento del pozo es relativamente pequeña; una vez que se cierra almacenamiento del comprimirse el agua, y el pozo sistema, los tienen dado lugar que la en el expandirse o compresibilidad es al cambios pero pequeña, la variación de nivel piezométrico con respecto a la del almacenamiento del pozo se vuelve relativamente grande, y el cambio de equilibrio presión anteriores debido a las al cierre se hace condiciones de mucho más no rápido (Figura 6) De si el nivel libre estuviera descendiendo previamente al cierre, el descenso no tener en cuenta estas consideraciones, aparente de presión en el ensayo sería muy rápido, resultando un valor demasiado grande para la (caso mostrado en la figura 6), T calculada e inversamente, si el nivel estuviera ascendiendo, resultarfa un valor demasiado pequeño para la transmisividad calculada. La Neuzil Figura (1982) 1 muestra la configuración propuesta por para la realización del “pressure test”, de acuerdo con las consideraciones expuestas, en contraposición a las inicialmente pensadas al formular el método (Figura 3 ) . Para conocer calcular el la compresibilidad del sistema volumen del mismo y tener en cuenta la hay que cantidad adicional de agua requerida para la presurización y el valor de ésta. De este modo La mayor complejidad en la realización del “pressure test”, con uno o dos packers y transductores de presión, así como el acortamiento de los tiempos de manifiesto la adquisición citado. y Otro utilidad de los sistemas tratamiento de datos, programa respuesta, pone de computerizados como el tratamiento interpretación de resultados es “TYPCURV“, de de “IMPULSE“ ya de datos de IN SITU e INC. SOFTWARE. 3.3.2. Requerimientos de tiempo Dependiendo de ensayar, la transmisividad de la formación a el “pressurized slug test“ puede requerir de varios 23 BOMBA 3 I - A REGISTRADORES SUPERFICIE JIVEL EN EL POZO VALVULA ACCIONADA A DISTANCIA ¢:, PACKER C TRANSDUCTOR PACKER TRANSDUCTOR FQ 7. Esquemo sugerido para la realiracian del 'Preswe síug tesi' 0.1 I 10 IOL id lo4 id 10' id idid ido nauImmsBwNa3s Flfi- 8 DESCENSODENML EN UN R)ZO EN UN S U TESTRIESURIZAW Y EN OTRO Pozo ABlWrO (aIEDMOEFT Y PAPADOPULOS 19801 minutos a varios dias para su realización, mientras el "slug , test" en las mismas condiciones, puede requerir de varias horas a varios años. . . La Figura preparada por Bredehoeft y 8, (1980), muestra las curvas que se Papadopuios obtendrían con ambos métodos, suponiendo que el slug test se realizara variando de modo instantáneo packer con el nivel de agua dentro de la tubería del la válvula y la bomba transmisividad de ml/s, desconectadas, para coeficiente de una almacenamiento 4.10-4, intervalo ensayado de 10 m, radio de sondeo de 0.1 m, radio de tubing 0 , 0 2 m y longitud de tubing 90 m. Problemas en la realización de los Sluq Tests 3.3.3. -Acuíferos fisurados: La realizaci6n del slug test en terrenos valor fisuxados puede resultar en una sobreestimación del de la transmisividad y una infraestimación del coeficiente de almacenamiento. Para el horizontales, un caso teórico de un sistema de fisuras la sobreestimaci6n de T se vería afectada factor no mayor determinación de variable entre C 3, de podría mientras el error estar afectado por un en por la factor y l o s (Barker y Black,1983). En la realizacion de los ensayos ha de tenerse en cuenta no someter el terreno a presiones que pueda inducir una fracturaci6n hidráulica del mismo, o la apertura de fracturas existentes, con lo que quedarían desvirtuados los resultados. 24 - Efecto "skin": Consiste en la mejora o deterioro de las propiedades hidráulicas de la pared del pozo. (efecto positivo o negativo, respectivamente). La permanencia de una película de lodo adherida a la pared del pozo constituiría la imagen física de un efecto "skin" negativo, aunque dicho efecto puede deberse también a otras causas, como la degradación del propio terreno en el anillo contiguo al pozo. Inversamente, el lavado de la pared del pozo alteración mecánica del terreno producida por la y la perforación pueden originar un efecto "skin" positivo (estimulación). Si el espesor de rnfinitesimal, este la efecto película se puede traduce considerarse solamente en una pérdida de exactitud de los resultados del ensayo, pero si el espesor es apreciable, los resultados del ensayo no corresponderán a las características de la formación sino a las de la película (Faust y Mercer,1984). producir un desplazamiento horizontal de la respuesta a lo largo del eje El efecto primario del "skin" es de tiempos. Pero existe una gran diferencia entre los efectos reales que se producen en un slug test y en un "pressure slug test". En un ensayo a pozo abierto, una cantidad relativamente grande de agua pasa del pozo al descenso de nivel en el pozo; quedar absorbida acuífero, por en la terreno, produciendo esta cantidad de agua no puede película y tiene que lo que el almacenamiento en la 25 el pasar al película es despreciable y los resultados del ensayo son válidos. En un ensayo presurizado, cantidad nivel de en quedar agua para producir el descenso manométrico el pozo, disipada y esta pequeña cantidad en una almacenamiento no nulo; ensayo s6l0 interviene una pequeña película de agua de puede de espesor finito con consecuentemente, l o s resultados del proporcionarán las caracterlsticas hidráulicas de la película y no del terreno (Moench y Hsie,1985). Por ello, terreno el slug test afecta a una mayor porcibn circundante al pozo y sus resultados son de menos puntuales que los del ensayo a pozo cerrado. - Fenómenos osciiatorios: Las condiciones de ensayo del slug test y de la formaci6n pueden ser tales que originen movimientos oscilatorios del nivel. Este asunto estudiado en 1976 por Van der Kamp para el caso de someros, aunque en ellos resulta ya fué acuiferos infrecuente, dando las siguientes ecuaciones: d2w/dtf - 82_r2c ln a dw/dt con e2, Y a = 0 . 8 9 re (Seo/T)l/z donde T = es i BZ,w = O g/L la transmisividad del acuífero, g es la aceleración de la gravedad, L es la diferencia de cotas entre el nivel estático y el acuífero, y S 26 el coeficiente de almacenamiento. La ecuación es válida para a << 0.1, condición fácilmente satisfecha en sondeos profundos. En sondeos profundos cargados con una gran columna de agua,' la masa de ésta.puede superar las resistencias de fricción, originándose movimientos oscilatorios del nivel. Al descender la columna de agua en el pozo, el agua pasa de éste al acuífero; nivel piezométrico del acuífero, el agua continúa hacia éste. del cuando la altura de la columna se iguala con el fluyendo Cuando el flujo ha cesado, el nivel piezométrico acuífero es superior al nivel de agua en el pozo; entonces comienza el movimiento inverso, cediendo el acuífero agua hacia el pozo. Ross añade el (1985) considera las ecuaciones de Van der Xamp efecto de fricción en el pozo, obteniendo y las siguientes ecuaciones: 6 = 4 ~ / r - ~ü2,r2/4T donde 6 in[0.89 r (Süo/T)l/a] es la amplitud de la oscilación, la aceleración de la gravedad, ü su frecuencia, g la viscosidad cinemática del agua y r el radio de la tubería. Pinder et al. otra, consideran que estudiada Kamp, (1985), por una parte, y Kipp (1985), por por la respuesta no oscilatoria se Cooper et al. y la oscilatoria por pero no el caso de transición entre ambas, halla Van der cuando el factor de amortiguación es inferior y próximo a 1: se produce entonces una amortiguación crítica 21 que puede introducir componentes no teórico de lineales de orden superior. El este caso desemboca en el tratamiento establecimiento de nuevas fórmulas y un nuevo juego de curvas tipo para Kipp. No obstante, el método de Cooper et al. satisfactorio en la mayoría de los casos, por lo que es sigue siendo el de aplicación general. 3.4. SHUT IN TESTS Englobamos métodos en genéricamente bajo este epígrafe los de ensayo basados en cierre con packer y mediciones el dominio de presiones aplicando las fórmulas de Theis y Jacob, o derivaciones de éstas. Aunque el significado físico de cada tipo de ensayo es peculiar, básicamente todos ellos comparten la misma teoría y conceptos, el mismo juego de fórmulas y los mismos métodos de cálculo. La elección de uno u otro método debe realizarse de acuerdo con las características específicas del caso a tratar. Los petrolera, métodos han sido desarrollados por la industria por lo que utilizaremos su terminología y sistema de unidades, dando posteriormente sus equivalencias a medidas hidrogeológicas y al S.I. Los métodos descritos serán "pressure drawdown testing" , "pressure buildup testing" , "drillstem testing". Para Earlougher (1977). 28 "injection well testing" , y mayor información remitimos a Fundamentos La ecuación diferencial que expresa el flujo en un'medio poroso es dzp/drz + 1/r Las dp/dr = 1/0.0002637 @pct/k condiciones de contorno son un dp/dt factor (1) importante para las diferentes soluciones a esta ecuación. La mayorfa de las técnicas de análisis de ensayos en régimen transitorio suponen un Único sondeo funcionando a flujo cmstante en formación de extensión infinita. una Esta condición de contorno resulta útil ya que es aplicable en el período inicial de un régimen transitorio. Más tarde, los efectos,.de otros sondeos, barreras qeolóqicas, etc., influencian el comportamiento del y lo alejan de esta situación. Por ello, pozo se necesitan diferentes soluciones a la ecuación (1) para mayores períodos de tiempo. También soluciones para se requieren incluir almacenamiento de pozo, superposiciones u otros fracturas, factores, otras como el sistemas estratificados, presencia de otros fluidos y barreras. Un a la método general para el establecimiento de soluciones ecuación fundamental es la utilización de magnitudes adimensionales, aplicables a una amplia gama de situaciones. Su inconveniente es que a primera vista nú dan físico de las magnitudes reales aunque un sentido sean directamente proporcionales a ellas. Por ejemplo, la ecuación del flujo radial en 29 régimen permanente: - q = 0.007082 khíuBg ln(ro/rw) queda, al despejar la diferencia de presiones, p- - ln(r-/r..,) p. = 141.2 kh y, en forma adimensional, siendo pu = ln(r-/r-) Por tanto, la caída física de presión en la situación de flujo radial permanente es igual a la caída de presión adimensional, que en este caso es simplemente ln(r-/r,.,) por un factor de escala. Este factor de escala depende solamente de la tasa de flujo y de las propiedades de la formación. El mismo concepto se aplica al flujo en régimen transitorio y a situaciones más complejas (s610 la presión adimensional *?s diferente). Antes de continuar, es conveniente indicar la nomenclatura y significado de las magnitudes que intervendrán en las fórmulas: k: permeabilidad intrínseca (milidarcis) 30 h: espesor de formación considerado (pies) q: caudal (CTB/D) (barriles estandard/día) Ii: viscosidad (centipoises) P: presión (psi) (libras por pulgada cuadrada) a: porosidad (fracción) rw: radio del sondeo re: distancia de un punto de la formación al eje del pozo t: tiempo (horas) Ct: compresibilidad del sistema (psi-') B: factor de propiedades para el agua). En punto de términos del fluido (aproximadamente 1 generales, la presión en una formación perforada por un sondeo constante q cualquier con caudal se describe con la solución generalizada de la ecuación (1): donde pl es la presión inicial, uniforme, existente en la formación antes de la extracción o inyección; q es el caudal constante en la superficie; k, h y p son propiedades de la formación constantes; adimensional, a la p,, ecuación contorno consideradas, y presión es s la solución, (1) para las en condiciones adimensional que se supone tiene lugar en "skin",s, solamente aparece en la ecuación ( 2 régimen la pared El efecto cuando rn = transitorio, pD es siempre una función 31 de es el efecto "skin", una caída de del sondeo a consecuencia de degradación o mejora. En presión 1. de tiempo adimensional, t, = 0 . 0 0 0 2 6 3 7 kt @pctrZcuando se basa en el radio del sondeo, O tDx = 0 . 0 0 0 2 6 3 7 kt cbPctA = t, (ra,/A) cuando se basa en el área de drenaje. La en la presión adimensional varía también con la posición formación, como se indica en la ecuación ( 2 ) por la distancia adimensional rD En sentido práctico, la = r/r- (4) presión adimensional es un número dado por una ecuación, una tabla o un gráfico, y es proporcional a la presión real. La Figura 9 muestra esquemáticamente tres regímenes de flujo transitorio para un medio de extensión finita. La parte A es la respuesta inicial, en la que el pozo se comporta como si estuviera solo en un medio infinito. Este período se halla caracterizado por semilogarítmico. La permanente durante que esta una recta sobre gráfico parte C corresponde al régimen aparece etapa, línea la en todos los sistemas cerrados; presión varía linealmente 32 pseudo- con el tiempo. La parte B de las curvas es el período de transición entre los dos tipos de flujo citados. En los tres casos, el flujo es siempre transitorio. La pozo 10 es una representación esquemática figura solo, produciendo horizontal de compresible. un caudal q, en un medio espesor y saturado de poco Cuando las hallan satisfechas, la figura 11, describe hipótesis de la ecuación ( 2 ) , el un de infinito fluído ecuación algo (1) se con pD tomado de comportamiento de la un presión la en cualquier punto del medio. La Figura 11 muestra pD en función de to y rn, la distancia adimensional desde el sondeo para el período transitorio inicial. (La Figura C.l es una versión de la Figura 11, en ábaco utilizable). Cuando rD >= 2 0 y to/rZD >= o cuando tD/rzD 0.5, "solución integral >F rD = 2 0 y las líneas de 25, exponencial" de las figuras 11 y la C.l coinciden, de tal modo que pD depende sólo de tD/rZD en estas condiciones. La solución integral exponencial (también llamada solución de Theis) a la ecuación del flujo es pD(tD,rD) = - Ei(-rzn/4tn) 2 aprox.= [ in(tD/rZD) + 0.8 9 0 7 2 La ecuación (5b) debe ser usada cuando tJr2n aunque la > 100 diferencia entre (5a) y ('5b)es de sólo un 2 33 (6) por :iCIONLESS PRESSURE SOLUTIONS I r k ciento cuando tD/ra, > 5 . aproximación Por tanto, a efectos prácticos, la logaritmica a la integral exponencial es satisfactoria cuando ésta es satisfactoria. La integral exponencial se halla definida por Ei(-x) = cuyos - [x e-" du/u valores pueden tomarse de las correspondientes tablas, o bien calcularse aproximadamente con la expresión Ei(-x) aprox.= in(x) + 0.5772 para x < 0.0025 Cuando el punto considerado es el pozo mismo, ro que tn/rzD unos minutos para la mayoría de sistemas y t , . = 1, de Dado que tn > 100 después de tai-r sólo modo = (7b) configuraciones, no existe prácticamente diferencia entre las dos formas de la ecuación (5). Como ya se indicó, todos los pozos se comportan como si estuvieran algún solos tiempo en un medio de extensión infinita después de tener lugar una variación durante en el caudal. Para el descenso de presiones, la duración del citado período puede estimarse mediante t-La - 6uc.A (tDA).,L, (8a) 0.0002637 k donde tDn al final del período puede obtenerse de la columna "solución con error menor del 1 % " de la tabla C.1. 34 Para un IPWIONLESS PRESSURE SOLUTIONS -1 -SHAPE FACTORS FOR VARIOUS CLOSED SINGLE-WELL ORAINAGE AREAS. CA IncA ( CA ) EXACT LESS THAN i% ERROR FOR t o A > FOR t o A > I BOUNDED RESERVOlRS O o A SOLUTION WlTH LESS THAH 1% ERROR FOR t m C 31.62 3.4538 -1.3224 0.1 0.06 0.10 31.6 3.4532 -1.3220 0.1 0.06 0.10 27.6 3.3178 -1.2544 0.2 0.07 0.09 27.1 3.2995 -1.2452 0.2 0.07 0.09 21.9 3.0865 -1.1387 0.4 0.12 0.08 -2.3227 t1.5659 0.9 0.60 0.015 30.8828 3.4302 -1.3106 0.1 0.05 0.09 12.9851 2.5638 -0.8774 0.7 0.25 0.03 0.098 ffl USE INFlNlTE SYSlEM 4.5132 ISO70 -0.5490 0.6 0.30 0.025 3.3351 1.2045 -0.1977 0.7 0.25 0.01 21.8369 3.0836 -1.1373 0.3 0.15 0.025 10.8374 2.3830 -0,7870 0.4 0.15 0.025 4.5141 1.5072 -0.3491 1.5 0.50 0.06 2.0769 0.7309 +0.039 I 1.7 0.50 0.02 3.1573 1.1497 -0.1703 0.4 0.15 0.005 ADVANCES IN WELL TEST ANhb .b I 11 0.0813 -a5425 to.6758 20 0.60 a02 0.1 109 -2.1991 t1.0041 3.0 0.60 ODM 5.3790 1.6625 -0.43Si 0.8 0.30 0.01 2.6896 0.9894 -00902 0.8 0.30 0.0 I 0.2318 -1.4619 +1.1355 4.0 200 0.03 0.1 155 -2.1585 +IA8U) *.O 2.00 0.01 0.8589 -0.0249 1.0 0.40 0.025 4 USE i x & f ) ' ,m IN PLACE OF Alrf FOñ FRPSINRED M Y S 0.9761 -0.0835 0.175 0.08 CANNOT USE 0.7104 t0.0493 0.175 0.09 CANNOT USE 1.9986 0.6924 10.0583 0.175 0.09 CANNOT BE l.662ü a5080 t0.1505 0.175 0.09 CANNOT UM 1.3127 02721 t 0.2685 0.175 0.09 CA"0T USE -0.2374 t0.5232 0.175 0.09 CANNOT WE 2.95 -1.07 - - - 322 -1.20 - - - L 1 1 pozo situado en el centro de un dominio circular cerrado, (tDn)es..a= 0.1, y tes.= aprox.= 380 &ucrA k Consideraremos "skin" y del los efectos y tratamiento al almacenamiento de pozo, tratar de del los diferentes ensayos. EQUIVALENCIAS ENTRE MAGNITUDES Seguidamente se muestran las principales equivalencias entre sistemas de medida: 1 1 1 1 1 1 1 darcy = 9.86923 10-l3 m2 pie = 3.048 10-1 pulgada = 2.54 lo-= m psi = 6.894757 lo3 Pa Pa.s cp (centipoise) = 1.0 STB (barril) = 1.589873 10-1 m3 STB/D (barril/día) = 1.840131 m3s-I y entre magnitudes hidrogeol6gicas: =u Permeabilidad K v 4, Transmisividad T = kh (dql P 4- Coeficiente de almacenamiento S = 6Crh (&) g.= Descenso s Nivel h = (P. - P)/(dg/gc) = P/(dg/gc) Descenso adimensional W(1/4a) 35 = 2pD(t,) siendo g, = 1 . 0 kg.m.N-x.s-2 Equivalencia de fórmulas, respecto al S.I.( a la izquierda en "unidades petroleras", y a la derecha en S.I.: Tiempo adimensional: tD = 0 . 0 0 0 2 6 3 6 7 9 kt @vcrrZw tD = kt/@pctr2, Ley de Darcy para el flujo radial: q = 2rr kh(p,-Dw) Bp ln(r-/r,) q = 0 . 0 0 7 0 8 1 8 8 kh ( p c s - b ) Bpln(r-/r...) Ecuación general del flujo transitorio: Sp = 1 4 1 . 2 qBwuD( tl21 Sp = qBwpD( tD 1. 2nkh kh Pendiente de la recta semilogarítmica: m = 162.568 kh m = 0 . 1 8 3 2 3 4 g& kh ( m = 0 . 1 8 3 Q/T) Ecuación general del efecto "skin" : s = 1.15129 [ plh=-~(St=O)- log(k/@pc,rL) + 3.2275461 m (S.I.): s 1 . 1 5 1 2 9 [ Pihr- ~ ( 6 t = O \- log(k/@pc,r2w) 36 - 0.3513781