Tecnica geofísicas - Catálogo de Información geocientífica

APLICACION DE TECNICAS ESPECIALES
AL ESTUDIO HIDROLOGICO DE
ZONAS DE BAJA PERMEABILIDAD
TEOM§CAS GGOFISICAS
AÑO 1991
MINISTERIO DE INDUSTRIA Y ENERGIA
NI, 9005
AGUAS SUBTERRANEAS Y GEOLOGIA
AMBIENTAL
PROYECTO AGREGADO
N4 320
ESTUDIO SOBRE CONTAMINACION
DE ACUIFEROS
SUPER PROYECTO
TITULO PROYECTO :
APLICACION DE TECNICAS
ESPECIALES AL ESTUDIO HIDROLOGICO DE ZONAS
DE BAJA PERMEABILIDAD.
N° PLANIFICACION
364 1 90
40/90
N° DIRECCION
155/91
COMIENZO
FINALIZACION
29- 10-90
29-5-91
INFORME ( Titulo)
APLICACION DE TECNICAS
ESPECIALES AL ESTUDIO HIDROLOGICO DE ZONAS
DE BAJA PERMEABILIDAD.
CUENCA ( S) HIDROGRAFICA ( S)
AMBITO NACIONAL
COMUNIDAD ( S) AUTONOMAS
AMBITO NACIONAL
PROVINCIAS
AMBITO NACIONAL
Instituto Tecnolóico
GeoMinero de España
APLICACION DE TECNICAS ESPECIALES
AL ESTUDIO HIDROLOGICO DE
ZONAS DE BAJA PERMEABILIDAD
TGCN!CAS GEOF!S1 CAS
AÑO 1991
MINISTERIO DE INDUSTRIA Y ENERGIA
El presente estudio ha sido rea li zado por el equipo
técnico de INTERNATIONAL GEOPHYSICAL TECHNOLOGY, S.A.
(IGT) con la supervisión de D. José María Pernía Llera , Director
del Proyecto.
En
su
ejecución
han
participado
los
siguientes
técnicos.
Por el ITGE:
- D. José María Pernía Llera.
Ingeniero de Minas.
- D. Juan Antonio López Geta.
Ingeniero de Minas.
- D. Juan Grima Olmedo.
Ingeniero de Minas.
Por IGT:
- D. Angel Gran da Sanz.
Ingeniero de Minas.
- D. José Carlos Cambero Calzada.
Ingeniero de Minas.
- D. Jan Arnold.
Lic. en Geofísica ( Universidad de Berlín).
Este
volumen
corresponde
específicamente
a
las
TECNICAS GEOFISICAS . El Proyecto en su totali dad desarrolla
además los siguientes temas :
- Isótopos y trazadores.
- Medidas de permeabili dad y parámetros geoquímicos .
- Instalaciones permanentes de control y seguimiento.
- Diseño de sondeos.
INDICE.
1. REGISTROS GEOFISICOS EN SONDEOS ............
2. CLASIFICACION Y CARACTERISTICAS
DE LOS MEDIOS DE BAJA PERMEABILIDAD .......
1
5
2.1. Propiedades físicas de las rocas .
9
2.2. Evaluación de la porosidad ........
11
2.3. La detección de la fracturacion ..... 14
3. CARACTERISTICAS E INFLUENCIA DE LAS
PERFORACIONES ................................
16
4. TECNICAS CONVENCIONALES DE TESTIFICACION ..... 19
4.1. Métodos eléctricos ................... 21
4.1.1. Potencial espontáneo .............
4.1.2. Métodos con electrodos no
focalizados ......................
4.1.3. Métodos con electrodos
focalizados ......................
4.1.4. Métodos de Inducción .............
4.1.5. Resumen ..........................
23
25
32
40
43
4.2. Métodos radioactivos ................. 43
4.2.1. Testificación con rayos gamma
naturales ........................ 46
4.2.2. Registro gamma-gamma ............. 47
4.2.3. Registro neutron-neutron ........ 50
4.3. Registro sónico ...................... 53
5. TECNICAS COMPLEMENTARIAS .....................
56
5.1. Caliper ............................
56
5.2. Temperatura ........................
57
5.3. Medida de Flujo (Microflowmeter)
...
59
5.4. Susceptibilidad magnética ..........
61
6. NUEVAS HERRAMIENTAS .........................
63
6.1. Televisor acústico ..................
63
6.2. Microscaner ........................
67
6.3. Sónico «Full Waveform» .............
68
6.4. Georadar ............................ 73
7. INTERPRETACION DE LOS DATOS ................. 77
8. CRITERIOS PARA ESTABLECIMIENTO DE PROGRAMAS
DE TESTIFICACION ............................ 82
8.1. Medios sedimentarios no
consolidados ........................
87
8.2. Medios consolidados ................. 88
9. DISPONIBILIDAD Y COSTES ..................... 94
10. TECNICAS GEOFISICAS DE SUPERFICIE .......... 98
11. MEDIOS SEDIMENTARIOS NO CONSOLIDADOS ...... 102
11.1. Metodología geofísica aplicable ... 105
11.1.1. S.E.V . ........................ 106
11.1.2. Sondeos Magnetotelúricos ...... 108
11.1.2.1 . C.S.A.M.T .......... ......... 111
11.1.3. Sondeos Electromagnéticos ..... 114
11.1.3.1. Dominio de frecuencias ...... 114
11.1.3.2. SEDT ........................ 117
11.1.3.3. Sección continua de
resistividad ................ 126
12. MEDIOS CONSOLIDADOS .......................
130
12.1. Métodos de resistividad por
corriente contínua ................
133
12.1.1. Dispositivo multielectrodos ...
137
12.2. Método EM de superficie ........... 138
Método V.L.F . .................
C.S.A.M.T . ....................
EM de dominio de frecuencias ..
Método EM de dominio de
tiempos .......................
138
145
145
12.3. Métodos aeroportados ..............
153
13. CONCLUSIONES ..............................
159
12.2.1.
12.2.2.
12.2.3.
12.2.4.
BIBLIOGRAFIA.
ANEXOS.
149
REGISTROS GEOFISICOS EN SONDEOS.
1.
REGISTROS GEOFISICOS EN SONDEOS .
La permeabilidad de las formaciones rocosas se define
como su capacidad de transmisión de fluidos a través de ellas y
depende básicamente de su porosidad y grado de interconexión de
los espacios porales. Su determinación en términos cuantitativos se
realiza mediante ensayos que implican desplazamiento de fluidos;
concretamente ensayos de bombeo.
Los estudios hidrogeológicos convencionales realizan
determinaciones de permeabilidad de forma preferente en formaciones permeables , entendiendo como tales aquellas que presenten
valores medios o altos de permeabilidad.
Por contra , los medios rocosos impermeables o de muy
baja permeabilidad han carecido de interés en los proyectos
hidrogeológicos convencionales y por ello su estudio se plantea con
criterios específicos para cada una de las posibles técnicas
aplicables.
El interés actual de estudiar estas formaciones de baja
permeabilidad viene motivado principalmente por las posibilidades
de utilización de las mismas para almacenamiento de residuos.
Desde la óptica de este objetivo resulta deseable que las formaciones rocosas sean de muy baja permeabilidad o impermeables.
1
La definición precisa o aproximada de lo que se
entiende por media baja o muy baja permeabilidad ha de hacerse
con criterios puramente hidrogeológicos , fuera del ámbito de este
Informe . Por ello el enfoque del mismo se realiza considerando dos
posibles medios geológicos , representativos:
- Medios sedimentarios no consolidados con predominio de
materiales arcillosos en su constitución (cuencas Terciarias).
-
Medios cristalinos y metamórficos.
Excluimos las formaciones evaporíticas por considerarlas como impermeables.
Los valores de permeabilidad de cada formación rocosa
dependen de una serie de parámetros característicos tales como el
tamaño de grano de los minerales que la constituyen , tipo de enlace
entre ellos , interconexión entre los poros o fracturas, etc.
Su determinación no es factible de forma directa por
técnicas geofísicas. La información que cabe esperar de estas
técnicas es de tipo cualitativo ( litología , movimiento de fluidos,
etc) o semicuantitativo como por ejemplo cálculos de porosidad.
Dependiendo de cada caso es factible relacionar estas determinaciones con la permeabilidad.
En todo caso no cabe contemplar la aplicación de
métodos geofísicos y específicamente la testificación de sondeos,
sino como parte de un programa general que posibilite la contrastación de resultados mediante otras técnicas complementarias.
Mediante los
registros
geofísicos en sondeos
se
2
trataría de obtener información que permita establecer hasta que
punto cabe esperar circulación de fluidos en el subsuelo . Para ello
los aspectos a resolver serán los siguientes :
- Naturaleza litológica de las formaciones.
- Existencia y distribución de la porosidad primaria.
- Existencia y distribución de la porosidad secundaria (e. g.
fracturas y fisuras).
Existen otras medidas complementarias que en muchos
casos pueden ayudar a una correcta interpretación :
- El gradiente de la temperatura.
- La Velocidad del movimiento de posibles fluidos, (en
general el agua de la formación) .
- Conductividad de los fluidos en el sondeo, etc.
La historia de los métodos de la testificación tiene sus
raíces en la industria del petróleo y sus conceptos se refieren a
esas condiciones específicas . Aplicarlos para la solución de otro
tipo de planteamientos es perfectamente posible y de hecho, los
métodos se han adaptados a nuevos campos de ap licación tales como
la Hidrogeología . Sin embargo muchos trabajos con los métodos de
la testificación se realizan bajo unas condiciones
que son muy
distintas a las de las aplicaciones p rimarias de los instrumentos
(Daniels y Keys ). Por ejemplo cuando las investigaciones se
efectúan :
. Por encima del nivel estático del acuífero.
. En medios geológicos con una matriz litológica indefinida.
Con capas geológicas de poco espesor y frecuentes cambios.
3
. Y en general en los casos relativos a las rocas de muy
baja permeabilidad.
Con la adecuada combinación de técnicas de testificación , empleando incluso métodos no convencionales, - según el
standard de la geofísica -, y con la combinación de métodos
superficiales , se puede llegar a resultados de gran utili dad en
muchos casos.
Este trabajo pretende tener un carácter marcadamente
práctico que permita al usuario hidrogeológico una rápida valoración de las herramientas de testificación y la selección del programa más adecuado en cada caso.
En consecuencia las explicaciones del funcionamiento
de los equipos y fundamentos teóricos de cada método se reducirán
al mínimo , enfatizando las ideas más significativas en lo que
respecta a condiciones de empleo de las herramientas y problemas
específicos para los que pueden aplicarse.
Al objeto de posibilitar la
profundización
en el
conocimiento de cada técnica incluimos un considerable número de
referencias bibliográficas seleccionadas de las publicaciones más
recientes.
4
CLASIFICACION
Y
CARACTERISTICAS
LOS MEDIOS DE BAJA PERMEABILIDAD.
DE
2. CLASIFICACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS MEDIOS DE
BAJA PERMEABILIDAD .-
Como primer paso en la explicación del porque de
los registros geofísicos en sondeos, hemos de realizar un mínimo
análisis de las características del medio rocoso que pueden
influenciar las determinaciones geofísicas.
Para
ello
nos
apoyaremos
en
la
clasificación
establecida en el Capítulo 1:
- Medios sedimentarios no consolidados; refiriéndonos como
tal a las cuencas Terciarias con predominio de materiales
arcillosos en su composición.
- Medios metamórficos y cristalinos.
Los medios sedimentarios no consolidados se pueden
subdividir en detríticos y químicos. Sin embargo los segundos son
básicamente impermeables y por tanto no los consideraremos en
este capítulo.
Las rocas no compactas están compuestas por una
amplia variedad de minerales, que dependen de su historia y del
5
lugar donde se han formado. Para nuestros objetivos su característica más destacable es la existencia de espacios porales entre los
agregados minerales que las constituyen. Decisivas respecto a su
comportamiento físico y sobre todo mecánico son las fuerzas que
mantienen la estructura de esta materia. Pueden ser fuerzas de
fricción ( rocas no cohesivas) o electro- químicas (rocas cohesivas) .
La cuali dad de mayor influencia también sobre el tipo
de interconexión es el tamaño (en reali dad son varios, porque
participan diferentes minerales en la composición) de los granos
que componen el sedimento . La forma en que interconexionan entre
sí los diversos componente minerales en las rocas sedimentarias
condicionan el establecimiento de vías interporales, es decir
condiciona su permeabilidad.
En todo caso esta permeabili dad
depende
de la
porosidad primaria de la formación y esta va li gada de forma
dominante a los niveles detríticos ( arenas, gravas y conglomerados).
En la categoría de rocas consolidadas se incluye una
gran variedad de rocas ígneas y metamórficas . Aunque en sentido
estricto puede considerarselas como homogéneas , tienen porosidad
secundaria debido a las fracturaciones y alteraciones que sufren
y que permiten el almacenamiento y flujo de líquidos subterráneos.
Durante algunos años se ha denominado a estas rocas ígneas y
metamórficas " rocas duras ". Las más comunes son los granitos y
gneises. Un caso especial son las rocas volcánicas y carbonatados
aunque las últimas se pueden considerar como pertenecientes a una
clase particular de permeabili dad media a alta , fuera de los
objetivos de este Estudio . Se excluye este tipo de rocas porque
pueden tener porosidad primaria, que generalmente no se da en las
rocas ígneas y metamórficas.
6
Las rocas duras se han definido a veces en publicaciones como "rocas compactas,
no carbónicas, no volcánicas"
(Unesco 1985).
La permeabilidad de las rocas compactas inalteradas
depende del sistema de fracturas, las diaclasas y fisuras interconectadas de las rocas . Estas aberturas son el resultado, principalmente, de los fenómenos tectónicos en la corteza terrestre. La
soli dez de la roca o su resistencia a las fracturas es un proceso
muy complicado. Influyen parámetros petrográficos como dimensión
granular , grado de metamorfismo , estructura de plegamientos y
dirección de sus ejes. Dado que son sistemas de una composición
de varios minerales , su comportamiento físico depende de las
caracterís ticas y la cantidad de los componentes individuales.
Los procesos de alteración tienen una influencia
considerable en la permeabilidad de estas rocas . Se agrupan
generalmente en tres categorías principales que, por supuesto,
pueden actuar simultáneamente: la desintegración física o mecánica, la disolución química y los efectos alteradores biológicos del
clima y la vegetación . Estas acciones pueden suponer un aumento
o una disminución de la porosidad de la roca original y de la
asociada con sus fracturas o fisuras.
La mayoría de los procesos de alteración de las rocas
o bien los resultados de los mismos pueden manifestarse en las
medidas geofísicas.
Así pues uno de los objetivos principales de la
testificación geofísica en el ámbito que nos ocupa es la identificación de tramos porosos y permeables en la sección atravesada por
el sondeo .
7
La porosidad se define como ratio respecto al volumen
global de la roca ocupado por los poros y se expresa en valores
porcentuales. Por ejemplo un valor entre 10 y 30 por cientos
significaría que se trata de una formación de muy alta porosidad
mientras que valores inferiores se refieren a formaciones de media
ó baja porosidad.
Los poros por su parte pueden ll evar líquidos, gases
ó simplemente estar "vacíos"
Estrechamente relacionada con la porosidad está la
permeabilidad de una formación , que expresa hasta que grado
están interconectados los poros
lo que posibilita el flujo de
líquidos a través de la formación . La permeabilidad se expresa en
darcys: Un darcy es la permeabi li dad que permite el flujo de un
mililitro de liquido por segundo y un centipoisie de viscosidad por
un centímetro cuadrado baja la presión de una atmósfera por
centímetro . Los valores típicos de acuíferos detríticos se encuentran en el orden de un darcy hasta pocos milidarcys.
La permeabili dad puede, en ciertos casos, evaluarse
con los datos de la testificación utilizando ecuaciones empí ricas.
Los resultados en general tienen significación solamente en su
orden de magnitud. La determinación objetiva de la permeabili dad
se efectúa a través de ensayos de bombeo.
La correlación entre pozos y la identificación de
formaciones tiene muchas veces tanta importancia como la determinación de la porosidad y permeabilidad misma.
En conjunto , partiendo de un modelo geológico de la
zona de estudio , la testificación permite llegar a conclusiones sobre
los deta lles de la estratigrafía , observando cambios sistemáticos en
8
las características de los diagramas . Por supuesto se llegará
siempre a conclusiones más exactas en una zona , cuanto mayor sea
el número de sondeos involucrados en el estudio.
2.1. Propiedades físicas de las rocas . -
Las técnicas de testificación geofísica se orientan
generalmente a la medida de algunas propiedades características de
las rocas . Las más significativas son :
- El comportamiento eléctrico frente al paso de la corriente
eléctrica.
- su elasticidad
- propiedades radioactivas.
La determinación de estas características específicas
para las capas geológicas, proporciona de una forma indirecta,
información sobre su porosidad, fracturación y permeabilidad.
Son varias las propiedades que tienen significado en
el comportamiento eléctrico de una roca y de los minerales que la
componen . Las medidas más comunes en este ámbito son las
siguientes :
- El potencial eléctrico natural.
- La resistividad eléctrica ó su inversa la conductividad.
- La constante dieléctrica.
De todas ellas se puede considerar a la resistividad
eléctrica como la de mayor importancia y significado.
Aunque cada mineral tieneuna resistividadcaracterís-
9
tica,
que
puede variar notablemente
entre los conductores,
semiconductores y los no conductores, la resistividad eléctrica de
las rocas está condicionada principalmente por el agua contenida
en sus poros. Esto se refiere al caso normal, cuando no se trata de
zonas de alta mineralización como puede ocurrir en las fa llas.
La dependencia de la resistividad eléctrica respecto
al agua que rellena los espacios porales está condicionada a su vez
por un doble aspecto : Porosidad y salinidad del agua.
En general , las formaciones ígneas muestran los
valores de resistividad más altos , seguidas por las rocas metamórficas . Los sedimentos no consolidados figuran con los valores más
bajos.
El tamaño y la forma de un cuerpo pueden alterarse
aplicando fuerzas externas . Las fuerzas internas resisten a las
externas y como consecuencia el cuerpo tiene la tendencia a volver
a su condición inicial al cesar el efecto de las fuerzas externas. Un
cuerpo que se considera como perfectamente elástico, recupera
totalmente su forma inicial. Si no se pasa un limite crítico en que
se rompe el material, las rocas tienen características perfectamente
elásticas . El concepto de stress and strain desc ribe las relaciones
entre fuerzas aplicadas y las deformaciones ; siendo las constantes
de elasticidad los parámetros que describen el comportamiento del
material en cuestión.
Estrechamente relacionada con la elasticidad está la
velocidad a la que una onda elástica emitida por una fuente puede
viajar dentro de un medio rocoso. La velocidad de las ondas
compresionales es exclusivamente una función de las constantes
elásticas y de la densidad, y consecuentemente de la porosidad de
la formación.
10
Así pues, a partir de las medidas de la velocidad de
transmisión de las ondas compresionales se puede obtener información relativa a la porosidad de las formaciones.
Por convenio, en los registros geofísicos de este
grupo, se utiliza el concepto "travel time" en lugar de la velocidad.
Se trata del tiempo invertido por la señal en atrevesar una longitud
unitaria a través de la formación.
La radioactividad natural de las formaciones rocosas
está directamente relacionado con el contenido en los elementos
radioactivos , U, T h y K, presente en una gran parte de las rocas
sedimentarias.
En
medios
sedimentarios
no
consolidados
es
el
contenido de K el factor condicionante. En este caso el registro de
radiación gamma natural es un indicador directamente relacionado
con el contenido arcilloso de la formación.
2.2. Evaluación de la porosidad .-
Las técnicas analíticas para determinar la porosidad
se refieren a condiciones en que los poros se hallan saturados con
líquidos. Los datos utilizados en general provienen de la testificación geofísica con los métodos estandard:
- gamma-gamma log (density log)
- neutrón-neutrón
- velocidad acústica (sonic)
- resistividad.
11
El registro de densidad se ve influenciado por la
densidad global de la formación que será tanto menor cuanto mayor
sea la porosidad.
La relación entre la porosidad y la resistividad de las
formaciones viene definida por la ley de Archy:
Rt = C*Rw* -¿ *l/m
con:
Rt:
valor real de la resistividad
Rw:
resistividad del fluido ( en general agua con minerales
disueltos) que funcionan como electrólitos
C :
una constante (factor de formación)
m :
una constante ( factor de cementación)
: porosidad
Por su parte la fórmula que relaciona la porosidad y la velocidad
acústica es la siguiente :
1/V = c/Vf + ( 1-4) /Vm
con:
: porosidad.
V
: velocidad medida.
Vf : velocidad del fluido de los poros
Vm : velocidad de la matriz rocosa.
12
Una tercera ecuación permite establecer una relación
entre la radiación detectada con el método de la testificación
Neutrón - Neutrón y la porosidad:
ND=C+D*ln( �¿ )
con:
ND
: número de cuentas por segundo
C y D : constantes
4'
ln
: porosidad
: logarítmo natural.
Las ecuaciones se pueden sustituir entre si y correlacionar los distintos métodos para acercarse analíticamente a un
valor
de porosidad ,
realidad.
que aproximadamente corresponde a
la
En base a las mismas fórmulas fueron elaborados por
los técnicos de exploración de hidrocarburos, métodos gráficos que
son aptos para evaluaciones in situ. Las técnicas asumen la
combinación de cualquier pareja de resultados de la testificación;
resistividad, velocidad acústica, neutrón- neutrón y gammagamma.
Sin embargo hay que tener en cuenta que todos los
métodos de evaluación de la porosidad se basan en las hipótesis
siguientes :
- Presencia de un fluido único en los poros.
13
- La variación de los resultados de las testificaciones
individuales, efectivamente están provocadas por
cambios de la porosidad.
- Uniformidad de la matriz rocosa.
Se ha abordado de muchas maneras la determinación
de los parámetros necesarios para la evaluación de la porosidad de
formaciones a partir de los datos obtenidos con métodos de
testificación geofísica. Sin embargo ninguna técnica analítica ha
superado el problema fundamental que es la influencia de la
presencia de arcillas. Su presencia en las formaciones reduce
significativamente la fiabilidad de los resultados obtenidos.
2.3. La detección de la fracturación . -
Por definición una fractura simplemente es una
discontinuidad de origen tectónico ó mecánico. En la práctica de la
geología se describen así desde fisuras finas hasta fallas de gran
escala. El orden de magnitud de tal tipo de accidentes presenta una
amplia variedad y también sus propiedades químicas y físicas.
Las
herramientas
utilizadas
en
la
testificación
responden a cambios litológicos, a cambios de densidad o de los
parámetros mecánicos de la formación rocosa, y otras al contenido
de fluidos.
Sin embargo ninguna responde directamente a la
presencia de fracturas (Schlumberger 1987).
Por lo tanto el
estudio de zonas de fracturas se enfoca a través de las características particulares que se reflejan en los resultados de los métodos
convencionales. El reconocimiento de discontinuidades se complica
bastante por una serie de hechos :
En primer lugar la roca reacciona al deterioro mecánico
14
causado por la perforación. No se puede excluir un cambio en
algunos parámetros característicos de la roca por un alivio de
tensión provocado por la perforación. En segundo término, porque
en general las fisuras ó fracturas fueron sometidas a alteraciones
químicas,
producidas por la circulación de fluidos durante la
perforación. Otra vez la presencia de minerales arcillosos complica
la interpretación, dado el hecho que la mayoría de las herramientas
estandard de la testificación responden a tal presencia sin poder
cuantificar un efecto.
El tipo de fracturas que han sido cerradas por presión
ó precipitados de minerales, en muchos aspectos son las más
importantes. Afectan a rocas que son básicamente impermeables y
les confieren una permeabilidad que aunque sea reducida puede
ser significativa. Estas fracturas son difíciles de identificar y
analizar. En algunos casos una serie de fisuras muy finas pero
densas pueden alterar la porosidad global de la formación y dar
respuestas útiles en logs de densidad y resistividad. También
cabe la posibilidad, para fracturas mineralizadas, de que sean
detectadas mediante registros de radioactividad,
densidad ó
resistividad eléctrica, por las carácteristicas de los precipitados
de minerales existentes en ellas. Sin embargo en general el metódo
más seguro y fiable en estos casos son las técnicas especiales.
Aunque los medios compactos son problemáticos, la
combinación
de los adecuados métodos de testificación ayuda
definitivamente a reconocer con mucha seguridad las discontinuidades significativas en la roca. Los registros que cabe considerar
como más resolutivos al respecto son los siguientes :
- caliper.
- resistividad.
- gamma natural.
- temperatura.
- microflowmeter.
- gamma-gamma.
- neutrón-neutrón
- sónico
15
CARACTERISTICAS E INFLUENCIA DE LAS
PERFORACIONES.
3. CARACTERISTICAS E INFLUENCIA DE LAS PERFORACIO
NES . -
La mayoría de los métodos de testificación se aplican
en sondeos llenos de lodo ó fluidos de perforación. Más raros son
los casos de perforación con aire a presión o espumas especiales.
Sin embargo,
independientemente del método de
perforación, en la roca siempre se producen perturbaciones por
efecto de la misma. La presión en las formaciones es muy alta, y
una vez que exista un camino, el pozo, se produce una liberación
de las tensiones, con escape de fluido hacia el sondeo o con
interacción con los fluidos de perforación.
Para controlar dichos procesos, se rellenan los pozos
con el lodo de perforación, constituido por una mezcla de varios
componentes con objeto equilibrar la presión de la formación. En
general el lodo tiende a penetrar en la roca invadiendo la formación. Las partes sólidas del lodo quedan adheridas a las paredes
del pozo formando una costra (mud cake), mientras el agua de la
solución entra en las formaciones como filtrado (mud fíltrate). El
filtrado es en general una solución química con características muy
diferentes a las del agua de la formación. Una de las características
de mayor representatividad es la resistividad que constituye un
parámetro de fundamental importancia en la testificación geofísica .
El conocimiento de los procesos de invasión es primordial porque
16
la región investigada por las herramientas de testificación es
básicamente la parte más cercana a la sonda , exactamente la zona
que está
más afectada por la actividad de perforación y por la
invasión de lodo.
La profundidad de investigación , que es un término
cualitativo , es el radio del cilindro ideal de formación, con eje en
el sondeo , afectado por las mediciones. Así, pues, una mayor
penetración significa que la contribución dominante procede de las
zonas que no han sido perturbadas por la invasión u otras
alteraciones artificiales .
Por
el contrario,
poca penetración
significa que las propiedades del mud cake afectan significativamente a las mediciones.
Según la profundidad y las condiciones de estabili dad
de las formaciones geológicas en que se efectúan las perforaciones
puede ser necesario entubar el sondeo durante el desarrollo de la
perforación . El material que se utilice para ello (plástico ó metal)
será condicionante respecto al empleo de determinadas herramientas. Por ejemplo, en el caso de usar tubería metá lica, ningún
método eléctrico será aplicable.
Otro factor importante
para la selección
de las
herramientas a aplicar es el diámetro de la perforación . Algunas
herramientas no entran en pozos de poco diámetro y cuando el
diámetro de perforación es comparativamente muy grande hay un
distorsionador
por el efecto volumétrico del lodo del
efecto
sondeo.
Como regla general al respecto ha de procurarse que
las sondas midan lo más próximo posible a la pared del sondeo
aunque combinando este aspecto con la necesaria seguridad para
evitar posibles enganches de las herramientas durante la operación.
17
En todo caso es de fundamental importancia que los
trabajos de testificación reseñen las condiciones del sondeo en el
momento de realizar los registros. Son factores importantes al
respecto los siguientes :
- Diámetro del sondeo y posibles variaciones en el mismo.
- Profundidad teórica.
- Localización de posibles tramos entubados.
- Tiempo en que el sondeo ha permanecido sin circulación de
lodo.
- Naturaleza del lodo.
- Partes de perforación que pudieran indicar la existencia de
cavidades, etc.
Tener en cuenta esta información es de gran importancia para la correcta interpretación de los registros geofísicos.
18
TECNICAS
CONVENCIONALES
TESTIFICACION.
DE
4. TECNICAS CONVENCIONALES DE TESTIFICACION .
En un Informe como el presente es difícil establecer
criterios respecto a la extensión y naturaleza de los comentarios a
realizar para cada método. Tratando de que este documento tenga
un carácter eminentemente práctico evitaremos el extendernos en
descripciones detalladas sobre los fundamentos teóricos de cada
herramienta.
Entendemos de mayor interés dejar constancia de las
aplicaciones específicas de cada registro y de los condicionantes
logísticos o económicos de su empleo . En este sentido, se ha
incluido un número considerable de referencias bibliográficas que
se han seleccionado de acuerdo con la representatividad de los
ejemplos que se incluyen y con la calidad de sus explicaciones de
tipo teórico.
Dejamos constancia de estos criterios para que se
tengan en cuenta en cualquier valoración de este trabajo que, en
todo caso , no deja de ser una labor de recopilación y síntesis.
Existe un abanico muy amplio de métodos para la
testificación geofísica de sondeos. Sin embargo no todos están
siempre disponibles u ofrecen la combinaciónes deseable para
problemas específicos con condiciones particulares.
19
Elegir la herramienta apropiada es crítico , porque los
diseños son muy variados en su manera de responder a determinadas carácteristicas de las formaciones y en su forma de aplicación
(Collier 1989).
Este capítulo intenta dar un repaso de los métodos,
incluyendo algunos que todavía están en estado de desarrollo. Los
tipos de mediciones se dividen basicamente en tres clases :
- Técnicas convencionales.
- Técnicas especializadas.
- Técnicas complementarias.
Realmente hay que añadir una cuarta clase,
que
descri be las técnicas que normalmente fueron diseñadas para
investigaciones en la superficie y posteriormente adaptadas a las
medidas en sondeos . Esta categoría incluye casi todas las técnicas
sísmicas , eléctricas y de campos potenciales. A veces se utiliza
dispositivos para mediciones acústicas o eléctricas de manera
combinada . Con la fuente que produce la señal a medir dentro del
pozo y el receptor o detector en la superficie ( hole-to-surface) o
con la fuente en superficie y el detector en el sondeo ( down-hole) ;
o con la fuente en un sondeo y el detector en otro ( cross-hole).
Estos métodos tienen la ventaja de que penetran en
un radio muy amplio dentro de la formación . En combinación con
métodos de superficie dan un imagen tri- dimensional de la vecindad
de la perforación . ( Daniel and Keys). Sin embargo los aparatos y
técnicas todavía no están suficientemente desarrollados para su
empleo comercial de forma sistemática . Por otra parte sus aplicaciones genéricas se apartan de los objetivos de este Informe.
20
4.1. Métodos eléctricos . -
Los registros eléctricos están extremadamente
influidos por el entorno y las condiciones del sondeo . La fiabilidad
del valor Rt, que es la resistividad real de la formación que se
desea medir depende sustancialmente de factores como:
- Diametro y regularidad de la perforación.
- Resistividad del lodo de perforación Rm.
- Resistividad de capas contiguas.
- Resistividad del filtrado de lodo Rxo.
- Espesor de la zona invadida.
- Espesor de las capas.
- Características de la herramienta.
El hecho de que exista una multitud de posibilidades
de combinaciones de problemas y de estados del pozo, deja claro,
que en ningún caso una herramienta sola puede resolver un
determinado aspecto o problema geológico.
En el establecimiento del programa de registros de
resistividad hay que buscar un compromiso entre la penetración de
las herramientas y la resolución vértical , lo cual nuevamente
significa que solamente con varios instrumentos se puede obtener
una determinación rea lista de la resistividad real Rt y una buena
resolución vértical bajo una serie de distintas condiciones del
sondeo. Dependiendo de la porosidad habrá distintas profundidades de invasión del filtrado de lodo Rxo. En consecuencia las
investigaciones deberían comprender una serie de mediciones con
varias penetraciones laterales para asegurar que los resultados
realmente reflejen Rt (Collier 1989).
Los registros eléctricos se agrupan en cinco categorías :
21
Fig. 1. Las zonas invadidas en una formación porosa.
( Collier 1989).
22
- Potencial espontáneo
- Resistencia monoeléctrica
- Resistividad no focalizada
- Resistividad focalizada
- Inducción (focalizada - no focalizada)
Seguidamente explicaremos en forma resumida su
funcionamiento y características particulares.
4.1.1. Potencial espontáneo . -
Respecto
a nuestros objetivos,
se trata
de una
herramienta de tipo complementario , aunque de uso habitual ya que
normalmente va incluida en sondas que operan simultáneamente con
varios registros.
El registro de los potenciales espontáneos se realiza
con los registros de resistividad . Los registros de SP (Spontaneous potentíal) probablemente son la antítesis de la imagen de alta
tecnología de la mayoría de los métodos de la testificación (Ellis
1987). La curva del potencial espontáneo es un registro de la
diferencia de potencial entre un electrodo fijo en la superficie como
punto de referencia , y otro que se mueve dentro del pozo a lo largo
del sondeo . El registro básicamente es la medición de un voltaje
que está variando muy despacio a medida que la sonda se desplaza
por el sondeo . Las amplitudes varían bastante , pero en general son
de algunas decenas de milivoltios.
Se explica el potencial espontaneo según varios
orígenes , aunque se considera que la mayor contri bución se debe
a las reacciones electroquímicas entre los contactos de capas
geológicas de distinta permeabilidad y las disoluciónes del lodo de
perforación.
23
Las arcillas son permeables para los cationes de Na+
pero practicamente impermeables para los aniones
Cl-; como
resultado se forma un potencial cuando los iones Na+ migran de las
aguas salinas de una formación permeable hacia las arcillas y
después hacia la disolución de lodo (Telford 1982). En este
sentido,
la disolución
de lodo
provoca un
desequilibrio
del
potencial de membrana. Debido a que los iones de Na y Cl tienen
una movilidad diferente , se produce una separación y descompensación de las cargas eléctricas (Ellis 1987). Como resultado se
genera una diferencia de potencial respecto a un punto de
referencia.
Las capas arcillosas o margosas de un sondeo tienen
el mismo potencial eléctrico y se alinean , en un registro , a lo largo
de una recta de valores semejantes y que se define como "línea
base de las arcillas".
Los demás valores de un sondeo están
relacionados con esta línea según su desplazamiento a la izquierda
o a la derecha de la línea base. Los valores correspondientes del
potencial
son
negativos
(izquierda)
o
positivos
(derecha),
dependiendo de la salinidad del agua de formación y del filtrado
(Schlumberger, IGME 1988).
Los registros del potencial espontáneo son un método
muy útil para la identificación de las capas permeables y medios
impermeables .
Considerando los
registros
de
otras técnicas
aplicadas simultaneamente y con una interpretación crítica, el
método de SP puede ayudar a la identificación de zonas de porosidad de primer grado ( por ejemplo niveles de arenas entre arcillas)
o de segundo grado ( zonas fracturadas).
Los resultados solamente son fiables bajo condiciones
relativamente ideales del estado de la perforación (Keys,1989) y
dependen del contraste en la calidad química entre el agua dentro
del sondeo y de la que satura las formaciones permeables ( Howard,
1989 ). Ese en general es el caso cuando se realiza la perforación
24
con lodo a base de arcill as de alta conductividad.
4.1.2 Métodos con electrodos no focalizados . -
Las técnicas son muy similares en su fundamento
teórico a las técnicas eléctricas de superficie.
Una corriente de baja frecuencia es introducida a
través de dos electrodos de corriente en la formación rocosa y se
mide la diferencia del potencial que tal paso de corriente establece
entre dos electrodos de potencial situados en la misma sonda. El
registro es una curva de la variación del potencial en función de
la profundidad . Su transformación a unidades de resistividad es
sencilla.
Aunque los métodos con dispositivos focalizados son
bastante más sofisticados, estas técnicas siguen siendo muy
populares y utilizadas. Ello se debe a la gran experiencia en su
empleo durante décadas y en segundo lugar porque son las herramientas más economicas de los métodos eléctricos.
Resistencia . -
Las sondas para la medida de la resistencia pueden
considerarse como extremadamente sencillas y en parte anticuadas.
Muchas veces forman parte de mediciones combinadas en aparatos
de las primeras generaciones y por eso las mencionamos.
El dispositivo es el único de los métodos no focalizados, que utiliza los mismos electrodos para introducir la corriente
al terreno y para la mediación del potencial . Se llama monoelectródico cuando un eléctrodo se encuentra como eléctrodo de referencia
25
en la superficie, mientras el segundo es bajado al pozo. En la
configuración diferencial , los dos eléctrodos se bajan a poca
distancia (20 cm) al pozo.
En los dos dispositivos se pasa una corriente constante entre los dos eléctrodos y se registran las fluctuaciones del
voltaje al mover la sonda a lo largo del pozo. La resistencia entre
los eléctrodos está definida por la ecuación de Ohm: V=R*I; en la
que R es la resistencia en Ohm, I la corriente en Amperios y V la
diferencia de potencial entre los dos electrodos. Durante el
registro se mantiene la corriente I rigurosamente constante y en
consecuencia las fluctuaciones del voltaje corresponden a cambios
de resistencia dentro del pozo, cambios interpretables en términos
de variaciones litológicas.
Básicamente hay tres factores que condicionan a los
valores de resistencia :
- la resistencia de las rocas en inmediata próximidad de los
electrodos.
- el volumen de roca entre los dos electrodos.
- el efecto del lodo de perforación que rellena el sondeo.
Las variaciones de resistencia están primariamente
provocadas
por
variaciones
en
la inmediata
próximidad
del
electrodo dentro del pozo. En el dispositivo diferencial se refiere
a la próximidad de la pareja de electrodos dentro del pozo.
El resultado depende mucho de la resistencia eléctrica
del lodo de perforación y de la regularidad de las paredes de la
perforación.
26
Fig. 2.- Sonda monoelectródica ( Kay and McCary . 1.971).
27
Una de sus ventajas es la excelente resolución de
capas finas y la posibilidad de detectar fracturas llenas de agua.
Los registros no son lineales (Mac Cary 1971) y consecuentemente
el dispositivo no se puede utilizar para evaluaciones cuantitativas
de las propiedades eléctricas de unidades rocosas. Sin embargo
resulta muy útil en la correlación cualitativa de medidas con
significado litológico.
registros
En ambientes geológicos de origen sedimentario los
de resistencia tienen generalmente las siguientes
características :
Frente a las arcillas muestran valores bajos, las
areniscas tienen valores intermedios y las calizas reflejan valores
de alta resistencia.
En el medio ígneo y metamórfico los valores de baja
resistencia se explican por la presencia de formaciones rocosas
conductoras o por la presencia de zonas de fractura aunque sean
de poco espesor.
Sonda Normal . -
El dispositivo es un sistema de dos parejas de
eléctrodos del tipo cuadripolar; AB y MN. Por los eléctrodos AB se
envía una corriente I a través de la formación rocosa y se mide la
La
diferencia de potencial A V que se produce entre M y N.
distancia AM se denomina espaciado de la sonda. Los espaciados
estandard son de 8", 16f', 32" y 64". Las de uso más corriente son
la normal corta de 16 " y la normal larga de 64".
28
Se calcula la resistividad aparente que se refiere al
punto situado en el centro de AM, suponiendo un medio homogeo,
mediante la ecuación :
pa = K * dV/I
Ay: diferencia de potencial
I: corriente
K : factor geométrico.
El factor geométrico K depende de la configuración de
la sonda, respecto al espaciado AM.
La relación espaciado/espesor de capa tiene significación para la selección de la herramienta apropiada. La mayoría de
los instrumentos ofrecen registrar la normal corta y normal larga
simultaneamente . La profundidad lateral de investigación aumenta
proporcionalmente con el espaciados . Se acepta generalmente que
la profundidad de investigación es aproximadamente = 2 AM. En
consecuencia , la normal corta tendrá buena resolución vertical a
costa de una menor penetración lateral , lo que lleva consigo que la
resistividad Ri, de la zona invadida por el lodo de perforación,
tendrá gran influencia en el registro . La normal larga refleja mejor
la resistividad Rt, la verdadera de la formación.
Las sondas normales son una herramienta estandard
en la determinación de la resistividad de la formación bajo condiciones favorables . El sondeo tiene que estar lleno del fluido de
perforación.
El efecto de capas próximas y la invasión de lodo de
perforación en formaciones porosas es muy significativa en los
registros . Dichos efectos pueden corregirse en función del espesor
de las capas y además, los resultados solamente son fiables con una
corrección del diámetro de perforación , ya que los resultados del
29
Fig. 3.-
Esquema de las sondas normal lateral
(Collier. 1.989)
30
método dependen mucho del estado geométrico del pozo.
La normal corta es apta para mediciones de resistividad de zonas porosas que están invadidas por el filtrado del lodo
y de este modo permiten la determinación de porosidad de la
formación . En la correlación entre pozos se puede aplicar el
método, dada su característica, de que posibilita una buena
definición de los contactos entre capas.
La normal larga mide la resistividad intermedia, que
por lo menos en teoría permite calcular la resistividad de la zona
invadida,
Ri y la resistividad verdadera de la formación Rt
( Telford 1982, Astier 1975).
Sonda lateral . -
Es el primer dispositivo empleado en la historia de la
testificación. Durante muchos años era corriente aplicarlo conjuntamente con la sonda normal. Pocas empresas todavía emplean este
método que está en desuso.
El método se denomina también dispositivo de tres
electrodos . Los eléctrodos que miden la diferencia de potencial
suelen estar separados por 32". El centro entre las dos está a una
distancia de 18'8" del electrodo de corriente que se encuentra en
el sondeo . Esta distancia es el espaciado del dispositivo.
La profundidad lateral de investigación equivale
aproximadamente al espaciado . De las herramientas no focalizadas
la sonda lateral tiene la única ventaja de tener una buena penetración lateral . En los registros destaca la asimetría de las curvas,
provocada por la configuración de los eléctrodos . Parecido a los
31
sondeos normales se calcula la resistividad aparente:
Pa=K*AV/I
0 V : Potencial entre MN.
I : Corriente introducida.
K : Factor de geometría.
La herramienta fue diseñada para la determinación de
la resistividad aparente . Sin embargo el registro de la sonda
lateral es tan dificil de interpretar que no es una buena altern ativa
para la determinación de la resistividad Rt de la formación. La
corrección del efecto del diámetro de la perforación y del espesor
de las capas próximas en casi todos los casos, es imprescindible.
4.1.3. Métodos con eléctrodos focalizados . -
A finales de los años 50 se empezó a trabajar con
herramientas focalizadas .
Las no focalizadas tienen el grave
defecto de que no se puede controlar la dirección del flujo de
corriente .
En consecuencia ,
de acuerdo con las leyes de la
electricidad, la corriente toma el trayecto de la mínima resistencia,
prefiriendo medios conductivos, como el lodo de perforación o las
formaciónes conductivas. Si el líquido de perforación es demasiado
conductivo (lodo con sales ) o si la formacion tiene una resistividad
demasiado elevada, la corriente se canaliza por el sondeo y no
penetra en la formación.
Generalizando se puede decir , que los dispositivos de
las sondas normales ( larga y corta) y la lateral tienen espaciados
demasiados gran des para detectar capas finas y el microlog está
muy influido por el lodo.
Los instrumentos con eléctrodos focalizados superan
32
los siguientes problemas:
- Lodo de perforación de alta conductividad.
- Resolución de capas de poco espesor.
- Formaciones de alta resistividad.
Los electrodos focalizados controlan el trayecto de la
corriente utilizando eléctrodos auxiliares de corriente, que se
encuentran encima y debajo del eléctrodo de corriente primaria.
Los electrodos auxiliares ( de guarda ) ajustan la intensidad de su
corriente automáticamente de tal forma , que siempre tienen el
mismo potencial . Este dispositivo permite medir silmultaneamente
la resisitividad de la zona invadida por el filtrado de lodo Rxo y la
resistitivad aparente de la formación Rt.
Guard Log . El nombre comercial es Laterolog 3 (LL3 ). La corriente
se focaliza dentro de un disco horizontal que entra en la formación
lateralmente en lugar de desplazarse verticalmente por las paredes
del pozo.
La profundidad de investigación, que es la distancia
donde la corriente pierde su carácter focalizado, es aproximadamente tres veces la distancia entre los electrodos "guard".
Electrodos puntuales ( Point-Electrode) . -
También se llama Laterolog 7 (LL7). Los discos del
Laterolog 3 son sustituidos por 7 electrodos puntuales . El "rayo"
de la corriente enfocada es más "grueso " que el del Laterolog 3.
Los resultados de ambos son muy parecidos.
33
111
1
1
OR
w
Focusing system
Non•focusinca system
(norma! devi(--P)
Fig. 4.- Diferencia de trayecto de la corriente empleando
sondas focalizadas y no focalizadas
34
Spherica lly Focusing Electrodes (SFL) . -
Este tipo de herramienta focalizada se puede considerar como sustituto de la normal corta de las herramientas no
focalizadas de la primera generación. El SFL tiene un concepto
diferente de los Laterologs 3 y 7. En lugar de enfocar el "rayo" de
corriente de forma horizontal, los eléctrodos auxiliares están
diseñados en tal manera, que forman un casco esférico alrededor
del eléctrodo de corriente.
La ventaja es, que se reducen los efectos de la
perforación, no hace falta una corrección de espesor de capas
próximas y la profundidad lateral de investigación es, mayor que
la de los metodos no focalizados (Jordan and Campbell 1986).
Dual Focusing Electrode (DLL) . -
Es el desarrollo más avanzado de las herramientas de
resistividad . El nombre común es Dual Laterolog (DLL) o Dual
Guard Log.
Una corriente se envía a la formación
desde el
electrodo central de la sonda. Varios electrodos montados simétricamente a lo largo de la sonda focalizan la corriente
El mismo dispositivo registra los valores de poca
penetración (LLS, Laterolog shallow) y un alcance lateral más
profundo (LLD, Laterolog deep ). Los dos conceptos utilizan los
mismos eléctrodos. Electrónicamente se varía el modo de enfoque
que determina la profundidad de investigación. De este modo se
puede medir simultaneamente la resistividad de la zona de infiltración Ri y la resistividad aparente, de que se deriva la verdadera
35
resistividad Rt.
Sin duda, el Dual Laterolog ofrece la técnica más
refinada para la medida de resistividad . El alcance lateral de
profundidad es más grande que el del LL3 y LL7. El Dual Laterolog
tiene con su configuración del LLD buena capacidad de investigar
la resistividad aparente en una escala , que incluye formaciones de
muy baja hasta muy alta resistividad (40.000 Ohm).
La herramienta tiene características muy favorables
para determinar la verdadera resistividad Rt y al mismo tiempo
puede garantizar una relativamente buena resolución vertical
( Jordan and Campbell, 1986).
Microlog . -
El microlog se desarrolló para detectar capas de muy
poco espesor . Sin embargo el microlog en sus aplicaciónes reales,
se ha limitado al estudio de la resistividad del mud cake.
La presencia de mude cake es un indicador cualitativo,
de que la formación es permeable . Esta norma hay que aplicarla con
cuidado, sobre todo porque en general el mud cake no se forma en
zonas de porosidad secundaria.
Microlog no foca lizado .-
Los electrodos están situados encima de un cojín de
goma que está apretado mecánicamente contra la pared del pozo. La
herramienta combina dos mediciones de resistividad.
36
s
s
s
LATEROLOG 3
S =30.5 cm ( 12')
electrode
O Insulation
shaltow
DUAL LATEROLOGS
deep
SPHERICALLY
FOCUSED TOOL
S=61 cm (24')
3=61 cm ( 241
5=78.2 (30')
LATEROLOG 7
S = 81.3 cm (32')
fl emitted current sheet
S apacing
0 = zero potentlal
1
W
J
(D
tt
r•
El espaciado corto de 1 " registra la resistividad del
mud cake. La profundidad lateral llega a aproximadamente 4 cm. El
espaciado largo mide el conjunto de mud cake y la resisitividad de
la formación . La profundidad investigada por el espaciado largo es
del orden de 10 cm.
La herramienta se utiliza en pozo llenos de lodo a base
de agua. El dispositivo con el cojín de goma lleva incorporado un
caliper para registrar el diámetro de la perforación.
Microlog focalizado . -
En esta clase existen una serie de herramientas que se
distinguen por el grado de enfoque de la corriente. El Microlaterolog (MLL) es lo menos focalizado , luego el Micro Log que está
enfocado esféricamente (MSFL Mícrosperically Focused Log) y por
fin la focalización más efectiva se consigue con una herramienta
denominada Log de Proximidad (PL, Proximity Log) .
En el caso de poco enfoque del dispositivo, el registro
será dominado por el efecto del mud cake . Al contrario un enfoque
concentrado puede en, buenas condiciones de poca ínvasion del
lodo , llegar a medir de forma efectiva la resistividad aparente de
la formación.
Esta herramienta se utiliza en pozos rellenos de agua
y lodo y mide en la misma operación el estado de la perforación
mediante un caliper .
Los micrologs , focalizados o no, registran en p ri mera
linea las características del mud cake. En correlación con otros
métodos permiten la identificación de capas de poco espesor.
38
MICROLOG
ML
MICROLATEROLO4
MLL
PROXIMITY
pad
Detectar zonas porosas será posible con las herramientas focalizadas con la condición de que se haya utilizado un
lodo suficientemente conductivo. El uso de las sondas no focalizadas solamente dá información cualitativa sobre la existencia del
mud cake . En general, la técnica dá también información sobre el
estado de la perforación.
4.1.4. Métodos de Inducción .-
El hecho que originó el desarrollo de herramientas de
inducción fue el cambio de
métodos de perforación , como la
perforación de percusión con aire y con espuma, o el uso de lodos
no conductivos . La falta de un elemento conductor como el lodo hizo
inútil las clásicas herramientas de resistividad.
Es la única herramienta de resistividad que funciona
en pozos secos . Por supuesto, como todos los métodos eléctricos no
se podrá utilizar
cuando el sondeo esté entubado con tubería
metálica.
El principio de funcionamiento es el siguiente. Una
corriente alterna de alta frecuencia se hace circular por un sistema
de bobinas coaxiales ( bobina emisora). El campo magnético resultante provoca en las rocas una corriente secundaria (corriente
Foucault ), que por ser variable en el tiempo dá origen a su propio
campo magnético secundario . Este depende mucho de las características físicas de la roca. El campo magnético secundario induce
una corriente dentro de la bobina receptora del dispositivo, que se
registra en el log.
El voltaje inducido es proporcional a la conductividad
de la formación, que es la recíproca de la resistividad.
40
Los instrumentos modernos tienen en realidad varios
transmisores y receptores para conseguir de una manera parecida
a los Laterologs, una focalización del campo mágnetico. El resultado es la medición simultánea, que se efectua con la herramienta de
Induccion Dual
(DIL, Dual Induction Log),
de resistividades
representativos de varios rangos de profundidad.
En el caso de que se utilice la herramienta en pozos
con lodo, los registros incluirán información bastante completa
sobre el comportamiento eléctrico del medio (Verdier, 1986).
Las curvas se registran como sigue:
Inducción normal: registro de conductividad y su recíproca la
resistividad, asociado con el registro de resistividad de poca penetración lateral.
Inducción dual: se comparan los registros de la conductividad de
poca e intermedia profundidad y de su recíproca,
la resistividad, con los valores de resistividad
procedentes del registro convencional de resistividad.
Generalmente la herramienta en la versión focalizada
tiene buenos resultados tanto en la resolución verticál como en la
profundidad laterál de investigación (Schlumberger 1987). Su
aplicación es la determinación de Rt, la resistividad verdadera de
la capa a través del registro de la resistividad aparente.
Las condiciones de la perforación tienen notable
influencia aunque pueden ser compensadas en teoría con tablas de
correcciones.
41
AM PLIFIER
ANO
OSCILLATOR
HOUSING
RECEIVER
COIL
n
RECEIVER
AMPLIFIER
GROUND
LOOP)
(9
É
®_
FOUCAULT
CURRENT
TRANSMITTER
OSCILLATOR
FORMATION
TRANSMITTER
COI L
9
!4- BORE
1.986).
Fig. 7.- Herramienta de Inducción (Verdíer,
42
HOLE
En segundo lugar los resultados son fiables
solamente en la escala hasta 100 ohms. En capas de alta resistividad, equivalente a poca conductividad, falla la calibración de los
instrumentos.
4.1.5. Resumen . -
1. Los registros monoeléctrodicos aportan resultados
de carácter cualitativo y su empleo se mantiene porque normalmente se utilizan integrados con otros registros en una misma sonda.
de inducción se pueden aplicar
solamente en perforaciones con lodos no conductivos y tuberías no
2.
Los métodos
metálicas.
Para determinar la verdadera resistividad de
formaciones y la localización de niveles de poco espesor en medios
de baja o intermedia porosidad, únicamente las sondas focalizadas
3.
llevan a resultados aceptables (Laterolog o Guardlog).
5. La invasión de filtrado del lodo se mide apropiadamente con microdispositivos de enfoque esférico (MSFL).
6. Las capas finas se pueden definir solamente con
precisión mediante herramientas equipadas con microelectrodos y
dispositivos focalizados (Collier, 1989).
4.2. Métodos radioactivos . -
Algunos átomos de las estructuras cristalinas de los
43
componentes de las rocas emiten radiaciones naturales mientras que
otros pueden hacerlo al ser provocados por ciertas formas de
energía. La radiación nuclear puede incluir cualquiera de los tipos
de
radiación: alpha, beta, gamma o la emisión de neutrones. La
radiación en la forma gamma y de los neutrones tiene una capacidad
de penetración considerable.
Los instrumentos de la testificación que registran la
radiación se dividen basicamente en tres categorías :
- Instrumentos que registran la radiación gamma natural de
los elementos Uranio (U), Torio (Th) y Potasio (K) que
forman parte de la matriz de la roca.
- Instrumentos que emplean fuentes artificiales de radiación
gamma para bombardear el medio rocoso.
- Métodos que emplean fuentes de neutrones para iniciar
procesos radioactivos (Telford 1982).
Durante
la
desintegración
nuclear,
los
nucleos
excitados emiten impulsos de radiación electromagnética, los rayos
gamma. De forma simplificada se puede considerar esta radiación
como un " exceso" de energía . La capacidad de radiación natural de
las formaciones geológicas resulta condicionada por la presencia de
pequeñas cantidades de U, Th y K40 en las rocas . La radiación del
tipo gamma de la serie de desintegración de los elementos uranio y
torio es bastante más intensa que la del potasio. Sin embargo la
diferencia de intensidad se compensa, porque los isotopos del
potasio están mucho más concentrados en las formaciones rocosas
comunes. Consecuentamente la radiación media se puede asignar,
a partes aproximadamente iguales, a los tres elementos.
Los rayos gamma de K40 son monoenergéticos con una
44
intensidad de 1.46 MeV , mientras que la radiación del Th y U tiene
un espectro energético entre 1.7 MeV hasta 2.62 MeV.
Para
detectar la radiación de un elemento individual , el detector tiene
que ajustar su sensibili dad dentro de un espectro específico de
energía.
En general la emisión radioactiva es elevada en rocas
de orígen sedimentario/detrítico y sedimentos metamórficos. Es
inferior en las rocas ígneas y metamórficas, con la excepción de
granitos con un alto componente de potasio (Militzer 1986).
Un rayo gamma puede interaccionar con el medio en
que entre en contacto de varias maneras :
- Transfiriendo toda su energía a un electron del átomo
(conversión fotoeléctrica),
- Pierde su energía sucesivamente en la colisión con varios
nucleos,
transfiriéndola a
varios
electrones
(efecto
Compton).
- El rayo gamma desaparece enteramente, convirtiendose en
un par positrón-electrón.
Los tres procesos están estrechamente relacionados
con la densidad de electrones en el medio. Como consecuencia los
procesos radioactivos están determinados por el tipo de material
que atraviese el rayo gamma.
La energía de los rayos gamma se estima en el orden
de aproximadamente 1 MeV. Esta energía permite llegar a una
profundidad de investigación de 30 centímetros en medios no
compactos.
45
Otra forma de diagnóstico del medio rocoso es la
característica de la interacción de los neutrones con el medio.
Los neutrones rápidos ( Energía > 0.1 MeV)
son
frenados por la colisión con un nucleo en forma elástica o inelás tica. En la colisión inelástica el núcleo recibe energía cinética y
entra en un estado excitado, emitiedo una radiación gamma
característica . La manera en que un neutrón pierde su energía en
una colisión depende de la masa del nucleo con el que choca; o
expresado en otra forma : del tipo de material. Sin embargo, el
proceso se complica , porque la capacidad de un núcleo para
capturar un neutrón depende también de la velocidad del neutrón
al entrar en el medio. El hecho se expresa mediante un valor de
probabilidad de captura (barns).
La mayor pérdida de energía la sufre un neutrón
cuando choca con un núcleo de masa similar a la suya , por ejemplo,
con nucleos de H. En este hecho se basan las posibilidades de
empleo de esta radiación como medida indirecta de porosidad. Las
formaciones porosas saturadas de agua presentan una mayor
concentración de atomos de H que las formaciones impermeables y
la respuesta frente a la radiación neutrónica es diferente.
4.2.1. Testificación con rayos gamma naturales .-
de la radioactividad natural se
entubadas en las que
perforaciones
desarrolló como técnica para
no se podían utilizar métodos eléctricos.
La
testificación
La sonda consiste en un detector y un amplificador.
El detector puede ser un contador Geiger o un detector scintilométrico.
46
Hay dos tipos de sondas:
- Las que registran toda la radiación en la próximidad de la
sonda.
- Las que discriminan la radiación de cada elemento radioactivo (sondas espectrométricas).
En sedimentos recientes , o más general en los medios
no compactos, el registro de la radiación de los rayos gamma refleja
el contenido de arcillas. La testificación de rayos gamma en rocas
ígneas y metamórficas está condicionada por la concentración
relativa de componentes félsicos . ( Daniels y Keys 1989).
Las medidas de radiación gamma natural permiten la
posibilidad de diferenciar el contenido de arci llas de las formaciones y en consecuencia permiten estimar cualitativamente variaciones de porosidad y permeabilidad en medios sedimentarios recientes.
En combinación con otros registros (investigaciones
con trazadores ) es un instrumento de fácil manejo para detectar
zonas impermeables.
Es uno de los pocos registros en que el estado del pozo
no tiene una influencia decisiva , pudiendo efectuarse las medidas
en pozos entubados.
4.2.2. Registro Gamma - Gamma .-
Esta herramienta también se denomina como Log de
47
densidad. Tiene interés respecto a nuestros objetivos ya que las
medidas de densidad de las formaciones están inversamente
relacionadas con la porosidad de las mismas.
En la herramienta está incluida una fuente radioactiva, que suele ser Cs60 ó Cs137. Un brazo articulado mantiene los
detectores apretados contra la pared con un dispositivo de
muelles.
El
sistema
incorpora
un
dispositivo
colimador
que
garantiza que se registre sólamente la radiación gamma que
efectivamente ha viajado por las formaciones.
Un sistema electrónico evalúa los registros independientes de dos detectores, para eliminar los efectos del mud cake
y de irregularidades del pozo.
Existen dispositivos quedan, mediante transformación
de los valores medidos, información sobre la densidad aparente
conocida con la denominación Densidad de Formación (Verdier, 1986).
Los instrumentos de la última generación se basan en
el fenómeno del efecto fotoeléctrico , que calcula el número atómico
Z que permite obtener conclusiones directas sobre la litología de la
formación.
Los materiales carbonatados tienen una densidad entre
2.7-2.85 g/cc, las arcillas entre 1.8-2.2 g /cc, las areniscas se
encuentran de una densidad entre 2.4-2.65 g/cc. Con estos
ejemplos se ven claramente el rango de valores que hay que
discriminar con el método. Sin embargo los registros de testificación de densidad se consideran como método auxiliar combinado con
otros . Es un registro útil para interpretar variaciones de porosidad
en yacimiento sedimentarios.
48
GAMMA Th
URANIUM
0
AMCOUNTS
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0
GAMMA K Th
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THORIUM
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Fig. 8.- Ejemplo de registro espectral de la
radiación gamma natural.
49
La densidad de rocas ígneas y metamórficas es en
general más alta, variando desde 2.6 g/cc de las andesitas, hasta
2.8 g/cc en las rocas de alta metamorfosis. La variación de
densidad dentro de un medio litológico está provocada en general
por cambios de porosidad o alteraciones de la roca ( Daniels y Keys,
1989).
La relación entre densidad medida y porosidad es del
tipo D. = D2r (1-$) + D,.>.
siendo :
D..- Densidad medida por la sonda.
D r . - Densidad de la matriz rocosa.
D f . - Densidad del fluido.
4> . - Porosidad.
4.2.3. Registro Neutrón - Neutrón.-
La sonda consiste en una fuente de neutrones (Am o
y uno o dos detectores ( compensación para mud cake)
separados por pocos centímetros . El método está basado en el
Be)
principio de que los neutrones emitidos por una fuente son
difundidos o absorbidos por las rocas y una parte de ellos llegan
a los detectores.
Los neutrones " rápidos" (1- 5 Mev ) chocan con los
núcleos de los atomos de la roca y pierden energía, según la masa
relativa del núcleo que participa en la colisión. Las colisiones con
núcleos pesados tienen poco efecto en los neutrones; sin embargo,
una colision con un núcleo de masa equivalente ( el núcleo de
hidrógeno o los protones), provoca , que los neutrones pierdan
rapidamente su energía . Sucesivas colisiones le convierten en un
neutrón térmico que corresponde a un nivel energético de 0.1 MeV
(Howard, 1989).
50
NEUTRON (cps)
0
2700
DENSITY (kg/m3)
0
1400
3000
0
25
50
75
100
30.5
125
150
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175
0
200
E
61
w
a
225
250
275
300
91.5
325
350
375
400
12.2
425
Fig. 9 .- Registro de densidad
( Dan iels y Keys).
y neutrón-neutrón.
51
La mayoría de detectores están capacitados para la
medida de los neutrones térmicos.
La segunda posibili dad es la detección de la radiación
gamma , que se produce cuando un neutrón térmico es capturado
por un núcleo de determinados elementos ( método neutrón-gamma) .
El primer moderador para neutrones es el atomo de
hidrógeno . Por lo tanto , la testificación con el método neutrónneutrón responde en primer lugar a la presencia de agua en la
formación y así es un indicador de porosidad.
La respuesta de esta herramienta da información
respecto del contenido de agua de la formación y por tanto dará
una indicación indirecta sobre la porosidad y permeabilidad de la
misma , asumiendo que la formación esté totalmente saturada.
En
rocas compactas ,
la herramienta
da buenos
resultados en la detección de fracturación si está relacionada con
la existencia de agua. Silicatos hídricos , producto de una alteración química dentro y en la próximidad de fracturas pueden ser la
segunda causa de una anomalía en el registro.
Los problemas surgen con la dificultad de distinguir
entre zonas alteradas , fracturadas y la presencia de minerales
híd ricos como la biotita . Las dificultades pueden ser resueltas con
la ayuda de " cross-plots", estudios de una serie de pozos en la
misma zona , etc. (Keys,1979 , McCann et al., 1981, Davidson et
al.,1982).
52
4.3. Registro Sónico . -
El método sónico o la herramienta acústica basa su
funcionamiento, en las propiedades elásticas de las formaciones.
El registro de la herramienta da una medida del tiempo
de tránsito que la onda de propagación de un impulso acústico (las
ondas P o de compresión ) necesita para llegar del emisor al
receptor, atravesando por la formación rocosa. El emisor acústico
consiste en un transductor piezoeléctrico , que convierte la energía
eléctrica en energía vibrato ria . La sonda lleva dos receptores que
funcionan en sentido contrario y transforman la energía de
vibración de la onda acústica en señales eléctricas . El emisor y los
detectores están mecanicamente desconectados entre si, por una
sección aislante.
En su trayecto por la roca, la señal acústica genera
una serie de ondas de distintas características. Los registros de
la testificación convencional se basan en la medida de la velocidad
de las ondas P compresionales . La onda P es la primera en llegar a
los receptores . La diferencia del tiempo de tránsito de la onda P
entre los dos receptores, se usa para calcular la velocidad
característica de la roca . La llegada de la onda P es automáticamente registrada por el sistema electrónico que se encuentra en la
superficie.
Bajo condiciones ideales, puede considerarse el tiempo
de tránsito como la suma del tiempo que la onda ha pasado dentro
de la matriz sóli da y el tiempo de viaje dentro de los fluidos que
rellenan los poros. En consecuencia los registros del método sónico
están relacionados de forma lineal con el contenido de agua (o
fluidos en general ), que es equivalente a la porosidad, suponiendo
la saturación de la roca.
53
En presencia de fracturación, la onda acústica tiene
la tendencia de evitar las fracturas y a propagarse por el trayecto
más corto hacia el detector. A diferencia de las testificaciones con
los métodos de neutrón - neutrón y gamma - gamma que aportan
información respecto a lo porosidad total, el método sónico mide de
forma preferente la componente primaria o intergranular (Howard
1989).
Para cálculos cuantitativos, la formula de Wy1lie del
tiempo
promedio,
relaciona las velocidades con la porosidad
teórica :
1/V = 4/Vf + (1-4) /Vm.
siendo :
V - Velocidad medida.
Vf - Velocidad del fluido.
Vm - Velocidad de la matriz.
c - porosidad.
Los registros de la velocidad acústica son adecuados
para la diferenciación de litología, la determinación de porosidad
y en casos determinados para la detección de zonas fracturadas.
La velocidad acústica varía entre 1639 m/s en el agua, valores
inferiores a los 3000 m/s en sedimentos poco consolidados y llega
a velocidades superiores a los 6557 m/s en rocas metamórficas e
ígneas (Daniels y Keys 1989).
En zonas fracturadas el registro sonico tiene serias
limitaciones como método singular . En comparación con la testificación de densidad (gamma-gamma) o el neutrón-neutrón este
registro identifica de forma cualitativa las zonas fracturadas o de
permeabilidad secundaria.
54
En varias ocasiones el registro sónico fue destacado
como método idóneo para la detección de fracturas. Sin embargo
existen al respecto algunas matizaciones :
En presencia de fracturas la señal se ve gravemente
atenuada con el resultado de que solamente las segundas o terceras
llegadas serán registradas (Serra,1984 ) . En consecuencia ciclos
enteros de señales desaparecen del registro . Evaluando este hecho
de forma positiva se podría considerar como indicio de la presencia
de fracturas ( efecto skipping).
En segundo lugar, la interpretación no es muy clara
si la fracturación tiene su origen en cambios litológicos Howard
1989 , Telford 1984).
Como método especializado para la detección de la
porosidad de segundo grado, se desarrolló como una técnica
avanzada en la interpretación de la señal acústica el análisis del
" full wave train " ( la señal completa).
Un valor de tipo complementario tienen los registros
acústicos para el apoyo de posteriores estudios sísmicos en los
medios arcillosos . En las formaciones no consolidadas , el regístro
acústico como método aislado es de poco interés , dado que las
velocidades en las arci llas y las arenas son similares y no distinguibles.
55
TECNICAS COMPLEMENTARIAS.
1
S. TECNICAS COMPLEMENTARIAS .-
Existe una
serie
de
técnicas
que
forman
parte
complementaria de muchas herramientas clásicas de testificación
aunque no son directamente consideradas como herramientas para
la determinación de la permeabilidad . Sus registros sirven de
apoyo a la interpretación de los que evalúan la porosidad o parámetros asociados.
5.1. Caliper . -
Con esta herramienta se miden las variaciones de
diámetro de la perforación .
Se distingue entre dos tipos : el
mecánico y el método acústico.
El primero registra el movimiento lateral de un brazo
de medición (o varios brazos ) que se mantiene apoyado sobre la
pared del sondeo durante el desplazamiento de la sonda. El sistema
convierte estos desplazamientos en una señal eléct rica. El método
acústico del caliper trabaja a base del tiempo que necesita una ondo
acústica de alta frecuencia para realizar el trayecto emisorreceptor, después de reflejarse en la pared del sondeo.
Los registros de caliper son una herramienta básica y
56
tienen un gran valor dado que la mayoría de las otras técnicas
dependen en su calidad del estado del pozo de perforación.
En algunos casos el cali per aport a información sobre
la existencia de zonas de fractura. Para ello es preciso que las
fracturas sean "abiertas" o lo suficientamente aumentadas por el
proceso de perforación, para que cambien efectivamente el diámetro
teórico del sondeo.
5.2. Temperatura. -
El registro de la temperatura presenta una de sus
mayores utilidades en la detección de zonas de fracturación. La
presencia de fracturas por las que se produce circulación de agua
provoca una diminuta variación vértical de la temperatura en los
fluidos del pozo. Las pequeñas diferencias medidas son electrónicamente amplificadas en el registro.
Los registros pueden clasificarse según dos tipos
según cuales sean sus características dominantes (Drury et al.
1982, Drury 1984). El primero de ellos refleja el caso de que el
pozo reciba agua por las fracturas o, en el caso contrario, que se
produzca aporte de agua desde el pozo hacia la formación, a través
de las fracturas.
Estos modelos se representan de forma simplificada en
la Figua 10; con su explicación correspondiente (Howard 1.990).
Los termómetros funcionan en generel de forma
diferencial , midiendo el gradiente entre la superficie como punto
de referencia y el entorno en el pozo.
57
TEMPERATURE
Fig. 10.- Respuestas características del log de tempera
tura frente a varios tipos de fracturas (Howard).
a)
b)
c)
Interconezión de zonas permeables.
Fractura con entrada de agua da el
ción, pero de baja permeabilidad.
Fractura de alta permeabilidad.
sondeo
durante
la
perfore
58
5.3. Medida de fluio ( Microflowmeter) . -
La herramienta estrictamente considerada , es más de
tipo hidrogeológico que geofísico. Este método permite determinar
el flujo puntual frente a cada uno de los niveles permeables
intersectados por el sondeo.
En consecuencia resulta útil en la identificación de
tramos permeables y también en el estudio de la evolución de la
permeabilidad con el tiempo o después de posibles tratamientos de
limpieza o desarrollo de los posos.
Existen dos tipos de microflowmeters:
- De hélice.
- Termal.
El método de hélice detecta y evalua correctamente
movimientos de fluidos con velocidades superiores a los 015 m/min.
El "heat pulse meter ",
un método termal , es un instrumento
bastante más exacto y responde a velocidades de aproximadamente
0.1 m/min. La base física del instrumento es el calentamento del
agua entre dos puntos definidos dentro de la sonda a través de una
resistencia,
que aumenta la temperatura del liquido según su
velocidad de flujo. La aplicación más útil de la herramienta termal
es el reconocimiento de fracturas de baja permeabilidad que han
sido estimuladas en ensayos de bombeo y producen un flujo
extremadamente bajo ( Hess,1982) .
Los dos instrumentos están adaptados según su uso
para el registro de movimientos verticales o laterales.
59
UPPER
TEMPERATU
S IGNAL
CONOITIONER
SENSO
HIGH
l
VOLTAGE
CHART
RECORDER
LOWER
TEMPERATURE
SENSOR
FLOW SENSOR
Fig. 11.- Esquema del Microflowmeter térmico.
60
La aplicación de estas técnicas en combinación con
trazadores resulta especialmente útil en estudios de detalle.
5.4. Susceptibilidad magnética . -
La medición directa de la susceptibilidad magnética
tiene utilidad en la localización y correlación de formaciones y su
ámbito más específico de actuación son los medios metamórficos y
cristalinos.
La susceptibili dad magnética está definida por la
relación entre la intensidad de magnetización de un medio y la
intensidad del campo magnético aplicado y refleja en qué grado una
sustancia puede ser magnetizada . El sensor de la sonda consiste en
un núcleo de alta permeabi lidad eléctrica rodeado por un solenoide
conectado con un puente de Maxwell . Con la presencia de material
ferromagnético en la proximidad de la sonda, el campo magnético
cambia, lo que provoca la variación de la corriente eléctrica dentro
del sensor . La corriente es transformada en unidades de susceptibili dad magnética ( unidades SI). La sensibilidad del sistema es
suficiente
para
detectar
diminutas
cantidades
de
minerales
ferromagnéticos.
En las formaciones de origen sedimentario la magnetita
es el mineral más corriente que determina la susceptibilidad
magnética de la formación.
En algunos casos la buena correlación entre los
registros del potencial espontáneo y las medidas de susceptibilidad
pone de manifiesto que zonas porosas que han sido colmatadas por
depósitos de minerales de hierro procedentes de las aguas subterráneas.
61
El registro es independiente de la resistividad del lodo
y tambíen puede ser realizado en pozos secos. Su penetración
lateral equivale a la longitud de la bobina ( Telford 1984).
Las cuatro técnicas mencionadas deben considerarse
como complementarias e incluirse en combinación con otras de tipo
básico. Su uso como método auxiliar en muchos casos es recomendable y a veces forman parte integrante de algúnas herramientas
estan dard .
En combinación con los métodos de resistivídad,
radioactivos y acústicos tienen su mayor aplicación en la correlación de los registros y en la explicación de anomalías puntuales
tales como zonas de fractura.
62
NUEVAS HERRAMIENTAS.
6. NUEVAS HERRAMIENTAS .-
Se trata de técnicas especializadas, que realmente no
representan una ampliación de la gama en lo que se refiere a los
fenómenos físicos en que se basan . Sin embargo la electrónica
sofisticada de estos instrumentos, permite el aprovechamiento muy
mejorado, de la repuesta en función de las propiedades físicas de
las rocas. Las herramientas de esta generación se concentran en
métodos acústico-sísmicos y métodos eléctromagnéticos.
Todas las sondas equipadas con alta técnología son
difíciles en su modo de operación y exigen un gran despliegue
técnico. También exigen unas condiciones más estrictas que las
convencionales en lo que se refiere a características del sondeo.
6.1. Televisor acústico (Acustic televiewer) . -
Las herramientas acústicas convencionales operan con
frecuencias comprendidas entre 10-20 KHz.
Los dispositivos ultrasónicos como el "televiewer " tienen su
rango de operación en la escala de varios cientos de KHz llegando
a la magnitud MHz. A esta frecuencia la longitud de la onda emitida
tiene pocos milímetros, lo que conlleva una variedad notable de
63
BOREHOLE TELEVIEWER
Fig. 12 .- Ejemplo de registro del «televiewer acústico».-
64
posibilidades de medición siendo las más frecuentes los registros
de "imagenes acústicas".
La aplicación de métodos ultrasónicos ofrece características muy positivas en relación con el estudio de la permeabilidad de las formaciones.
La teoría implica la operación en una frecuencia
crítica, según la permeabilidad de la formación y la viscosidad de
los fluidos . A tal frecuencia es cuando la atenuación de la energía
de la onda acústica es máxima y se produce en el intervalo entre 1
y 100 KHz. El sistema registra el grado de pérdida de las fuerzas
cohesivas entre fluidos y la matriz de la roca ( D. Ell is,1987) .
En ensayos de laboratorio se ha obtenido también
buenos resultados en la determinación del tamaño de los granos de
la matriz rocosa . Utilizando frecuencias superiores a 1 MHz, el
tamaño de los granos es el elemento que controla el mécanismo de
pérdida de energía de la onda acústica.
también
En su aplicación práctica el televiewer ,
conocido con la abreviación BHTV (bore hole televiewer), se ha
utilizado de forma específica para la identificación de zonas
fracturadas.
componente principal de la sonda es el emisor
piezoeléctrico que actua simultáneamente como receptor. El
dispositivo opera rotando a elevada velocidad, emitiendo pulsacioEl
nes ultrasónicas. La onda emitida se propaga por la solución,
siendo reflejada a la pared del pozo y recibida por el receptor. La
señal es convertida en una imágen de la amplitud de la señal
reflejada o en su tiempo de transito ( transit time). La presentación
final del registro es una proyección planar de la imagen de la pared
65
del sondeo , según varias formas de representación: En pantalla,
la grabación con video y copias sobre papel.
La sonda tiene 3.6 m de longitud y se opera con un
avance a muy baja velocidad a lo largo del sondeo.
Las paredes limpias producen fuertes reflexiones y se
manifiestan como áreas claras en la imagen . Las irregularidades
absorben la señal y son reproducidos en forma de sombras.
El televisor acústico está considerado como la herramienta más fiable para el analisis de fracturas (Keys,1979 , Nelson
et al. , 1982) . Su aspecto más destacable consiste en su capacidad
de proporcionar información sobre la localización, dirección,
contenido y apertura de las fracturas ( Keys y Sullivan , 1979) . El
conocimiento sobre características del material que rellena las
fracturas es de alto interés para estimar la permeabilidad de la
zona fracturada. Bajo condiciones favorables el televisor acústico
resuelve en el caso extremo fisuras del orden de un milímetro
(Davidson et al . 1982 ). Mediante las imágenes del registro del
"transit time " se llega a diferenciar entre fisuras abiertas y
colmatadas o cerradas.
No caben dudas de que el televisor acústico es
superior a las otras herramientas de testificación si se trata de la
investigación en medios compactos donde se desea determinar la
fracturación . Sin embargo su aplicación está limitada por varias
razones:
- Las operaciones son costosas por la gran cantidad de tiempo
que se requiere para la toma de datos y la interpretación de
las imágenes.
66
Las condiciones técnicas de la perforación deben ser
perfectas . La naturaleza del lodo y la infiltración son de
poca influencia , aunque las partículas dentro de la solución
hacen que el registro sea menos enfocado, debido a la
dispersión y reflexión que provocan en la señal.
- Las fracturas completamente selladas no se ven en las imá
genes.
- Requiere que la sección del sondeo sea circular.
- Como todo registro acústico , el televiewer unicamente puede
ser aplicado en pozos llenos de lodo.
- Los pozos inclinados son muy difíciles de registrar, dado
que la sonda debe estar correctamente centrada.
( Howard , 1989) .
La estimación numérica de la permeabilidad de la
formación a partir de las imágenes del televiewer aporta en la
práctica malos resultados. Como explicación se asume, que la
investigación en un entorno limitado del pozo no es representativa
de la red de fracturas del macizo rocoso en su conjunto. En
segundo lugar se considera que la interconexión de las fracturas
condiciona a la permeabilidad más de lo que lo hace el grado de la
apertura de las fracturas individuales (Gale, 1982).
6.2. Microescaner .-
Es un registro de resistividad competitivo, por sus
cuali dades , en la investigación de capas compactas y se denomina
67
Formation Microscanner
(FMS).
Esta herramienta registra la
conductividad eléctrica de la formación en su zona inmediatamente
próxima al sondeo. Los electrodos se disponen según esquemas
semejantes a los de los métodos focalizados, aunque la información
que obtienen es más detallada por la gran densidad de lecturas que
realizan. Los datos obtenidos se representan como un registro de
micro resistividad según una imágen visual que presenta las
resistividades de las formaciones en variaciones de gris (Laubach
et al. 1988).
Según algunos fabricantes, la herramienta tiene suficiente sensibilidad para resolver fisuración en la escala mínima de
un milímetro. La separación entre las fracturas se distingue en las
imágenes con una resolución de un centímetro y puede diferenciar
entre fracturas abiertas y cerradas.
El instrumento tiene 9.45 m de longitud y un diámetro
de 125 mm; dimensiones que limitan su aplicacion a perforaciones
con un diámetro mínimo de 160 mm (6.25"). Las operaciones con
este registro son extraordinariamente caras.
En perforaciones con grandes irregularidades de las
paredes, que impidan un buen contacto de los eléctrodos con la
formación, los resultados son difíciles de interpretar (Howard,1989).
6.3. Sónico «Full Waveform» . -
El registro sónico convencional mide el tiempo de
tránsito de las ondas compresionales a través de un intervalo
unitario de la formación.
68
Sin embargo la emisión de una señal acústica en el
sondeo provoca tres tipos de ondas fundamentales: de compresión,
de cizalla y «tube wave» o stonely. Cada una de ellas y todas en
conjunto enriquecen la información y permiten la resolución de
aspectos tales como:
- Litología y permeabilidad.
- Identificación de contactos geológicos.
- Análisis de fracturas.
- Determinación de módulos y coeficientes mecánicos.
El sistema es capaz de operar en pozos de pequeño
diámetro ( 1'75' a 2'36) a velocidades de unos 3 m/min. siendo una
de las características de las sondas su notable longitud (8-10
metros ) al objeto de posibilitar la discriminación entre las ondas
compresionales y las de cizalla.
Desde el punto de vista instrumental se trata de un
sistema sofisticado capaz de registrar todo el tren de ondas a
intervalos de algunos centímetros. Al mismo tiempo es necesaria
una notable capacidad de procesado de las señales, tanto para la
derivación de parámetros físicos como para su presentación.
(Crowder et al. 1.991).
Los registros suelen presentarse en forma de logs de
densidad variable, proporcional a la amplitud de las señales. En
ellos es inmediata la identificación de cambios li tológicos y variaciones de permeabilidad.
Respecto a este parámetro son la «tube wave» las
69
ondas más representativas. Esta señal es un conjunto de ondas de
baja frecuencia que se transmiten por el fluido a lo largo de la
pared del sondeo. Su amplitud varía inversamente con la permeabilidad (Paillet and W bite , 1.982).
En consecuencia el análisis de amplitud de estas ondas
permite de forma inequívoca la identificación de fracturas permeables en rocas compactas.
Existen diversos ejemplos que establecen de forma
firme la relación entre permeabilidad de la formación y amplitud de
las ondas «tube» (Mathieu, 1.984) , (Pailiet, 1.989) .
La atenuación de la energía de las ondas «tube» se
produce por interacción del fluido entre el pozo y la formación.
El hecho de que las zonas de fractura constituyan un medio para
tal interacción conlleva una acentuación del fenómeno.
de esta aplicación específica respecto a
nuestro objetivos, esta técnica es capaz de resolver contactos
litológicos y detectar variaciones de permeabilidad en formaciones
con porosidad intergranular de forma más efectiva que las combiAdemás
naciones de registros clásicos. (Keys, 1.989) . Consecuentemente
es una herramienta aplicable tanto a medios consolidados como no
consolidados.
Por ello consideramos que su utilización futura será
creciente tanto en el ámbito hidrogeológico como en las aplicaciones
de tipo geotécnico. Pese a tratarse de tecnología muy avanzada no
es un registro que pueda catalogarse como muy costoso, lo que ha
de contribuir a su progresiva utilización en las aplicaciones
citadas.
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Fig. 14 .- Ejemplo de registro sónico de onda completa
en relación con logs convencionales.
72
6.4. Georadar .-
El empleo de las ondas electromagnéticas en forma
similar a las operaciones con métodos sísmicos es uno de los
métodos de más reciente desarrollo para la investigación de las
formaciones rocosas mediante técnicas de testificación geofísica de
sondeos, aunque aplicado con anteriori dad en su variante de
superficie.
Básicamente consiste en enviar a la formación un pulso
co rt o de corriente de alta frecuencia mediante la antena de
transmisión . La energía enviada se refleja en la formación y es
detectada por la antena de recepción , amplificada y registrada en
función del tiempo. La frecuencia de la señal EM se encuentra en
el rango entre 10 - 80 MHz.
Los factores que condicionan la reflexión de la señal
electromagnética son la permeabili dad magnética , la conductividad
eléctrica y la constante dieléct rica . En consecuencia los resultados
que se puede obtener con el Georadar dependen de los contrastes
de los parámetros anteriores entre la formación y las supuestas
zonas anómalas.
En la mayoría de ambitos geológicos es el agua el
elemento que representa el mayor contraste en el parámetro de
mayor iinfluencia ( constante dieléctrica ). Por ello el método pone
de relieve de forma acusada la existencia de todos los elementos con
presencia significativa de agua ( fracturas , cavidades, etc).
De modo simplificado se puede decir que la detección
de fracturas es el objetivo básico del método del georadar en el
estudio de medios rocosos compactos.
73
La profundidad de investigación en casos extremos
puede ser superior a 100 m, si bien debe considerarse de algunas
decenas de metros como valor más significativo . En general
depende de la velocidad de la onda electromagnética en el medio y
de la atenuación de la energía enviada. La absorción de esa energía
es una función de la resistividad eléctrica del medio ( Oyo, 1984),
de modo que es tanto menor cuanto mayor sea la resistividad. Dicho
en otros términos la profundidad investigada es tanto mayor cuanto
más resistivo sea el medio rocoso.
Una característica importante del método en su estado
actual es que su respuesta está condicionada por el volumen rocoso
del entorno del sondeo, debido al hecho de que la señal parte
radiamente de la antena transmisora. Por consiguiente las medidas
en un solo sondeo no permiten determinan la dirección y continuidad de las fracturas.
Para la resolución de estos aspectos es precisa la
ejecución de registros en un mínimo de tres sondeos próximos y la
posterior correlación de los mismos.
La
nueva
generación
de
herramientas,
a
nivel
experimental en el momento actual , pretende obtener información
de tipo direccional lo que resolvería el problema comentado.
Con el mismo tipo de sonda se pueden lleva a cabo
diversas modalidades de operación :
- Down- hole : La antena de transmisión y de la recepción se
mueven simultáneamente en el mismo sondeo.
- Cross-hole : La antena de transmisión y de recepción
operan simultáneamente, o no, en diferentes
sondeos.
74
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Borehole
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DRIFT
Fig. 15.- Ejemplos de registros del Georadar en sondeos.
75
- Método de trazadores : Se repite las medidas en el sondeo
después
de
inyectar
trazadores
salinos que acentúan el efecto de las
zonas permeables.
Desde el punto de vista logístico el método no presenta
exigencias específicas ya que las sondas son de pequeñas dimensiones y el equipo de registro es prácticamente portátil.
76
INTERPRETACION DE LOS DATOS.
7. INTERPRETACION DE LOS DATOS .
Los resultados de los registros de la testificación se
presentan como registros continuos ( analógico ) o como series de
datos puntuales
correspondientes a profundidades concretas
(digital). La interpretación pretende " descodificar" los registros
para deducir la información detallada sobre la naturaleza litológica
y los parámetros físicos de las formaciones rocosas. En ambos casos
puede tratarse de una interpretación cuantitativa o de tipo
cualitativo con estimación de litología, porosidad , permeabilidad,
etc, de la formación.
Para la solución de los objetivos de tipo geotécnico o
hidrogeológico , en general es imprescindible utilizar una serie de
registros dentro del pozo y efectuar su correlación con toda la
información disponible. La testificación está limitada en su valor al
lugar inmediato de la investigación es decir que tiene una va li dez
en un entorno reducido del sondeo. Usualmente y de modo general
se asume que los registros son representativos de un volumen
rocoso igual a treinta veces el volumen del sondeo.
Las
características
técnicas
individuales
frente a determinadas
aportan
respuestas
propiedades
del medio
rocoso, ( contenido de arci llas , porosidad y contenido de agua,
liotología , etc). Debido al hecho de que cada método está condicionado en su repuesta por determinadas características físicas de la
77
formación , que se reflejan en el registro, es posible acercarse en
pasos succesivos a la solución del problema específico a través de
los registros geofísicos.
A continuación pretendemos dar una idea general de
los procedimientos para la evaluación de los datos obtenidos
mediante de la testificación geofísica.
Se puede dividir la interpretación en dos pasos principales :
- La determinación de los parámetros petrofísicos individual
mente para cada capa geológica, basados en el reconocimiento de cambios litológicos que se definan con ayuda de
los diferentes parámetros registrados. Según los métodos
aplicados es necesario en general , aplicar una serie de
correcciones , tales como la compensación de las irregularidades del diametro del pozo, correcciones para las capas de
pequeño espesor , por contenido de arci llas, etc.
- En la segunda etapa se realiza la comparación de diferentes
registros para contrastar las carácte risticas de la roca,
interpretadas en base a los registros individuales.
En la mayoría de los casos, suponiendo la existencia
de una estratigrafía variada, la determinación detallada de la
naturaleza litológica de las formaciones es un paso necesario para
la determinación de los parámetros petrofísicos.
Las ecuaciones que se aplican para estas determinaciones cuantitativas contienen variables empíricas ( por ejemplo
factor de cementación , factor de saturación e. t. c. ) . Los valores
78
empíricos se refieren a clases determinadas de tipos de rocas, los
cuales consecuentemente se deben determinar anteriormente.
En el segundo paso, la evaluación cua litativa, se
define a veces como método-lito-porosidad (Burke, Schmidt,
Campbell , 1969 , Schlumberger 1972, Schón 1983). Este tipo de
evalución combina los distintos parámetros de interés en la forma
de un sistema de ecuaciones . Por un lado el acercamiento matemático exige la vali dez de cada ecuación individualmente y en segundo
lugar exige la determinación con el conocimiento fiable de algunos
parámetros característicos de la matriz rocosa . Es imprescindible
en todo caso la combinación de métodos de testificación según las
condiciones geológicas de cada caso.
Utilizando los métodos matemáticos hay que tener en
cuenta que los parametros empíricos que son las constantes de las
ecuaciones se refieren siempre a una escala de valores dentro de
una clase litológica . Los valores resultante de la aplicación de las
fórmulas matemáticas tienen su va lidez con igual probabi li dad en
todo el rango de la escala de cada unidad litológica . En reali dad,
sin embargo , los valores experimentales en el campo están distribuidos según una función , que depende de factores, como el
exacto contenido de determinados minerales en la roca,in fluencia
de las capas próximas , temperatura , etc. Estas pequeñas variaciones tienen mucha importancia en formaciones no consoli dadas y
sobre todo en capas de poca permeabilidad.
Existen diversos programas de ordenador basadas en
la distribuición de las funciones y su probabilidad según la
(Teorema de Bayes, Litholog ) ( F ricke y
existente
litología
Weck , 1982).
Si la amplitud de un programa de campo lo permite, la
correlación de sus datos con los métodos de la superficie y otros
79
disciplinas científicas es el tercer y definitivo paso para obtener
conclusiones sobre la extensión lateral de las formaciones y la
continuidad en la distribución de sus parámetros representativos.
Podría decirse que la testificación geofísica complementa los métodos de superficie y ayuda a entender de mejor
manera las características de la zona de investigación en tres
dimensiones , hecho que se consigue en ciertos casos mediante la
elaboración de cross plots (correlación cruzada de parámetros
físicos) .
La última generación de herramientas integra en el
equipo de registro en la superficie los medios para ejecución de la
interpretación automática de los registros . En cualquier caso se
debe considerar está posibilidad como una interpretación preliminar, que no sustituye a la interpretación convencional más
completa de los datos originales.
Esta práctica que es habitual en la prospección de
hidrocarburos no lo es tanto en la testificación hidrogeológica o
geotécnica.
La grabación de los datos en forma digital es habitual
en la testificación hasta el punto de que las sociedades profesionales y las compañías de servicio han llegado a establecer normativas
que permiten la compatibilidad de los registros con la mayoría de
los ordenadores personales.
Existe una amplia gama de software para los procesamientos de datos que corren en los PCs incluyendo la generación
más moderna de los ordenadores portátiles que son aptos para su
uso en el campo . El software que hoy puede considerarse como
standard incluye:
80
- reducción de datos.
- facilidades para plotting.
- análisis de la litología.
- corrección del efecto de la geometría del sondeo.
- filtros matemáticos.
- análisis de la onda acústica completa.
- análisis cuantitativo de la composición mineralógica.
- otros.
(Stowell,1988)
81
CRITERIOS
PARA
ESTABLECIMIENTO
PROGRAMAS DE TESTIFICACION.
DE
8. CRITERIOS PARA ESTABLECIMIENTO DE PROGRAMAS DE
TESTIFICACION . -
El estudio de las medios rocosos de baja permeabilidad es un campo muy reciente en la aplicación de técnicas
geofísicas y concretamente respecto a la testificación de
sondeos. La aplicación tradicional de estos métodos se orientaba
justo en sentido contrario : capas porosas y permeables tales
como acuíferos y yacimientos de gas y petroleo.
La mayoría de las experiencias para la investigación
de los medios de baja permeabilidad , documentados con informes, se han rea lizado en Canadá ,
EEUU y en el norte de
Europa , la R.F.A., Francia y Holanda . Los criterios para el
establecimiento de un programa estandard pueden obtenerse de
la
recopilación de los informes y estudios de casos prácticos
realizados en el extranjero.
La cantidad de información y el beneficio final que
se puede esperar de un programa de testificación depende
mucho de las herramientas utilizadas , las condiciones de la
perforación , los parámetros geológicos de las formaciones a
estudiar la experiencia en la interpretación de los datos y el
conocimientos de las técnologías recientes.
82
La efectividad de un determinado programa de
testificación puede valorarse teniendo en cuenta los siguientes
elementos (Crowder, 1988):
- Los objetivos del programa y la información deseada.
- Las opciones de técnicas para medios consoli dados o detríticos, considerando la posibili dad de toma de testigos y el
empleo de técnicas complementarias.
- las condiciones en la selección del emplazamiento del sondeo
y las posibles condiciones del mismo: estabilidad movimientos de fluido dentro del pozo, accesos condiciones temporales, etc.
Las características geológicas de cada zona pueden
variar notablemente . En ciertos casos son muy complejas y ello
obli ga a la obtención de una mayor información para ll egar a
conclusiones que sopo rten objetivamente acciones posteriores. Los
gastos aumentan rápidamente en el conjunto de un proyecto, si las
decisiones iniciales están mal tomadas. Por razón de las configuraciones técnicas de los métodos e instrumentos no existe una
ilimitada compatibilidad entre ellos. Cada proyecto tiene carácteristicas muy determinadas y necesita una correcta selección de los
medios que conviene utilizar.
Un estudio del "Environmental Protection Agency"
(EPA) que es responsable para este tipo de proyectos en los
EE. UU. , ha evaluado , que en términos generales al menos el 30% de
los pozos de investigación están mal emplazados y que un 10% se ha
construido sin tener en cuenta correctamente las condiciones
hidrogeológicas de cada zona ( Crowder, 1988).
83
El tiempo
de interpretación
de los registros
se
subestima normalmente en la planificación de los trabajos de
testificación de sondeos . Se puede decir como regla aproximada,
que una hora de adquisición de datos con métodos de testificación
geofísica necesita una hora de interpretación.
Un programa completo de testificación conlleva una
serie de beneficios adicionales que a priori no forman parte de los
objetivos iniciales :
- La testificación geofísica implica la recolección de datos
continuos en contraste con el examen puntual de muestras
en laboratorio.
- Los datos están en general grabados sobre soportes de
información que en cualquier momento pueden ser reprocesados y reinterpretados.
- La testificación puede aportar una imagen tri dimensional, de
de la distri bución de parámetros físicos del medio rocoso, en
combinación con métodos de superficie si se dispone de un
mínimo de perforaciones.
- Existe la posibili dad de estandartizar los registros dentro
de diversas etapas de la investigación lo que permite la
intervención de varios empresas consultoras simultáneamente o sucesivamente.
Como se ha dicho en párrafos anteriores , las técnicas
de testificación de sondeos tienen su origen en la industria
petrolífera . Una de las consecuencias de este hecho son las
limitaciones respecto al diámetro de la perforación tal como se opera
84
en aplicaciones a estudios ambientales y la poca profundidad en
que se suele investigar, comparado con los sondeos para investigación hidrocarburos. Además los pozos de estudios medioambientales o hidrogeológicos muchas veces no son lo suficientemente
estables como para arriesgar la bajada de sondas , que tienen un
alto valor económico . En algunos casos, las condiciones de la
perforación sólamente permite hacer una pasada con las sondas
geofísicas . En este caso se debe considerar cuidadosamente la
combinación de los registros a realizar , especialmente cuando se
requiere el empleo de sondas que operan con fuentes radioactivas.
En este apartado cabe hacer referencia a un aspecto
crítico, cual es la disponibilidad de las herramientas . Algunas de
las comentadas son muy sofisticadas y solo las poseen algunas
compañías extranjeras. Las posibilidades de su empleo para
registros en sondeos aislados son muy escasas , no tanto por el alto
coste de la operación sino por la dificultad de disponer del equipo
necesario en el momento preciso.
La estructura de costes de cualquier programa de
testificación viene
determinada
por los componentes
que se
relacionan a continuación :
- Puesta en obra y retirada del equipo.
- Tiempo de espera en el sondeo (stand-by) .
- Coste por bajada de sondas.
- Coste por registro.
- Procesado e interpretación.
Cada compañía de testificación tiene a su vez catálogos
85
detallados con precios unitarios para cada uno de los conceptos
anteriores, teniendo en cuenta diversos factores adicionales tales
como conjunto de registros a realizar, condiciones del sondeo, tipo
de procesados e interpretación requeridos, etc.
En todo caso cabe considerar los siguientes tipos de
compañías en los que a servicios y costes se refiere.
a)
Compañías típicamente petroleras (tales como Schlumberger),
caracterizadas por la utilización de medios muy sofisticados, de
alto coste, con exigencias importantes en cuanto a diámetro y
condicines del sondeo. Sus precios para algunas de las aplicaciones hidrogeológicas son muy elevados .
Pese a su alta
tecnología ocurre que en ciertos casos estas herramientas no son
las más adecuadas para la resolución de objetivos en los ámbitos
geológicos de baja permeabilidad.
b)
Compañías que operan en el ámbito minero e hidrogeológico con
tecnología convencional. En nuestra opinión son las más
convenientes, en términos coste/información, para las aplicaciones a que nos referimos en este trabajo. Para optimizar la
información que estas compañías pueden aportar es preciso
actuar con criterios generosos en el establecimiento de los
programas de testificación.
c)
Compañías especialistas en alguna de las técnicas de nuevo
desarrollo tales como el Georadar o el Sónico de onda completa.
El mayor problema que existe respecto a ellas es la disponibilidad. Sin embargo su capacidad resolutiva es muy alta y su coste
aceptable.
86
El establecimiento de un programa de trabajo está
condicionado por la disponibilidad de herramientas siendo éste el
factor más crítico ya que las medidas han de realizarse siempre en
un intervalo de tiempo muy concreto, al finalizar la perforación.
8.1. Medios sedimentarios no consolidados . -
Aunque la selección de los métodos depende de las
condiciones geológicas particulares de cada zona y de los objetivos
específicos del proyecto, cabe considerar como objetivos genéricos
y métodos a aplicar, los que se indican a continuación.
Los objetivos a resolver pueden ser de los tipos que
se indican a continuación, junto con los registros standard que
permiten su resolución.
- Diferenciación litológica.
. Radiación gamma natural.
. Potencial espontáneo.
. Resistencia monoelectródica y/o resistividad.
- Estado del pozo y contactos geológicos.
. Caliper.
- Determinación de Porosidad.
Sónico.
. Gamma-gamma.
. Neutron-neutron.
87
- Movimiento de fluidos en el pozo.
. Temperatura.
. Flowmeter.
. Conductividad del lodo.
El empleo de técnicas especiales prácticamente se
reducirá en este caso al método sísmico con registro de la onda
completa.
Realizado convenientemente
puede en gran medida
resolver la mayoría de los objetivos enunciados.
8.2. Medios consolidados .-
El objetivo en estos casos se encuentra tanto en la
diferenciación litológica como en la determinación o identificación
de zonas de porosidad secundaria , concretamente zonas de
fractura.
Entre los métodos aplicables se pueden citar:
- Para la diferenciación litológica.
Gamma natural.
Susceptibilidad magnética.
Resistividad.
- Para la identificación de las zonas porosas y cuantificación
de la porosidad.
Gamma-Gamma.
Neutron - neutron.
Sónico.
88
- Para la identificación de zonas fracturadas.
Sónico.
Caliper de alta resolución.
Gamma-gamma.
Resistividad.
- Para apoyo a la interpretación del funcionamiento hidrogeológico del sondeo.
Microflowmeter.
Temperatura.
Conductividad del lodo.
Aparte de estas técnicas que podrían considerarse
como convencionales, cabe la posibilidad de empleo de métodos
especiales tales como el televiewer acústico , el microescaner o el
sónico de onda completa.
En todo caso insistimos en la idea que la resolución de
unos u otros aspectos no puede realizarse de forma individual por
aplicación aislada de cualquiera de las técnicas señaladas como
específicas .
Siempre es necesaria la integración de diversos
registros complementarios.
Los
métodos
de
nuevo
desarrollo
son
bastante
superiores a los convencionales en ciertos aspectos pero no son
capaces de resolver el problema de forma aislada. Dado el hecho de
que la fracturación está controlada por la naturaleza litológica de
las rocas , los métodos convencionales que determinan la litología,
juegan un papel importante entre las herramientas de testificación
en medios compactos.
Únicamente el aná lisis completo de la onda acústica se
89
considera directamente relacionado con la permeabili dad de las
formaciones.
Las técnicas como el flowmeter y el gradiente de
temperatura que se mide con instrumentos de alta precisión
aportan información complementaria muy valiosa al respecto. Están
considerados como muy útiles en combinación con ensayos de
bombeo en el pozo , que estimulan el movimiento de los líquidos en
las formaciones de muy baja permeabilidad global.
Queremos llamar la atención sobre un aspecto importante al establecer un programa de testificación o al requerir su
ejecución a una compañías de servicios.
La utilización de fuentes radiactivas para los registros
gamma-gamma y neutron-neutron conlleva un riesgo de daños a las
personas o de contaminación del medio rocoso y de sus fluidos. Por
ello existen regulaciones muy estrictas al respecto ; la vigilancia de
cuyo cumplimiento compete al Consejo de Seguridad Nuclear .
Es preceptivo que las compañías operadoras dispongan
de Licencia vigente de Instalación Radiactiva de 2á categoría así
como de Licencia de Operador y de Supervisor actualizadas
(anualmente ). Del incumplimiento de estas normas pueden resultar
graves responsabili dades tanto para la empresa operadora como
para el organismo que encargó el servicio , en el caso de que se
produzca algún accidente.
Como síntesis de este capítulo incluimos los dos
cuadros de las páginas siguientes . En ellos se trata de dar una
visión global respecto a las posibilidades de empleo de las herramientas susceptibles de aplicación para el estudio de los medios de
baja permeabilidad.
90
Hemos de insistir en el hecho de que un mismo registro
puede ser de utilidad para la resolución de diversos problemas y
que la efectividad de cada registro depende también del conjunto
de registros complementarios que puedan emplearse para apoyar su
interpretación.
Por ello han de tomarse tales cuadros como una simple
guía orientativa, teniendo en cuenta que el establecimiento de cada
programa de testificación exige tener en cuenta multitud de
factores en cada caso.
91
CUADRO Ns 1
RESUMEN DE REGISTROS APLICABLES AL ESTUDIO DE MEDIOS
SEDIMENTARIOS NO CONSOLIDADOS
REGISTROS
•
o
GN
LITOLOGIA
X
SP
X
POROSIDAD
°
•
R
X
•
P
X
o
N-N
X
X
CONDICIONES
DEL
POZO
o
Y-7
o
T
•
o
C
X
Soc
X
•
Msc
o
M FM
•
CAL
X
GN
Gamma natural
SP
Autopotencial
R
Resistencia monoelectródica
p
Resistividad
N-N
Neutrón -neutrón
7-7
Gamma-gamma
X
X
X
X
X
X
1-
T
Temperatura
C
Conductividad del lodo
Soc
Sónico onda completa .
Msc
Microescaner
Mn.
Microflowmeter
CAL
Caliper
W
-�
O
FACTORES DE
INTERES
HIDROGEOLOGICO
OTROS
X
X
X
X
X
X
X
• - En pozos sin entubar
O - En pozos con o sin tubería
A - En pozos llenos de lodo
CUADRO NQ 2
RESUMEN DE REGISTROS APLICABLES AL ESTUDIO DE MEDIOS
CONSOLIDADOS (METAMORFICOS Y CRISTALINOS)
REGISTROS
GN
LITOLOGIA
X
R
X
P
o
o
•
•
o
N-N
7 -7
S
Soc
CAL
ATv
•
•
•
•
a
X
SM
M FM
O
o
o
T
C
X
GN
R
Resistencia monoelectródica
p
Resistividad
N-N
Neutrón -neutrón
7-7
Gamma-gamma
S
POROSIDAD
X
X
X
Gamma natural
Sónico
X
Soc
Sónico de onda completa
ATv
Acoustic televiewer
CAL
Caliper
_
O
W
11
m
O
FRACTURACION
X
CONDICIONES
DEL
POZO
X
X
X
X
X
X
X
X
FACTORES
X
X
X
X
X
SM
Susceptibilidad
MFm
Microflowmeter
T
Temperatura
C
Conductividad
magnética
X
HIDROGEOLOGICO
• - En pozos sin entubar
O - En pozos con o sin tubería
OTROS
X
X
- En pozos llenos de lodo
DISPONIBILIDAD Y COSTES.
En el momento actual no existen en España compañías
de testificación de tipo petrolero . Ello contribuye a encarecer aún
más sus servicios puesto que la movilización habría de realizarse,
en su caso, desde el extranjero. Estas compañías exigen además la
asunción por parte del cliente de todos los riesgos y costes
relativos a posibles pérdidas o deterioro de las herramientas
durante la testificación.
97
10. TECNICAS GEOFISICAS DE SUPERFICIE .-
La permeabilidad es una de las características básicas
de las formaciones rocosas. Definida en función del grado de
interconexión de los espacios porales , es el parámetro que
condiciona la capacidad de circulación de los fluidos a través del
subsuelo.
Su determinación se realiza de modo experimental
mediante ensayos específicos que implican el desplazamiento de
fluidos.
Desde el punto de vista de los métodos geofísicos de
superficie, no existe ningún parámetro característico directamente
relacionado con la permeabilidad , es decir con el grado de conexión
entre los poros de las formaciones rocosas del subsuelo.
Sin embargo , la permeabilidad es generalmente tanto
más alta cuanto mayor sea la porosidad , asumiendo que exista la
necesaria conexión entre los poros.
A diferencia de la permeabilidad, la porosidad es un
parámetro que influencia directamente los valores de otros
parámetros físicos tales como la resistividad eléctrica , Por ello sí
98
resulta factible estudiar variaciones de porosidad en el subsuelo a
partir de las medidas de resistividad realizadas en superficie, al
menos conceptualmente.
Es conveniente tener en cuenta que la efectividad de
cualquier técnica geofísica de superficie depende directamente
del contraste en los valores del parámetro que se trate de medir y
también del rango de profundidades involucrado en las medidas.
En consecuencia no se puede establecer a priori una previsión
respecto al grado de precisión de las determinaciones geofísicas
para un problema concreto y menos cuando se traten de medir
variaciones de pequeño orden de magnitud a través de técnicas
indirectas . Este sería el caso de las medidas relativas a la permeabilidad.
Aunque a nivel teórico cabría considerar que varias
técnicas geofísicas de superficie pueden ser capaces de detectar
variaciones en la distribución de porosidad del subsuelo, en la
práctica son las técnicas de prospección mediante resistividades las
que ofrecen las mejores posibilidades objetivas al respecto.
En cualquier caso no es un problema sencillo porque
las medidas de resistividad están afectadas por un considerable
número de variables o parámetros físicos además de la porosidad.
Un análisis detallado de la influencia de cada uno de
ellos puede verse en McNeill 1.980.
Con la denominación genérica de «prospección por
resistividades» se agrupa a un considerable número de métodos
geofísicos con características especificas en cuanto a su capacidad
resolución lateral y vertical, condiciones de
aplicación, etc. Este es un aspecto importante en el planteamiento
de penetración,
99
general de este trabajo: La variedad de posibles técnicas a utilizar
para la resolución de objetivos similares.
Al objeto de establecer una cierta sistemática en la
descripción de los métodos aplicables al estudio de los medios
rocosos de baja permeabilidad, cabe diferenciar dos ámbitos de
actualización : Medios sedimentarios con predominio de materiales
arcillosos en su composición y medios metamórficos o cristalinos.
Las características y problemática de uno y otro son
muy diferentes. Así en los medios sedimentarios ( cuencas Terciarias) la permeabilidad va ligada directamente a la presencia de
niveles detríticos; arenas , gravas o conglomerados ; siendo muy
importante al respecto la forma en que tales materiales de distribuyen en el conjunto de la sección.
En las formaciones
metamórficas o cristalinas la
porosidad intergranular es prácticamente nula y por tanto también
lo es la permeabilidad de tipo primario . Sin embargo la presencia
de fracturas, que en muchas ocasiones afectan a este tipo de
materiales, hace que la permeabilidad global pueda ser importante,
sobre todo cuando tales fracturas son abiertas y están conectadas
entre sí.
De acuerdo con este esquema, los objetivos a resolver
en uno y otro caso son sensiblemente diferentes entre sí. En
medios sedimentarios las variaciones de permeabilidad van ligadas
a cambios en la naturaleza litológica de las formaciones mientras
que en medios metamórficos y cristalinos la permeabilidad depende
de la existencia de zonas afectadas por fracturación, con independencia de la escala a que se considere el fenómeno.
100
Este esquema es el que podemos considerar como
general aunque sin excluir algunas variantes como puede ser la
existencia de capas con porosidad intergranular englobadas en
series metamórficas.
En todo caso cabe indicar que no existe una metodología geofísica específica para estudios de las formacines rocosas de
baja permeabilidad. Las referencias bibliográficas son muy escasas
o inexistentes y por ello la mayor parte de las ideas contenidas en
este trabajo son consideraciones de tipo teórico aunque basadas en
experiencias de aplicaciones geofísicas especiales en el ámbito de
la hidrogeología.
101
MEDIOS SEDIMENTARIOS NO CONSOLIDADOS.
11. MEDIOS SEDIMENTARIOS NO CONSOLIDADO .-
De forma específica nos referimos en este apartado al
caso de cuencas Terciarias con predominio de materiales arcillosos
en su constitución. Estas formaciones son básicamente impermeables aunque suelen incluir niveles detríticos caracterizados por
presentar en muchos casos valores elevados de porosidad y
permeabilidad.
Comoquiera que en la mayoría de los casos el espesor
individual de estos niveles es de orden métrico , resulta prácticamente imposible su detección
directa por medio de medidas
realizadas en la superficie. Este hecho es tanto más firme cuanto
mayor sea el rango de profundidad que interese a los objetivos del
estudio.
Por la naturaleza integrante de las medidas de
resistividad realizadas con técnicas de superficie , la presencia de
niveles detríticos dentro de una matriz arcill osa se manifiesta
únicamente como conjunto cuando tales niveles se agrupan en
tramos de espesor significativo respecto a la profundidad a que se
localizan.
el planteamiento de un reconocimiento
geofísico que pretenda obtener información relativa a las variacioAsí pues
foz
nes de permeabilidad en un medio geológico del tipo al que nos
venimos refiriendo no se debe orientar a la resolución de aspectos
puntuales sino a la determinación de cambios significativos en
ámbitos de tipo regional.
En este esquema se está asumiendo implícitamente la
dependencia dominante de la resistividad respecto a la naturaleza
litológica de las capas del subsuelo . Se considera que las formaciones arcillosas tengan un comportamiento acusadamente conductor
y que los niveles detríticos sean tanto más resistivos cuando mayor
sea su grado de limpieza . Tal hipótesis no deja de ser una símplíficación cuya validez dependerá de cada caso en particular.
Conviene , en consecuencia tener en cuenta al conjunto de factores
que condicionan la resistividad del subsuelo ( McNeill. 1.980).
La mayoría de los constituyentes minerales de suelos
y rocas son eléctricamente muy resistivos , excepto en algunos
casos en que su carácter conductor es dominante
( sulfuros
metálicos , grafito, magnetita , etc). En nuestras consideraciones
de tipo general asumimos que no estaría presente este tipo de
componentes.
En general la conduccción eléctrica en los materiales
del subsuelo es electrolítica y se produce a través de los fluidos
que rellenan los espacios porales. Por tanto viene determinada por
los siguientes factores :
- Naturaleza de la matriz rocosa.
- Porosidad. Tamafío y forma de los poros así como tipo de
interconexiones existentes entre ellos.
- Grado de saturación de los espacios porales por fluidos
(agua principalmente) que posibiliten la conducción de la
103
corriente eléctrica.
- Concentración de electrólitos disueltos en los fluidos que
rellenan los poros.
- Temperatura y estado de la fase fluida.
El trabajo de referencia realiza una descripción
pormenorizada de la forma en que manifiesta su influencia cada uno
de los factores anteriores . A efectos prácticos , en lo que afecta a
nuestros objetivos , podemos simplificar las conclusiones derivadas
del trabajo citado.
Para la mayoría de las aplicaciones convencionales se
puede asumir que la zona de estudio se localiza a suficiente
profundidad como para que exista saturación de los espacios
porales.
También se considera que exista conexión suficiente
entre los poros para que la conducción de la corriente se realice
sin limitaciones.
De mayor trascendencia en la hipótesis relativa a la
salinidad de las disoluciones en el subsuelo , por la acusada
dependencia existente entre salinidad y resistividad ( o conductividad). Esta dependencia la cuantifica McNeill (1990 ) en 1 mmho/m
por cada incremento de 25 ppm de sólidos disueltos.
En consecuencia en la valoración de las medidas de
resistividad aparente desde el punto de vista de nuestros objetivos, es preciso tener muy en cuenta cualquier información relativa
a las posibles variaciones de salinidad en los niveles permeables de
la sección.
104
En los estudios geofísicos relativos a la detección de
posibles variaciones de permeabilidad en medios sedimentarios no
consolidados, ha de tenerse en cuenta que el objetivo no es tanto
la detección de capas individualizadas sino la determinación de
cambios significativos en la distribución de resistividades de la
sección geológica ; bien sea según la vertical de cada punto de
medida o más comúnmente en su distribución horizontal.
Se pretende que tales variaciones sean interpretables
en términos litológicos, significativos de posibles cambios de
porosidad y/o permeabilidad.
11.1. Metodología geofísica aplicable . -
El problema planteado puede enunciarse de forma
simplificada en los siguientes términos : Se trata de identificar
cambios de resistividad en el subsuelo en rangos de profundidad
variables entre algunas decenas y varios centenares de metros.
Estos cambios de resistividad serán en general de reducido orden
de magnitud y se determinarán al comparar medidas puntuales
efectuadas en diferentes localizaciones.
Los resultados serán
interpretables en términos fundamentalmente litológicos , bajo la
óptica de las hipótesis simplificadoras establecidas en los epígrafes
anteriores.
La resolución de estos objetivos puede abordarse en
principio mediante cualquiera de las variantes de Sondeo Eléctrico
puesto que todas ellas son capaces de determinar la distribución de
resistividad del subsuelo en la vertical del punto de medida.
Sin embargo cada una de ellas presenta particula ri dades relativas a su capacidad resolutiva, profundidad de investigación, focalización , condícionantes logísticos, etc. En función de
105
estas características y las del modelo geológico a estudiar habrá de
seleccionarse la modalidad de operación más conveniente.
A continuación hacemos una breve resefla de las
características más relevantes, respecto a nuestros objetivos, de
cada una de las variantes de Sondeos Eléctricos susceptibles de
empleo.
11.1.1 . Sondeo Eléctrico Vertical (SEV) . -
Constituye el método clásico de estudio de la distribución de resistividad del subsuelo en la vertical del punto de
medida.
Sus condiciones teóricas de aplicación exigen la
existencia de contrastes de resistividad entre capas horizontales
cuya extensión lateral sea infinita respecto a la apertura del
dispositivo de medida.
Por tratarse de un método de uso extendido durante
décadas y popular para la mayoría de los técnicos del ámbito
hidrogeológico , omitimos entrar en la descripción de su operativa.
Tales condiciones no se cumplen en presencia de
cambios laterales de facies y ello constituye un handicap en la
posible aplicación del método en nuestro caso.
De modo genérico puede decirse que las medidas
obtenidas mediante SEV engloban el efecto de un considerable
volumen rocoso, pese a que se asignen puntualmente a la vertical
del centro del dispositivo de medida. El volumen rocoso que afecta
106
a las determinaciones es tanto mayor cuanto mayor sea la separación entre electrodos de emisión, llegando ésta a alcanzar algunos
kilómetros cuando la investigación requiere algunos centenares de
metros de profundidad.
Este carácter poco focalizado de las medidas de los
SEV constituye una limitación sustancial en su posible utilidad
respecto a nuestros objetivos.
Unicamente sobre modelos geológicos sencillos, sin
cambios laterales de resistividad, homogéneos en las condiciones
superficiales y cuando la profundidad a investigar sea como máximo
de algunas decenas de metros ; puede considerarse el empleo del
método de los SEV para los objetivos de nuestro caso.
Otro aspecto digno de comentario es el hecho de que
las lecturas de diferencia de potencial en medios conductores, tales
como cuencas Terciarias, son muy débiles cuando la distancia entre
electrodos de emisión supera algunos centenares de metros. Por
ello la relación señal /ruido es pobre aún cuando se utilicen
registradores o se sumen varios pulsos de diferente polaridad.
Adicionalmente, para estudios relativos a algunos
centenares de metros de profundidad, el método de SEV presenta
otra característica de tipo logístico que constituye una limitación
importante a sus posibilidades de empleo . Se trata de la necesidad
de abrir el dispositivo de medida a distancias comparativamente
muy grandes . El tendido de cables en línea recta posicionando
electrodos en localizaciones concretas resulta problemático o
imposible en muchos casos por el cruce de caminos, lineas férreas,
paso de fincas, etc.
107
En medios geológicos relativamente conductores; como
es el caso que consideramos; la apertura necesaria entre los
electrodos de emisión del dispositivo de medida es comparativamente superior a la necesaria para estudiar una profundidad semejante
cuando el objetivo tiene un carácter resistivo. Con ello el problema
del tendido de cables del dispositivo de medida se agrava de forma
sustancial.
Podemos
concluir
sintetizando
los
comentarios
anteriores en los puntos siguientes :
a)
El método de SEV es adecuado para estudios a profundidades
someras (máximo 100 metros), siempre que el modelo geológico
no conlleve cambios laterales de resistividad.
b)
Sus determinaciones son muy poco focalizadas y por ello
puede falsear su representatividad cuando se asignan a la
vertical de un punto.
c)
Desde el punto de vista logístico, su aplicación puede ser muy
problemática si se requiere investigar a algunos centenares
de metros de profundidad.
11.1.2. Sondeos Magnetotelúricos . -
El método de los sondeos MT es una técnica electromagnética destinada a la investigación de estructuras profundas,
utilizando las medidas de las componentes ortogonales del campo EM
108
natural, incidente horizontalmente en la superficie terrestre.
Egbert et al. 1.986.
Las componentes eléctrica (E) y magnética (H) del
campo EM natural se caracterizan por englobar un amplio espectro
de frecuencias en el rango de 1 a 0'0001 Hz y se relacionan entre
sí mediante las leyes fundamentales del electromagnetismo (Ampere, Faraday y Maxwell). Vozoff. K. 1.972.
La relación fundamental a efectos prospectivos es la
fórmula de Cagniard : p, (T) = 012 T ¡E/HP, que permite la determinación de un valor de resistividad aparente para cada frecuencia.
Si los campos E y H se miden a varias frecuencias la
expresión anterior permite obtener una curva p,= f (T) que no es
otra cosa que un Sondeo Eléctrico ya que la profundidad involucrada en las medidas es inversamente proporcional a la frecuencia.
Este método requiere la existencia de contrastes
significativos de resistividad y es capaz de ofrecer resultados muy
precisos en presencia de estructuras 2D y 3D, es decir cuando la
distribución de resistividad varía según tres direcciones ortogonales y no solo cuando lo hace según la vertical del punto de medida.
Su aplicación clásica es el estudio de la posición y
morfología de basamentos rocosos a profundidades de algunos
kilómetros.
Las posibilidades de su empleo en el estudio de la
problemática contemplada en nuestro caso son mínimas , incluso
operando en la modalidad AUDIO-MT. En este caso el rango de
109
frecuencias en que se efectúan las lecturas varia entre 1 y 900 Hz
aproximadamente . Teóricamente esta opción posibilita el estudio
con cierto detalle desde superficie hasta algunos centenares de
metros de profundidad, aunque en todo caso sus determinaciones
no tienen carácter focalizado.
Sin embargo el espectro EM natural es relativamente
pobre en esta banda de frecuencias y por ello sus lecturas resultan
problemáticas.
Desde el punto de vista logístico es un método de fácil
implantación , lo que permite su aplicación en zonas de difícil acceso
o cuando el espacio disponible es muy reducido . La medida del
campo magnético se realiza , en el caso más simple , mediante una
bobina enterrada en posición vertical.
Por su parte el campo eléctrico se mide mediante dos
pares de electrodos situados según direcciones ortogonales sobre
el terreno y con una distancia del orden de 20 a 25 metros entre
electrodos.
El hecho de que la seftal no sea de tipo controlado
constituye un factor limitativo que exige la obtención de datos a lo
largo de series temporales relativamente largas. Ello encarece la
toma de datos de forma inevitable.
De modo general cabe catalogar como inadecuado al
método de los sondeo Magnenotelúricos para la resolución de los
objetivos que se plantean en el caso que venimos considerando.
110
11.1.2.1. Sondeos MT de fuente controlada . - ( CSAMT).
Constituyen una modificación de los sondeos Magnetotelúricos para las medidas de las variaciones de resistividad del
subsuelo combinando una gran capacidad de penetración y una
elevada resolución lateral.
Este método fue desarrollado en 1.975 por M. Goldstein (Goldstein and Strangway 1.975) y puesto en el mercado en
forma comercial en 1.978 por Zonge Engineering and Research
(Zonge et al, 1.980 y Zonge and Hughes, 1.990.).
El método CSAMT mide los componentes de un campo
EM establecido en la superficie del terreno mediante un bipolo de
gran longitud ( 1-2 Km ) conectado al mismo a través de electrodos
especiales . Por este dipolo se hace circular
una corriente de 50
Amp. en forma de onda cuadrada y frecuencia variable que se
controla mediante un equipo transmisor . La frecuencia de la sefial
es el factor condicionante de la profundidad investigada: A mayor
frecuencia corresponde menor penetración.
Las medidas propiamente dichas se llevan a cabo en
zonas alejadas entre 5 y 10 Km del bipolo transmisor, donde el
campo primario se aproxima o puede asimilarse a una onda plana.
El esquema general de operación con el método CSMAT
es el que se indica en la Figura 16. El mismo esquema es válido para
los sondeos MT aunque sin el bipolo emisor.
El campo eléctrico E se mide como un voltaje entre dos
electrodos situados relativamente próximos entre sí , mientras que
el campo H se mide como un voltaje a través de una bobina de alta
111
Tronsmitting
Dipole
Electric
Field Dipole
(E x)
Magnetic Field
Antenna
(Hy)
EX
Hy
FIG.16 ESQUEMA DE SITUACION DEL METODO "CSAMT"
ganancia. Ambas componentes se miden según direcciones ortogonales entre sí y la relación entre sus amplitudes permite el calculo
de la resistividad de Cagniard mediante la expresión:
P.= 1/5f 1 E/HI 2l ohm. m.
Por diferencia entre sus fases se determina el valor de
cp= <p, - KPH (miliradiaciones).
Los valores de la diferencia de fase junto con los de
resistividad permiten la interpretación de la distribución de
resistividad real del subsuelo.
La profundidad representativa de los datos CSAMT
está relacionada con la frecuencia de la seftal y con la resistividad
de Cagníard mediante la fórmula
D= 356 Vpg /f (en metros).
Puesto que normalmente la operación se efectúa en el
rango de 0.125 Hz a 8190 Hz es factible alcanzar profundidades de
hasta 1-2 Km.
Una de las características más destacables de esta
técnica es su capacidad de resolución lateral que es controlada por
la longitud del dipolo receptor del campo eléctrico E y por la
distancia entre estaciones de medida. Como regla general al
respecto se asume que la dimensión de tal dipolo debe ser igual a
la mitad de la dimensión del accidente mínimo a detectar. La
estimación de profundidades mediante está técnica se realiza con
un error medio del orden de ±10%.
113
No existen experiencias publicadas respecto a su
aplicación en la problemática a que se refiere este Informe. Desde
el punto de vista teórico cabe considerar que pueda aportar buenos
resultados , si bien su coste es elevado en términos relativos.
11.1.3. Sondeos Electromagnéticos . -
Es relativamente difícil establecer clasificaciones de
los métodos EM porque existen diversos criterios por los que
pueden realizarse . Sin entrar en la valoración de unos u otros y
pese a que metodológicamente pueda ser incorrecto , nos referimos
en este caso como métodos EM a aquellos en que existe una sefíal
controlada ( con excepción del CSAMT ). En todos ellos se inducen
corriente de Eddy en el subsuelo mediante un campo magnético
primario aplicado a un bucle o a un dipolo transmisor situado en la
superficie . La intensidad de tales corrientes es una función de la
conductividad del subsuelo y los valores medidos en superficie
están influenciados por la resistividad de todas las capas situadas
dentro de la profundidad efectiva de exploración del método en
cuestión.
La descripción detallada de los fundamentos de los
diversos métodos puede verse en Hoekstra and Blohm . 1.990 y
Mills et at , 1.988. Haremos en todo caso una resefla de tipo
práctico de las dos variantes prospectivas más operativas respecto
a nuestros objetivos.
11.1.3.1. Dominio de Frecuencias .-
De modo general puede citarse como una característica
común de esta variante prospectiva , su limitada capacidad de
penetración . Su ámbito de aplicación se reduce a algunas decenas
de metros de profundidad.
114
Sus fundamentos se explican en la Figura 17: A través
de una bobina situada en la superficie del terreno se hace circular
una corriente alterna. El campo magnético asociado a la misma
induce una débil corriente en el subsuelo . Por ser una corriente
variable en el tiempo origina a su vez un campo magnético secundario (H.) que se puede medir , junto con el campo primario (Hp),
mediante una bobina receptora (Rx), McNeill, 1.980.
Este campo magnético secunda rio es una función
compleja del espaciado entre las bobinas transmisora (T.) y
receptora ( R.), de la frecuencia de la corriente , de la conductividad del subsuelo , etc. Bajo ciertas condiciones , definidas como
operación en la modalidad «Low Induction numbers» , el campo
magnético es una función sencilla de las anteriores variables y se
puede establecer que :
H./H, �(iw}io aS2 )/4, siendo:
H. . - campo magnético secundario.
Hp . - campo magnético primario.
w .- 2nf
uo . - permeabilidad del vacío.
a .- conductividad del subsuelo ( mho/m).
s.- espaciado entre bobinas.
Realizando lecturas en el mismo punto para diferentes
espaciados entre bobinas y variando la orientación de las mismas
(coplanares horizontales y verticales) el rango de profundidad
investigada varia. De este modo se obtienen series de lecturas que
manifiestan la evolución de la conductividad en función de la
profundidad y que son interpretables en términos de capas pero
siempre para modelos sencillos (dos o tres capas como máximo).
Sin embargo la utilización más habitual de esta técnica
es la medida de perfiles de conductividad a diferentes rangos de
115
FIG. 17- FUNDAMENTOS DEL METODO EM DE DOMINIO DE FRECUENCIA
profundidad. Teóricamente ello posibilita la detección rápida y
efectiva de cambios laterales de conductividad, interpretables en
los términos que interesan a este Proyecto.
La toma de datos es rápida y sencilla dado que los
condicionantes logísticos del método son mínimos . Sin embargo
exige ciertas precauciones fundamentales en lo que se refiere a la
orientación de las bobinas . La exigencia de que se dispongan
coplanares es crítica cuando se sitúan en posición horizontal y
menos importante al operar con bobinas verticales . Cuando no se
cumplen las condiciones de coplanaridad las lecturas pueden venir
afectadas por errores significativos.
En gran medida puede considerarse a este método como
el ideal para los objetivos de este estudio , aunque limitado a una
profundidad máxima del orden de 50 metros.
Complementariamente , la sencillez de operación y
procesado de los datos contribuyen a que sea un método que puede
catalogarse como muy atractivo en términos coste/información.
11.1.3.2. Sondeos Electromagnéticos en el Dominio de
Tiempos .- ( SEDT).
La teoría detallada de este método puede verse en
Granda et al, 1.987 y Fitterman et al , 1.988 entre otros.
A través de un bucle de cable situado en la superficie
del terreno se hace circular un pulso de corriente muy intenso que
se interrumpe bruscamente . Tal interrupción brusca origina un
campo magnético variable en el tiempo que induce en el subsuelo
una corriente de difusión. Tal corriente tiende a oponerse al corte
117
de corriente de la espira transmisora y por ser variable en el
tiempo , induce a su vez un campo magnético secundario que puede
expresarse matemáticamente como una función exponencial de signo
negativo.
Las corrientes de difusión se expanden lateralmente
y hacia abajo dentro del terreno, de modo que los valores de
f. e. m. del campo magnético secundario (transitorio) medidos en
tiempos crecientes , están condicionados por los materiales situados
a rangos crecientes de profundidad.
El muestreo o determinación de valores de f. e. m. del
campo magnético secundario se realiza según una serie de ventanas
de tiempos distribuidas en el intervalo de algunas decenas de
milisegundos , después del corte del pulso de corriente en el bucle
transmisor . El proceso se repite un número considerable de veces
en cada toma de datos al objeto de incrementar la fiabilidad de los
mismos.
Existen diversas modalidades de medida , si bien las
más comunes en lo que se refiere a disposición de los elementos
activos son : ( Ver Figura 18).
a) Bucles coincidentes . La misma espira transmisora actúa
como receptora cuando se ha interrumpido el pulso de
corriente.
b) Bobina central. La bobina receptora , de reducidas
dimensiones y un número muy elevado de espiras se
posiciona en el centro del bucle transmisor y es independiente del mismo.
118
a) BUCLES COINCIDENTES
b) RECEPTOR EN EL CENTRO DEL
BUCLE EMISOR
Bucle Tx
R,
O-ff
Bobina
/
/
c) DISPOSITIVO OFFSET
FIG.18 - DISPOSITIVOS PARA EJECUCION DE SEDT
c) Dispositivo offset . La bobina receptora se localiza fuera del
bucle transmisor, en cualqueir posición.
La segunda modalidad es más ventajosa que las otras
y por ello la más utilizada.
A partir del valor de f. e . m. correspondiente a cada
ventana de tiempo , se calcula un valor de resistividad aparente de
modo que en cada punto de medida se obtiene una serie de valores
P. = f (t), es decir una curva de la variación de la resistividad
aparente en función de t o lo que es lo mismo , en función de la
profundidad . Esta curva es interpretable en términos de capas
caracterizadas por su espesor y resistividad.
La profundidad investigada por este método depende;
haciendo abstracción del modelo geológico involucrado en las
medidas ; del momento magnético aplicado al bucle transmisor.
(Producto del área del bucle por la intensidad de los pulsos de
corriente y por el número de espiras ). Siendo el factor dominante
el área del bucle , la forma más fácil de incrementar el momento
magnético es aumentar las dimensiones del bucle.
Esta dependencia entre tamafto de bucle y profundidad
investigada es similar a la existente en el caso de los SEV en
función de la apertura máxima entre electrodos de emisión AS.
Las condiciones teóricas de aplicación del método de los
SEDT son similares a las correspondientes a los SEV en lo que se
refiere a horizontalidad de las capas, contrastes de resistividad
entre ellas , extensión lateral, etc. Sin embargo la naturaleza del
fenómeno en que se basan los SEDT hace que sus medidas sean más
focalizadas que las de los SEV. Ello significa una menor influencia
120
de efectos laterales y por tanto una menor distorsión de los valores
de resistividad.
Esta características constituye una ventaja fundamental de los SEDT respecto a los SEV y hace posible su aplicación en
condiciones límite en que no es factible el empleo de los últimos.
Otra característica importante, respecto a nuestro
objetivos, es que los límites de aplicación del principio de equivalencia son más restringidos para los SEDT que para los SEV. Por
ello su capacidad resolutiva es mayor.
La duración del corte de los pulsos de corriente en el
bucle transmisor /T/O time) es el factor que condiciona la resolución de los niveles más superficiales en la sección geoeléctrica.
Puesto que las medidas del campo secundario se inician
después del corte de los pulsos de corriente, cuanto más tarde se
realicen, a más profundidad se localiza el máximo de las corrientes
de difusión asociadas y por tanto mayor es la información perdida
respecto a los niveles más superficiales.
La forma de evitar o minimizar tal problema es la
reducción del tiempo de corte y para ello existe una doble vía:
Mejoras instrumentales o reducción del tamaño del bucle transmisor. Esta última opción conlleva una reducción en el momento
magnético aplicado y por tanto en la profundidad investigada.
Por todo lo anterior, en los casos en que se requiere
alcanzar cierta profundidad y al mismo tiempo resolver fielmente
las primeras capas, es habitual la ejecución de dos SEDT con
diferentes tamaños de bucle en el mismo punto.
121
Finalmente en lo que respecta a los aspectos logísticos
del método destaca su relativa sencillez ya que la ejecución de un
SEDT no requiere más allá de 5-10 minutos, más el tiempo de tendido del bucle transmisor.
Habitualmente
se
utilizan
bucles
de dimensiones
variables entre 100x100 m y 400x400 m, dependiendo de la profundidad a investigar . La regla general respecto al tamaño del bucle
es que su lado sea igual a la mitad de la profundidad máxima a
estudiar.
La comparación con los SEV también resulta ventajosa
en este aspecto , por la mayor facilidad operativa y mayores
rendimientos
que pueden obtenerse en campo para alcanzar
profundidades semejantes.
El método de SEDT opera mejor cuando el objetivo es
un conductor que cuando tiene carácter resistivo. Ello se debe a
la rápida extinción del campo magnético secundario en medios
resistivos y por tanto el escaso número de canales válidos que
pueden medirse.
Dado el comportamiento fundamentalmente conductor
de los materiales arcilloso-detritico que constituyen las cuencas
Terciarias, la aplicación del método de SEDT en ellas ofrece las
mejores posibilidades en cuanto a penetración y resolución.
Consideramos pues , que el método de SEDT es el que
ofrece características más ventajosas para los objetivos generales
contemplados en este estudio, cuando se trate de investigar a
profundidades en el rango de más de 50 metros y menos de 700 m.
122
En cuanto a la capacidad del método para poner de
manifiesto pequeñas variaciones de resistividad, interpretables en
términos de cambios en la relación arcilla/arena podemos remitirnos
a la experiencia reciente del estudio de la Formación «San Pedro»
en la Cuenca del Duero.
Este trabajo ha permitido la definición coherente de
zonas de predominio arcilloso que pasan gradualmente a ámbitos
con abundancia de materiales detríticos pese a que las diferencias
de resistividad son relativamente reducidas.
A la escala regional en que el estudio se ha realizado,
los resultados obtenidos pueden considerarse como muy satisfactorios puesto que además han podido contrastarse mediante el sondeo
«SASAMON».
Como ejemplo de tipo de resultados obtenido, incluimos
algunas curvas de resistividad,
características de diferentes
modelos litológicos de (Figura 19) de la zona.
Completamos tal información con la copia de parte de
uno de los perfiles geoeléctricos obtenidos al correlacionar los
resultados de la interpretación cuantitativa de los SEDT
(Figura 20).
Por las características generales del modelo sedimentario de las cuencas Terciarias, la interpretación cuantitativa de los
SEDT debe tomarse en términos orientativos. Es más correcto
considerar la presencia de zonas de transición entre términos
litológicos que cambios netos con definición de capas. Así pues no
deben tomarse en sentido estricto los contactos entre capas y
menos aún cuando la diferencia entre los valores de resistividad
que las definen es muy reducida en su orden de magnitud.
123
A)
ZONA
PREDOMINANTEMENTE AKCIILOS A
8)
ZONA
INTERMEDIA
SPF1 -
SPP1-21
1
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ZONA DE
IME
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D) COMPARACION
PREDOMINIO DETRITICO
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CONJUNTA
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DE LOS TRES MODELOS
SPP 1 - 21
SPP•I - -1C1
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FIG.19 - EJEMPLO DE SEDT EN MEDIOS SEDIMENTARIOS NO CONSOLIDADOS
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FIG20- EJEMPLO DE PERFIL GEOELEECTRICO OBTENIDO MEDIANTE SEDT
1
11.1.3.3. Secciones continuas de resistividad . -
Esta técnica es una variante de los SEDT convencionales desarrollada por LAMONTAGNE GEOPHYSICS con la denominación «Condutivity Depth Imaging».
A pesar de tratarse de una técnica EM de dominio de
tiempos presenta una característica sustancial respecto a la del
SEDT. La corriente en el bucle transmisor es de tipo triangular y
las lecturas se realizan en presencia del campo primario (step
response), McNae, J et al (1985).
A diferencia de los SEDT que producen información 1D
de la distribución de resistividades del subsuelo, el método CDI
aporta información 2D que se refleja en forma de secciones de
resistividad , semejantes en su aspecto general a las secciones
sísmicas.
Para ello el dispositivo de trabajo es el que se
esquematiza en la Figura 21. Se utiliza un bucle transmisor
semejante al de los SEDT y con unas dimensiones de 400x400 metros
como mínimo , aunque puede variar en función de la profundidad a
investigar.
La toma de datos se realiza normalmente a intervalos
de 50-100 metros, a lo largo de uno de los ejes del bucle y se
prolonga por fuera del mismo a ambos lados y a una distancia igual
a la longitud del lado del mismo.
A continuación se traslada el bucle a una posición
adyacente , es decir conservando un lado común con la primera
situación y se repiten las lecturas de igual forma. De este modo en
126
Cobertura bucle 4
Cobertura bucle 3
Cobertura bucle 2
f
--- Cobertura bucle 1
bucle 1
o
bucle 2
0
Puntos de
w
O
lo
r-
0
0
0
bucle 3
0
{
Cobertura bucle 5-
0
0
0
bucle 4
0
0
0
0
bucle 5
0
0
0
o
0
0
o
o
o
medida
W
O
C
tLJ
O
u7
ldentificacion
de estaciones
FIG. 21- ESQUEMA DE OPERACION DEL METODO C D I
W
O
U-)
W
O
v7
cada punto se toman tres lecturas diferentes correspondientes a
tres posiciones distintas del bucle transmisor. Ello posibilita una
mayor resolución de las variaciones laterales de resistividad, junto
con la capacidad de investigar hasta más de 1 Km de profundidad.
La operativa descrita implica cierta complejidad y
dificultad logística así como el empleo de un número considerable
de ayudantes al objeto de optimizar el tiempo de utilización del
equipo.
Resulta de especial importancia determinar correctamente la posición de los puntos de medida respecto a las esquinas
del bucle transmisor, lo que conlleva un cierto coste en trabajos
auxiliares de topografía.
En términos comparativos se trata de un método mucho
más caro que el de los SEDT, si bien es cierto que aporta una
mayor riqueza informativa.
Existe una experiencia reciente de la aplicación del
método al estudio de la Formación «Olmos» en la Cuenca del Duero.
El objetivo en este caso era la detección de la citada formación, de
carácter arcilloso y que se esperaba encontrar alrededor de 400500 metros de profundidad. Los resultados obtenidos fueron muy
satisfacto rios tal como puede observarse en la sección de resistividad que incluimos en la Figura 22.
128
INSTITUTO TEGNOLOGICO GEOMINERO
DE ESPANA
EPTISA
NE
SO
Prof. (m)
l l l l l l l l l l l l
I I I I I I I I I I I I I I I I L I 1 I I IIII I I VIII l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l 111 l l l l l l
-0
P100
7C7o3 (m)
ENSAYOS GEOFISICOS EN LA FORMACION "OLMOS".
T
SECCIONES DE RESISTIVIDAD OBTENIDAS
#CON EL SISTEMA UTEM
1
1-200
Resistividad (Ohm-m)
100
1 31
1 7t
725
-500
87
5 38
!686
r--l 873
-1000
500
1000,
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
5500
6000
6500
7000
Distancias (m)
,00
Escala H 1/25.000
LAMONTAGNE GEOPHWSICS LTO
INTERNATIONAL GEOPIHYSICAL TECHNOLOGV S.A
1090
FIG .22- EJEMPLO DE S EE CCION DE RESISTIVIDAD (CDI )
MEDIOS CONSOLIDADOS.
12. MEDIOS CONSOLIDADOS (Metamórficos v cristalinos) .-
En función de los objetivos generales de este trabajo,
excluimos las formaciones carbonatadas que a nuestros efectos
pueden considerarse como de permeabilidad medida a alta.
De modo general los medios metamórficos y cristalinos
pueden considerarse como impermeables porque su porosidad
intergranular es prácticamente nula. Sin embargo las zonas de
fractura constituyen en ellos un camino preferencial para la
circulación de fluidos a su través y pueden llegar a comportar
valores extraordinariamente elevados de permeabilidad para el
conjunto del medio rocosa.
Consecuentemente los estudios geofísicos en este
ámbito y para nuestros objetivos se orientarán de forma preferente
a la detección de zonas de fractura, dentro de un programa general
cuyas etapas fundamentales pueden ser las siguientes:
1. - Selección de zonas de interés a partir de estudios fotogeológicos y de cualquier otra información significativa.
2. - Aplicación de técnicas geofísicas aeroportadas, o de
superficie, para definir en detalle las zonas fracturas.
130
El papel de la geofísica en este sentido es tanto mayor
cuanto menor sea la entidad de los afloramientos.
3. - Comprobación mediante sondeos , testificación geofísica de
los mismos, etc.
Existen diversos ejemplos significativos en la literatura reciente , relativos a las aplicaciones geofísicas en este ámbito
geológico ,
bien sea con el objetivo de explotación de aguas
subterráneas ( Palacky et al 1.981 ) o bien parta la protección de
acuíferos ( Ahlbom et al 1.983) .
El desarrollo de la metodología geofísica para estudio
de fracturas está asociado en gran medida a la exploración minera
ya que un gran número de depósitos se asocian a fracturas,
contactos y zonas de cizalla. El estudio de tales zonas con fines
hidrogeológicos requiere una mayor sensibilidad ya que en general
interesa el estudio de accidentes de pequefia magnitud que pueden
representar un débil contraste en las propiedades físicas del
macizo rocoso.
Existe una considerable variedad de fracturas (Gale
and Witherspoon , 1.979) si bien cabe centrar nuestros comentarios
en aquellas que presentan un buzamiento considerable y que llegan
hasta el contacto con el recubrimiento o se sitúan relativamente
próximas a superficie.
Los parámetros que las caracterizan son: Dirección,
continuidad en profundidad, espesor , buzamiento, grado de
alteración de las rocas en su zona de influencia, etc.
131
Las posibilidades de empleo de métodos geofísicos para
su detección se basan en el hecho de que las propiedades físicas de
los materiales que las rellenan así como las de las zona de alteración
de su entorno , son diferentes de las del macizo rocoso en que se
sitúan. Entre los parámetros físicos más característicos y que
presenta las mayores variaciones en zonas de fractura, cabe citar
la resistividad eléctrica.
Por ello la mayor parte de las técnicas aplicadas con
éxito en este ámbito se agrupan en las categorías de métodos de
resistividad por cc y métodos EM.
De modo marginal puede considerarse las magnetometría en aquellos casos en que la alteración en las zonas de fracturas
conlleva la destrucción de la magnetita ( Mabey , 1.956) .
Existen en la literatura algunas referencias a la
aplicación de otras técnicas tales como la gravimetría (Eaton et al,
1.964 ) , la sísmica ( Lennox and Carlson, 1.967) , aunque son poco
representativas.
En todo caso , es la prospección por resistividades la
que ofrece las mejores opciones , bien mediante técnicas convencionales en que se hace circular una corriente por el subsuelo a
través de electrodos situados en el mismo ( Van Nostrand and Cook,
1.966 ) o mediante Técnicas EM en las que se opera por inducción.
Puede decirse que las técnicas de este segundo grupo,
en sus diversas modalidades , son las más utilizadas en la actualidad por sus ventajas operacionales y por su mayor resolución.
132
La diferenciación de las técnicas EM a que nos
referimos más adelante con mayor detalle , se puede establecer en
base a los siguientes elementos :
- Por el origen del campo EM (natural o controlado).
- Por la componente medida (eléctrica o magnética).
- Por el dominio en que se efectúan las medidas (tiempo o
frecuencia).
De acuerdo con estos criterios los métodos a comentar
son los siguientes :
- Técnicas que utilizan un campo artificial de origen lejano tal
como el método VLF o el CSAMT.
- Técnicas EM operando en la dominio de frecuencias que
util izan un campo local. En esta categoría cabe diferenciar
entre métodos de superficie y métodos heliportados.
- Técnicas de dominio de tiempos que utilizan un campo local.
12.1. Métodos de resistividad por corriente continua . -
Esta categoría se refiere a las comúnmente definidas
como Calicatas o Perfiles Eléctricos que constituyeron la herramienta más ampliamente utilizada, entre los aflos 1 . 950 a 1-970,
para la detección de contrastes laterales de resistividad del
subsuelo.
133
Con independencia del dispositivo de medida empleael
do,
método consiste en determinar la respuesta del medio rocoso
frente al paso de una corriente eléctrica que se hace circular a su
través mediante dos electrodos situados en la superficie y entre los
que se establece una diferencia de potencial . La respuesta del
subsuelo se mide en función de la diferencia de potencial que se
establece , por el paso de la corriente, entre dos electrodos también
situados en superficie y que se desplazan progresivamente a lo
largo del perfil de medida.
Existen dos factores significativos de cada dispositivo
de medida :
- Su focalización que depende inversamente de la distancia
entre electrodos de recepción.
- La profundidad de investigación que es función de la
apertura entre electrodos de emisión o de la distancia entre
los electrodos de recepción y el más próximo de los de
emisión.
Ambos factores son contrapuestos de modo que en todo
caso ha de establecerse una situación de equilibrio entre ambos,
respecto a los objetivos a resolver . Por ello es también relativamente frecuente el empleo simultáneo de más de un dispositivo con
diferente capacidad de penetración; al objeto de poder valorar la
evolución en profundidad de cualquier anomalía significativa.
Existe un número muy considerable de dispositivos
electródicos conocidos o de uso frecuente. La experiencia de cada
técnico con unos u otros les puede hacer aparecer como más o
menos ventajosos . La disposición de electrodos de los dispositivos
más comunes la reflejamos en la Figura 23.
134
ARRAY
GEOMETRY
A
,--__..____.__.
X
GRADIENT
DIPOLE-DIPOLE
na
a
C1
1
(
'
P1
C2
POLE-DIPOLE
1
K
AISPLAY
See Flq . 4.1
Plan contours
of Pa
B
TL n (n +1)(n+2)a
Pa vs n
2TLn(n+1)a
Pa vs n
1Ln(n +1)a
Pa vs (n+1/2)a = A B/
2 7L a
Pa vs a
P2
na
C1
SCHLUMBERGER
A
WENNER
B
¡al
M N
a
a
C2
FIG.23- DISPOSITIVOS DE MEDIDA MAS COMUNES PARA EL METODO DE CALICATAS
ELECTRICAS
Con independencia del dispositivo aplicado en cada
caso podemos seflalar algunas características comunes a todos ellos
que resultan significativas respecto a la valoración final de los
resultados.
. Sus medidas están afectadas notablemente por las condiciones superficiales de la zona de trabajo y más cuando es
elevada la resistencia de contacto entre los electrodos y el
terreno.
En ese caso el ruido inducido en las medidas puede
llegar a enmascarar anomalías significativas.
. La presencia de recubrimiento de naturaleza condcutora y
algunas decenas de metros de espesor provoca una atenuación
considerable de las medidas haciendo muy difícil la identificación de las anomalías de interés.
. Pese a que al crecer la profundidad estudiada se pierde
resolución lateral , estas técnicas posibilitan un cierto control
respecto a la evolución en profundidad y a la geometría de las
supuestas anomalías mediante el empleo simultáneo de varios
dispositivos complementarios.
Los resultados obtenidos mediante estos métodos se
presentan en forma de perfil, en cuyo eje horizontal se indican los
puntos de lectura y en el eje vertical los valores de resistividad
aparente , según una escala logarítmica.
Así, aunque se asuma que un determinado dispositivo
tiene una profundidad de investigación aproximada , únicamente se
obtiene en cada punto un valor de resistividad que representa el
efecto global de los materiales del subsuelo hasta esa profundidad.
136
Tal vez este hecho constituye el handicap más significativo
respecto a la representatividad de los datos obtenidos con estos
métodos.
De modo genérico se puede considerar que estas
técnicas son aplicables con cierta efectividad a estudios para un
rango máximo de 100-150 metros de profundidad.
Desde el punto de vista operativo son relativamente
lentas en su aplicación y exigen el empleo de un número elevado de
personas para tendido de cables y posicionado de electrodos. En
consecuencia pueden llegar a ser relativamente caras.
12.1.1. Dispositivo multielectrodos . -
En los últimos años se ha producido un resurgimiento
importante de los métodos de resistividad por cc, en su modalidad
de secciones, merced a dos innovaciones significativas:
a)
El empleo de equipos controlados por microprocesador y
operando por repetición de pulsos.
b)
El desarrollo de sistemas multielectrodo que permiten el
intercambio instantáneo de la función de cada uno de los
electrodos de un dispositivo múltiple; así como el procesado
inmediato
de las medidas
para obtener secciones que
muestran la distribución 2D de resistividad, a lo largo del
perfil de medida.
137
La principal ventaja de estas técnicas es la capacidad
de resolución de accidentes de reducidas dimensiones aunque en
todo caso están igualmente afectadas por las condiciones superfidales, en lo que se refiere a la resistencia de contacto entre los
electrodos y el terreno.
Por la gran riqueza informativa de sus medidas
resultan relativamente costosas ya que exigen el tendido de
dispositivos en un número muy elevado de electrodos y reducido
espaciado.
Además el procesado en campo requiere en ciertos
equipos una instalación sofisticada dentro de un vehículo que no
siempre puede acceder a zonas de trabajo de difíciles condiciones
topográficas.
Entre los sistemas más conocidos de este grupo se
pueden citar los siguientes : RAMSES , OYO y TNO.
12.2. Métodos EM de superficie . -
12.2.1. Método V.L.F. .-
Sin duda es el método más ampliamente utilizado en la
detección de zonas de fractura tanto en la exploración minera como
en Hidrogeologia.
La señal medida tiene su origen en el campo EM
generado por antenas de comunicaciones entre estaciones de tierra
y submarinos.
138
Tales antenas emiten en el rango de 20 KHz y su señal
se transmite horizontalmente por la corteza terrestre distorsionándose en función
de diversos factores tales como topografía,
características geológicas, etc.
Mediante
un
receptor
adecuado
pueden
medirse
determinadas componentes del campo EM a distancias de varios
miles de km. y reconocerse accidents significativos, especialmente
los de tipo tabular , subverticales y que representen un contraste
acusado de resistívidad con el medio rocoso.
La profundidad de investigación viene determinada
por la expresión «skin depth » definida como la profundidad a la
que el campo se atenúa a 1/e de su valor original.
Tal profundidad depende de la resistivídad del medio
rocoso y de la frecuencia de la señal y es aplicable a todos los
métodos EM . En el gráfico de la Figura 24 puede apreciarse como
en el rango VLF y para resistividades inferiores a 1000 ohm.m la
profundidad de investigación es muy reducida.
Consecuentemente el método VLF no es aplicable en
medios conductores , tales como zonas de recub rimiento arcilloso.
Las condiciones óptimas para su empleo se dan en medios de alta
resistividad, como ejemplo la mayoría de las formaciones cristalinas
o metamórficas.
En la prospección geofísica por métodos EM con el
objetivo de detectar elementos de tipo tabular como puede ser una
zona de fractura , se suele caracterizar el comportamiento eléctrico
de tales elementos en función de su conductancia . Se define la
conductancia como el producto del espesor por la conductividad.
139
106
CSAMT
MT
VLF
104
0
U)
102
Skin Depth,
100
=
2P
fi0'«
101
102
Frequency, Hz
FIG.24- SKIN DEPTH DE LOS METODOS EM
103
101
1 oG
Este parámetro se utiliza a nivel teórico para el cálculo de
modelos de respuesta (Olsson, 1.980) del tipo que incluimos en la
Figura 25 . De trazo continuo se representan las medidas de la
componente en fase y de forma discontinua las de la componente en
cuadratura , para diferentes valores de conductancia de la fractura
y una resistividad de 10.000 ohm . m del medio rocoso encajante .
Los gráficos de la figura anterior ponen de manifiesto
el estilo general de las anomalías de VLF , de tipo dipolar , con paso
por cero en la vertical del elemento anómalo y tanta mayor amplitud
cuando mayor sea la conductancia.
Pese a que , de modo general, la presencia de recubrimiento arcilloso representa una limitación importante en la aplicación del método , puede calcularse a priori hasta que punto puede
ser aplicable si se conoce la resistividad del recubrimiento. Por
ejemplo en la Figura 26 puede apreciarse como para una resistividad de 300 ohm. m puede operarse con espesores de hasta 30-35
metros siempre que la conductancia de la supuesta fractura sea
superior a V2-0125
mhos.
Sin embargo con resistividad del
recubrimiento de 20 ohm. m , y espesores mayores de 5 m, raramente se podrá aplicar el método de forma efectiva.
Cada equipo receptor es capaz de operar con varias
estaciones emisoras de diferentes frecuencias , localizadas en
diferentes países. La selección de la estación con la que operar se
realiza en función de la dirección esperada para las estructuras o
fracturas objeto de la prospección.
Los fabricantes de receptores VLF
proporcionan
habitualmente la relación de estaciones emisoras con sus frecuencias características.
141
THEORETICAL CURVES
-300
-200
-100
0
100
200
300
DISTANCE IN METERS
MODEL
SURFACE
10,000 ohni-m
HOST ROCK
TARGET WITH VARIABLE
CONDUCTIVITY- TH$CKNESS
PRODUCT (mhos)
i
FREQUENCY: 20 KHZ
FIG. 25- MORFOLOGIA DE ANOMALIAS VLF
35-1
f a 20 KHZ
30 --
S
5
0.1
0.2
0.3
CONDUCTIVITY- THICKNESS (o`T) OF TARGET (mhos)
INDEX OF CURVES 1 1
OVERBURDEN RESIST;ViTY;,'1
FIG. 26- NOMOGRAMA DE DETECTABILIDAD DE ANOMALIAS
POR EL METODO V L F
Para nuestra posición geográfica es habitual operar
con la estación NAA (USA) para estudio de fractura E-W y con la
G B R (Gran Bretaña ) para la dirección N-S.
La regla que se sigue al respecto es seleccionar la
estación de modo que la dirección que se define al unirla con la
zona de trabajo sea lo más paralela posible a la de las estructuras
a estudiar.
Las medidas se efectúan según perfiles perpendicularesa la dirección anterior , con toma de datos a intervalos aproximados de 20-25 metros o menores en el caso de estudios de detalle.
En términos generales puede valorarse el método VLF
como muy efectivo y muy sencillo de operación . Además la interpretación de sus resultados es relativamente inmediata, tanto si
éstos se presentan en forma de perfiles seriados, como si se hace
mediante isolíneas a partir de los valores filtrados por el método de
Fraser.
Un posible inconveniente del método VLF es el hecho
de que periódicamente algunas estaciones emisoras cesan en su
actividad por trabajos de mantenimiento. Si esto ocurre sin
conocimiento del operador geofísico puede llevar a errores o a
medidas no válidas.
Aunque de forma esporádica también puede ocurrir
que una determinada estación cambie su frecuencia de emisión. No
obstante ambas situaciones suelen anunciarse con antelación en
revistas especializadas.
144
12.2.2. CSAMT .-
Este método ya comentado en su modalidad de sondeo
al referirnos a los medios no consolidados , puede considerarse
respecto a la detección de fracturas como una variante de VLF
aunque con dos aparentes ventajas:
a)
Posibilidad de control del campo primario, en su dirección,
frecuencia y tiempo de operación.
b)
Actuación sobre la expresión «skín depth», con lo que
teóricamente se puede variar la profundidad investigada.
La segunda ventaja es más aparente que real puesto
que (Kaufman and Keller , 1.985) la amplitud de las anomalías
producidas por fracturas decrece rápidamente con la frecuencia.
Para la detección de fracturas relativamente pequeflas
aunque de gran importancia hidrogeológica, el método VLF aparece
en todo caso como más ventajoso sin que se aprecien ventajas
significativas al operar en baja frecuencia.
12.2.3 . EM de dominio de frecuencias .-
De modo general el método consiste en la inducción de
una corriente en el subsuelo utilizando una bobina, situada en
superficie, a través de la que se hace circular una corriente
variable con el tiempo.
145
Existen múltiples variantes operativas en función de
las posiciones relativas de las bobinas transmisora y receptora. Sin
embargo la más habitual es aquella en que ambas se disponen
horizontales (HLEM).
La distribución de corrientes inducidas se modifica en
función de la resistividad del medio rocoso y de las heterogeneidades del mismo. (Ver la Figura 27). Las fracturas provocan un
comportamiento anómalo en la distribución de estas corrientes,
siendo detectable tal comportamiento mediante medidas realizadas
en superficie con el adecuado equipo receptor.
Tales medidas se efectúan a lo largo de perfiles de
dirección perpendicular a la de las fracturas o accidentes a
detectar.
Esta modalidad de operación con dos bobinas (T. y R.)
que se desplazan simultáneamente sobre el perfil es la denominada
Slingram. La otra forma de operación es la Turam que utiliza un
bucle transmisor de gran dimensión que se mantiene fijo sobre el
terreno mientras que la bobina receptora se desplaza por los
perfiles de medida situados por fuera del bucle.
Igual que en el caso del método VLF, es importante la
influencia del recubrimiento conductor :
La operación a altas
frecuencias posibilita la detección de fracturas más pequeñas pero
a costa de reducir la profundidad de investigación.
Existen nomogramas, específicos para cada instrumento, que permiten conocer los rangos de aplicación del método en
función de la resistividad del recubrimiento, su espesor y la
conductancia de la fractura.
Por ejemplo el de la Figura 28
corresponde a un sistema Max-Min II operando a 888 Hz, con 60
metros de separación entre bobinas.
146
DE LOS METODÓS EM (DOMINIO DE
FIG. 27- ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO
FRECUENCIAS) EN LA DETECCION DE FRACTURAS
8UÓGRAM METHOD: Mkikm e Qt of ta~t
In «dar to hay* a 2 to 1 ratio of tarpat
sipnal versus ovarburdsn responsa for
venable ovsrburdsn thicknoss and raslstMty.
Indox la o t of tarpat lo mm%
s
1 aaeHz and coM saparatba ■ SOm.
35-
30
25
ct(mhoe)
la
20
6.5
15
4.0
10
5
2.0
1.7
0
20
40
60
80
100
OVERBURDEN RESISTIVITY ( ohm-m)
EXAMPLE
DETECTABLITY
RANGE OF 4.0
4.0
T
T
FIG. 28 - NOMOGRAMA DE DETECTABILIDAD DE FRACTURAS CON
METODOS H L E M
120
Los métodos EM de dominio de frecuencias son muy
flexibles en sus condiciones de empleo y sus resultados son
relativamente fáciles de interpretar.
Su mayor limitación es su reducida profundidad de
investigación que además se reduce enormemente en presencia de
recub rimientos conductores.
Los sistemas EM han evolucionado de forma espectacular en sus modalidades aeroportadas, operando simultáneamente con
sistemas multifrecuencia y multigeometría para las aplicaciones del
método en el mapeo geofísicos de grandes áreas.
Existen ejemplos en la literatura reciente que ilustran
de forma efectiva la capacidad de estas técnicas respecto a
nuestros objetivos . Uno de los artículos más relevantes al respecto
es el de Palacky , 1.981.
12.2.4. Método EM de dominio de tiempos. -
Sus fundamentos teóricos se comentaron brevemente
en el epígrafe 11.1.3.2. , relativo a su aplicación en la modalidad
de sondeo eléctrico.
Para su utilización en la detección de fracturas la
modalidad operativa es con dispositivo tipo Turam.
Una de sus características más destacables en su
capacidad de investigación incluso en presencia de importantes
espesores de recubrimiento conductor y también la posibilidad de
diferenciar en su respuesta la influencia de elementos tales como
149
recubrimiento , posibles fracturas , contactos litológicos, etc.
A efectos de ilustrar, desde el punto de vista
conceptual , la forma en que el método discrimina los elementos
anteriores incluimos en la Figura 29 un esquema del comportamiento
de las corrientes de difusión en función del tiempo.
En los instantes que siguen al corte de los pulsos de
corriente en el bucle transmisor , las medidas están condicionadas
de forma dominante por el recubrimiento.
A medida que las corrientes de difusión se expanden
con el paso de tiempo, comienzan a influenciar a la zona de fractura
cuyo efecto llega a ser dominante para las lecturas en los últimos
canales de tiempo de los equipos de medida.
La respuesta (early time) del recubrimiento puede ser
muy importante y manifestarse durante un intervalo considerable
en la curva de f. e. m. del campo secundario. A tiempos crecientes
este efecto enmascarador de la respuesta debida a una posible zona
de fractura será tanto menor cuanto mayor sea la conductancia de
la misma. Si la conductancia es alta se producirá un retardo en la
extinción del campo secundario, diferenciable del efecto del
recubrimiento.
De forma similar a otros métodos EM , pueden construirse diagramas de detectabilidad de fracturas, bajo diversas
hipótesis relativas a geometría de la fractura , comportamiento del
recubrimiento y medio rocoso afectado por ella, etc.
Incluimos unos de estos nomogramas en la Figura 30,
donde puede apreciarse que el método ofrece posibilidades de
150
a) t1
b) t2
c) t3
FIG. 29 -ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO DEL METODO E M (DOMINIO
DE TIEMPOS) EN LA DETECCION DE FRACTURAS
300-1
250-
200-1
1 5o-a
100-1
50-�
20
40
80
80
100
120
OVERBURDEN RESIST VITY ( ohm-m)
FIG. 30 - NOMOGRAMA DE DETECTABILIDAD DE FRACTURAS, POR EL
METODO E M DE DOMINIO DE TIEMPOS.
operación con espesores de recub rimiento considerables , aunque
siempre condicionado a que la zona de fractura tenga un carácter
acusadamente conductor.
Podemos concluir , en consecuencia , que el método EM
de dominio de tiempos aplicado a la detección de fracturas es la
técnica geofísica que ofrece mejores posibilidades cuando se trata
de investigar bajo recubrimientos de algunas decenas de metros de
espesor. En cualquier caso es el que alcanza mayor profundidad de
investigación , si bien su capacidad de detección de fracturas de
pequeña entidad es limitada.
12.3. Métodos aeroportados . -
El estudio de grandes áreas de forma detallada y a
coste competitivo únicamente cabe abordarse mediante el empleo de
diversas técnicas integradas y aplicadas simultáneamente desde
helicóptero.
De forma indiscutible esta metodología es ventajosa
respecto a cualquiera de los métodos de superficie tanto en nivel
de información como en coste.
En su configuración standard más avanzada. se opera
simultáneamente con las siguientes técnicas.
- Magnetometría de alta sensibilidad (0101 nanotelsa) .
- VLF con dos emisores situados en direcciones ortogonales
respecto a la zona de estudio.
- Varios dispositivos EM de dominio de frecuencias, multifrecuencia y multigeometría.
- Espectrografía (U , T h , K y C T) .
153
Son elementos fundamentales de esta tecnología los
siguientes :
- Sistema electrónico de navegación que posibilite una
extraordinaria precisión en la posición correspondiente a
cada medida.
- Alta velocidad de muestreo ( 10 lecturas por segundo) que
junto con la baja velocidad del helicóptero hace que la
resolución a lo largo del perfil sea del orden de una lectura
cada 2'5 metros.
- Baja altura de vuelo con lo que se optimiza la sensibilidad de
los diferentes sensores utilizados .
El
y coplanares y
frecuencias vari ables entre 400 y 30.000 HZ en los sistemas EM
empleo
de
bobinas
coaxiales
permite la elaboración de mapas de isorresisitividades correspondientes a diversos rangos de profundidad. Como ejemplo presentamos en la Figura 31 un plano de isorresistividades correspondiente
a 9600 Hz isorresistividades correspondiente a 9600 Hz con bobinas
coplanares obtenido en la zona de Pino de Oro (Zamora), las
alineaciones N-S corresponden a zonas de fractura.
Otro documento standard resultante de estos trabajos
es el plano de espesores de recubrimiento.
Desde el punto de vista de la interpretación de
anomalías puntuales , es factible identificar la posición y buzamiento de supuestas zonas de fractura en base a la comparación de las
respuestas obtenidas para diferentes configuraciones (coaxiales y
coplanares ) de las bobinas transmisora y receptora.
154
FIG. 31 - EJEMPLO DE DISTRIBUCION DE RESISTIVIDADES
OBTENIDAS MEDIANTE TECNICAS EM HELIPORTADAS
Al respecto y a modo de ejemplo incluimos la Figura 32
que recoge algunos casos relativos a la respuesta producida por
una fractura , en función de su buzamiento.
La gran ventaja que aportan estos métodos integrados
es la capacidad de resolver de forma conjunta diversos aspectos
tales como : diferenciación de unidades litológicas, determinar
espesor de recubrimientos , identificar fracturas y elementos
estructurales, etc
Complementariamente , el enorme volumen de datos que
generan permite su tratamiento y manejo a nivel de usuario
mediante herramientas informáticas que facilitan la interpretación
y la comparación de resultados con otros de la naturaleza que sean.
Nos referimos de forma específica a los sistemas de procesado de
Imágenes en Tiempo Real que constituyen la última generación de
aplicaciones para la utilización de grandes volúmenes de datos
geofísicos.
El rango de profundidad que cabe asignar a estas
técnicas , principalmente a los métodos EM, en la prospección de
zonas de fractura es de algunas decenas de metros, si bien las
medidas magnetométricas por su carácter potencial ofrecen otras
opciones.
En términos unitarios sus costes son muy inferiores a
las de cualquier método equivalente de superficie y por ello esta
tecnología no tiene alternativas cuando se trata del estudio de
áreas de varios km2 de extensión.
Un
programa
lógico
de
trabajo
contemplaría
la
aplicación de métodos heliportados en la primera fase y el subsiguiente estudio detallado de las posibles zonas de interés mediante
156
ki
COAXIAL
--- -
COPLANAR
FIG. 32- MODELOS DE RESPUESTA DE FRACTURAS, PARA METODOS EM
AEROPORTADOS.
las técnicas de superficie que mejores características presenten
respecto a los objetivos a resolver.
158
CONCLUSIONES.
13. CONCLUSIONES .-
La permeabilidad es un parámetro característico de las
formaciones rocosas del subsuelo que no puede medirse directamente con técnicas geofísicas, sean de superficie o de sondeos.
En los medios sedimentarios no consolidados (cuencas
Terciarias ) los valores más altos de permeabilidad están directamente asociados a los niveles porosos y estos corresponden a
unidades litológicas características: arenas, gravas , etc. Comoquiera que estos términos detríticos tienen valores diferentes a los
de los capas arcillosas para diversos parámetros físicos; es factible
su detección mediante medidas geofísicas. Existe pues la posibilidad doblemente indirecta para evaluar la distribución de formaciones permeables del subsuelo en el medio geológico de nuestro
interés.
Uno de los parámetros físicos que presenta las
mayores diferencias entre las capas arcillosas y las de naturaleza
detrítica es la resistividad eléctrica . Por ello la mayoría de los
métodos geofísicos que habitualmente se emplean en este ámbito,
miden la distribución de resistividad del subsuelo en rangos
variables de profundidad.
159
Una característica común a todos los métodos geofísicos que miden resistividades es su pobre capacidad de resolución
de capas de reducido espesor. Tal capacidad decrece con la
profundidad . Consecuentemente la utilidad de estas técnicas es
muy reducida cuando se considera al nivel de medidas puntuales.
con independencia de la variante prospectiva utilizada. Entendemos que sus resultados adquieren mayor representatividad en la
valoración de áreas de cierta extensión. En tal caso es relativamente sencillo interpretar los cambios de resistividad en relación con
posibles cambios de facies con influencia hidrogeológica.
Existen diversas técnicas de prospección por resistividades , clasificables en métodos de cc y métodos EM con multitud
de variantes en ambos casos.
La selección de la más adecuada para cada estudio es
un aspecto crucial respecto a los resultados a obtener. Tal
selección ha de realizarse en función del modelo geológico de la
zona de estudio, profundidad a investigar, condiciones logísticas,
etc.
De modo general se puede establecer que para rangos
someros de profundidad ( hasta 100 metros ) el método de los SEV
ofrece características de interés . Para profundidades menores
(hasta 50-60 metros ), son las técnicas EM, operando en dominio de
frecuencias , las más ventajosas tanto en la modalidad de sondeos
como de perfiles.
Finalmente los Sondeos EM de dominio de tiempos
(SEDT ) ofrecen las mejores opciones en cuanto a resolución,
penetración y logística para el estudio de hasta varios centenares
de metros de profundidad.
160
No hemos tenido en cuanta a los métodos sísmicos por
una razón fundamental: Entendemos que las aplicaciones geofísicas
a estudios de medios sedimentarios no consolidados han de
plantearse sobre ámbitos de considerable extensión para que los
resultados obtenidos sean representativos . El coste de la sísmica
de reflexión hace prohibitivo tal planteamiento aún asumiendo que
técnicamente fuera viable la diferenciación detallada de niveles
litológicos de naturaleza detrítica, cosa que parece discutible
En los últimos años se ha desarrollado notablemente la
modalidad «Shallow reflexion » con una gran capacidad de resolución en el rango de varias decenas hasta algún centenar de metros
de profundidad. Para nuestros objetivos presenta, no obstante, la
limitación relativa a la profundidad de investigación y al coste
todavía elevado.
El estudio de medios consolidados , considerados
básicamente como de baja permeabilidad, se circunscribe a las
rocas cristalinas y metamórficas cuya porosidad intergranular es
prácticamente nula. La permeabilidad de estas formaciones está
ligada directamente a la presencia de fracturas . Son factores
condicionantes al respecto el grado de apertura de las mismas y su
posible interconexión.
Resulta así que el objetivo prioritario de la prospección geofísica en este caso es la detección de zonas de fractura, en
el rango de profundidades que sean de interés en cada caso. Esta
problemática exige la utilización
de una tecnología geofísica
especifica que, de modo general , se centra en las técnicas de
prospección por resistividades tratando de detectar discontinuidades laterales en la distribución de valores de este parámetro en el
subsuelo.
161
Los métodos EM aplicados en superficie o heliportados
ofrecen múltiples variantes y combinaciones que en conjunto son
capaces de aportar soluciones en muchos estudios de medios
metamórficos y cristalinos.
En la literatura especializada han aparecido en algunas
ocasiones ejemplos de empleo del método sísmico de reflexión para
la detección de fracturas subhorizontales en macizos cristalinos.
Por su coste y capacidad resolutiva respecto a nuestro objetivos
esta técnica debe considerarse a nivel casi anecdótico.
Así pues, cualquier programa geofísico para la
detección de zonas de fractura en medios metamórficos o cristalinos
ha de incluir técnicas de prospección por resistividades y concretamente por métodos EM . Si se trata de estudios de grandes áreas
resulta ineludible la aplicación de programas integrados, por
medios heliportados.
El posterior reconocimiento detallado de posibles zonas
puntuales de interés requerirá la utilización de métodos de
superficie.
En todo caso ha de contemplarse la aplicación de
métodos geofísicos como parte de un programa amplio que incluirá
otras disciplinas y cuyos resultados han de contrastarse mediante
sondeos para la continuación del estudio a través de medidas a
realizar en ellos.
162
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ANEXO 1.CATALOGO DE HERRAMIENTAS DE TESTIFICACION.
A continuación presentamos un catálogo representativo de herramientas que pueden ser aplicadas a la
resolución de los objetivos contemplados en este trabajo. Ninguna de ellas esta únicamente concebida para esta tarea
específica y a veces están combinadas con métodos que no
tienen ningúna significación directa con el tema de permeabilidad.
Los diversos fabricantes ofrecen en general
gamas de herramientas con características parecidas.
1. Herramientas de Resistividad. -
1.1. Métodos no focalizados. -
Potencial espontáneo:
Su medida está integrada en varios combinaciones
estandard de registros, aunque casi siempre con la radiación
gamma natural y con la resistencia monoelectródica.
Sonda normal:
Empresa:
Modelo:
Micro Log
DNT-C
Registro: clásico instrumento con 2 eléctrodos
Combinaciones : normal corta, normal larga
Micro Log 3": potencial espontáneo,
Condiciones : pozo sin tubería, lodo conductivo.
Diámetro del pozo : min. 6.6 cm, max.15 cm
1.2. Métodos focalizados.
Laterolog :
Empresa : BPB Instruments
Modelo : DLS-A
Registro: Potencial espontáneo, focalización profunda (LLD)
y medio (LLM), rayo gamma, temperatura del lodo.
Combinaciones : sonic,
micro-
resistividad,
otros métodos
radioactivos.
Condiciones: pozo sin tubería, lodo conductivo.
Diámetro del pozo :
min. 9.0 cm
Empresa : Dresser Atlas
Modelo: 1232 XA
Registro : focalización profunda (LLD) y corta (LLS)
Combinaciones: rayo-gamma, inducción, inducción
microlaterolog, neutrón-neutrón
Condiciones: pozo sin tubería, lodo conductivo.
Diámetro del pozo :
min .11.4 cm, max . 30.5 cm
dual,
Empresa : Gearhart
Modelo: DLT-FA
Registro: focalización profunda (LLD) y corta (LLS), potencial espontáneo.
Combinaciones : rayos gamma, eléctrodos esféricamente focalizados.
Condiciones : pozo sin tubería, lodo conductivo.
Diámetro del pozo : min.12.7 cm
Empresa: Schlumberger
Modelo: DLT-E + SRS-D o SRT-C
Registro : focalización profunda (LLD) o corta (LLS) , microlog
esféricamente focalizados, caliper, potencial espontáneo.
Combinaciones : /
Diámetro del pozo:
DLT-E + SRS-D:
mn. 15.9 cm, max.55.9 cm
SRT-C:
min. 10.2 cm, max.12.7 cm
Empresa: Welex
Modelo: DG 903
Registro: guard log corto, guard log largo, micro guard,
caliper, rayos gamma, potencial espontáneo.
Combinaciones: la unidad de rayos gamma puede ser sustituida
por el método neutrón-neutrón.
Condiciones: pozo sin tubería, lodo conductivo.
Diámetro del pozo :
min. 15.3 cm, max.48.3 cm
2. Inducción.
Empresa: BPB
Modelo: DIS-A
Objetivo : determinación de la resistividad de la formación, no
perturbada y con invasión de solución.
Registro : potencial espontáneo, rayos gamma, inducción profunda, inducción media, inducción de enfocación corta, señal
de conductividad.
Combinaciones: acústica sónica, métodos radioactivos, micro
resistividad, últra sónico, temperatura.
Condiciones: pozo sin tubería, lodo conductivo.
Diámetro del pozo :
min. 6.6 cm, max.15 cm
Empresa: Dresser Atlas
Modelo: 1503 XA
Objetivo: determinación de la resistividad en zonas de media
y baja porosidad, determinación de profundidad de invasión
de la solución.
Registro: inducción profunda,
inducción media,
potencial
espontáneo.
Combinaciones : rayos gamma, densidad compensada, neutrónneutrón compensado, neutrón-neutrón, velocidad acústica.
Condiciones : pozo sin tubería, lleno de lodo conductivo o no
conductivo y pozo seco.
Diámetro del pozo : min. 12.0 cm, max.30.5 cm
Empresa: Gearhart
Modelo: DIL-F
Objetivo: determinación de la resistividad de la formación
Registro : potencial espontáneo, normal corta, inducción profunda, inducción media, laterolog 3.
Combinaciones: sonic, cali per , rayos- gamma, densidad compensada ( gamma-gamma ), neutrón-neutrón compensado.
Condiciones: pozo sin tubería, con lodo conductivo o no
conductivo y pozo seco.
Diámetro del pozo :
min. 12.7cm
Empresa: Schlumberger
Modelo: DIT-D
Objetivo : determinación de la resisitividad de la formación.
Registro : inducción profunda , inducción media, resistividad
esféricamente focusada , potencial espontáneo.
Combinaciones : rayos gamma, sonic, neutrón-neutróncompensado, caliper , micro resistividad esféricamente focalizados.
Condiciones : pozo sin tubería , con lodo conductivo o no
conductivo y pozo seco.
Diámetro del pozo :
min. 11.8 cm, max.55.9 cm
Empresa: Welex
Modelo: DIL 310
Objetivo : determinación de la resistiviad de la formación con
el método de conductividad focusada.
Rsegistro: guard corta , normal corta, resistividad media,
resistividad profunda , potencial espontáneo , conductividad.
Combinaciones : caliper ,
rayos
gamma ,
neutrón-neutrón,
densidad ( gamma-gamma).
Condiciones : pozo sin tubería,
con lodo conductivo o no
conductivo o pozo seco.
Diámetro del pozo :
min. 15.3 cm , max. 40.6 cm
3. Micro Log.-
Empresa: BPB
Modelo : MRS-B
Objetivo: determinación de la resistividad de la zona invadida
por el lodo.
Registro: microlaterolog ,
micro normal , micro inverso,
caliper, temperatura del lodo.
Combinaciones: rayos gamma , inducción , dual laterolog.
Condiciones: pozo sin tubería , lodo conductivo.
Diámetro del pozo :
min.15.3 cm , max.41.0 cm
Empresa: Gearhart
Modelo : MEL-C
Objetivo : determinación de la resistividad de la zona invadida
por solución utilizando un dispositivo esféricamente focalizados.
Registro : caliper, resistividad con espaciado 1" y 2"
Combinaciones : inducción, sonic , rayos gamma.
Condiciones : pozo sin tubería, lodo conductivo.
Diámetro del pozo :
min.20.0 cm, max . 45.7 cm
Empresa : Schlumberger
Modelo : SRT-C
Objetivo : determinación de la micro resistividad.
Registro : microlog esféricamente focalizados, caliper.
Combinaciones: /
Condiciones: pozo sin tubería , lodo conductivo.
Diámetro del pozo : min .12.7 cm , max. 55.9 cm
Empresa: Welex
Modelo : Micro 182
Objetivo : determinación de la resistividad con dispositivo no
focalizados.
Registro : normal T', lateral, caliper.
Combinaciones : rayos gamma.
Condiciones: pozo sin tubería, lodo conductivo.
Diámetro del pozo : min .15.3 cm, max. 40.6 cm
4. Rayos Gamma . -
El sumario de sondas se refiere a herramientas
que en general se utilizan en combinación con otros métodos.
Empresa: BPB
Modelo: SGS-A
Objetivo : medición de la radiación natural de los rayos gamma.
Registro : radiación total , radiación K, U, T h .
Combinaciones : otros métodos radioactivos, sonic, inducción.
Condiciones: pozo con o sin tubería , en pozo lleno de lodo o
seco.
Diámetro del pozo :
mm. 11 . 4 cm, max. 33.0 cm
Empresa: Gearhart
Modelo: UGR-HA
Objetivo: detección de la radiación natural de determinadas
formaciones dentro del pozo.
Registro : intensidad total.
Combinaciones: con todas herramientas
Condiciones: pozo con o sin tubería, en pozo lleno de lodo o
seco.
Diámetro del pozo :
min. 11. 5 cm
Empresa :
Gearhart
Modelo :
G N T-AD
Objetivo: detección de la radiación natural de determinadas
formaciones dentro del pozo.
Registro : intensidad total, K(%), U (ppm), T h (ppm).
Combinaciones : neutrón-neutrón.
Condiciones : pozo con o sin tubería, en pozo lleno de lodo o
seco.
Diámetro del pozo:
min. . 5.8 cm
Empresa: Micro Log
Modelo : CGT/CDT-A
Objetivo : medición de la radiación gamma natural.
Registro : intensidad total , rho, d ( rho) .
Combinaciones :
caliper,
potencial
espontáneo ,
neutrón-
neutrón compensado.
Condiciones: pozo con o sin tubería , en pozo lleno de lodo o
seco.
Diámetro del pozo :
min. 6.6 cm , max.15.0 cm
Empresa: Schlumberger
Modelo: SGT -LAb, NGT-C/D
Objetivo : medición de la radioactividad natural de la formación.
Registro : intensidad total ( SGT-LAB ), intensidad total menos
U, K, Th, U
Combinaciones : todas otras herramientas.
Condiciones: pozo con o sin tubería , en pozo lleno de lodo o
seco.
Diámetro del pozo:
mm. 12.4 cm
Empresa: Welex
Modelo: GR 187/157
Objetivo : medición de la radioactividad natural de la formación.
Registro : intensidad total.
Combinaciones : todas otras herramientas.
Condiciones: pozo con o sin tubería, en pozo lleno de lodo o
seco.
Diámetro del pozo :
min. 5.1 cm
5. Neutrón.
Empresa: BPB
Modelo: CNS-A/B
Objetivo : medición del contenido total del hidrogeno de la
formación.
Registro :
relación entre registro de corta e intermedia
distancia lateral, porosidad, temperatura del lodo.
Combinaciones :
densidad
compensada
( gamma-gamma),
inducción , sonic, últra sonic, temperatura.
Condiciones : pozo con o sin tubería, en pozo lleno de lodo o
seco.
Diámetro del pozo :
min. 11 . 4 cm, max.59.0 cm
Empresa: Dresser Atlas
Modelo: 2421/22 XA
Objetivo : determinar cambios en la litología, porosidad, y
saturación por fluidos con la medición de la intensidad de
capturación de los neutrones.
Registro : neutron-neutron.
Combinaciones: /
Condiciones: pozo con o sin tubería, perforación con lodo.
Empresa: Dresser Atlas
Modelo: 2420/2418 XA
Objetivo : determinación de la porosidad con la medición del
contenido de hidrógeno en la formación.
Registro : porosidad
Combinaciones : rayos gamma , densidad compensada ( gammagamma ), inducción , velocidad acústica.
Condiciones : pozo con o sin tubería, en pozo lleno de lodo o
seco.
Diámetro del pozo :
min . 8.9 cm, max.40.6 cm
Empresa: Gearhart
Modelo: CNT-D
Objetivo : exacta determinación del indice de porosidad con un
sistema de detectores duales de neutrones.
Registro : porosidad ( %), caliper.
Combinaciones : densidad compensada (gamma- gamma ), rayos
gamma , inducción dual.
Condiciones: pozos sin tubería , lodo condúctivo o no condúctivo.
Diámetro del pozo: min.15.3 cm, max.50.8 cm
Empresa : Micro Log
Modelo: CNT-A
Objetivo : porosidad de la formación
Registro : índice de neutrones
Combinaciones : rayos gamma , densidad compensada (gammagamma).
Condiciones : pozo con o sin tubería , en pozo lleno de lodo o
seco.
Diámetro del pozo:
min . 6.6 cm , max. 15.0 cm
Empresa: Schlumberger
Modelo: CNT-G
Objetivo : determinación de la porosidad.
Registro : relación entre registro de corta e intermedia
distancia lateral, porosidad.
Combinaciones : todas las otras herramientas.
Condiciones: pozo con o sin tubería, �en pozo lleno de lodo o
seco.
Diámetro del pozo :
min.11.2 cm, max.53.3 cm
Empresa : We1ex
Modelo: DSN 265
Objetivo: medición del contenido total del hidrógeno de la
formación; facilita datos sobre la litología y datos de porosidad.
Registro:
porosidad
del
espaciado
dual,
relación
entre
registro de corta e intermedia distancia lateral, porosidad.
Combinaciones: rayos gamma, inducción dual, dual laterolog,
densidad compensada (gamma-gamma).
Condiciones: pozo con o sin tubería, en pozo lleno de lodo o
seco.
Diámetro del pozo :
max.52.7 cm
6. Densidad de la formación ( gamma- gamma).
Empresa: BPB
Modelo : CDS-A/B
Objetivo : determinación de la densidad global de la formación .
Registro : densidad global, corrección, caliper, porosidad, y
callper.
Combinaciones: neutrón-neutrón, inducción, sónica, ultrasónica, temeperatura.
Condiciones: pozo sin tubería, en pozo lleno de lodo o seco.
Diámetro del pozo : min .15.3 cm, max. 41.0 cm
Empresa : Dresser Atlas
Modelo : 2212 XA
Objetivo: determinación de la densidad global de la formación.
Registro : densidad global (g/cc), corrección, caliper,
porosidad.
Combinaciones : /
Condiciones: pozo sin tubería, lodo.
Diámetro del pozo : mm. 15.3 cm , max. 40.6 cm
Empresa: Gearhart
Modelo: CDT-K
Objetivo : determinación de la densidad global de la formación. Registro: densidad global ( gr/cc), compensación (gr/cc), porosidad.
Combinaciones :
neutrón-neutrón ,
gamma-gamma,
rayos
gamma, inducción dual.
Condiciones : pozo con o sin tubería, en pozo lleno de lodo o
seco.
Diámetro del pozo :
min . 12.7 cm , max.55.8 cm
Empresa : Micro Log
Modelo: CGT/CDT-A
Objetivo : determinación de la densidad global de la formación .
Registro : densidad (g/cc), d(rho) (g/cc), caliper, rayos
gamma.
Combinaciones: /
Condiciones : pozo con o sin tubería , en pozo lleno de lodo o
seco.
Diámetro del pozo : min. 6.6 cm, max.15.0 cm
Empresa: Schlumberger
Modelo: LDT-C/D
Objetivo: determinación de la densidad global de la formación.
Registro :
densidad
(g/cc),
factor fotoeléctrico,
d ( rho) ,
caliper.
Combinaciones : todas las otras herramientas.
Condiciones: pozo con o sin tubería, en pozo lleno de lodo o
seco.
Diámetro del pozo :
min .15.3 cm, max. 40.6 cm
Empresa: Welex
Modelo: DEN 126/316
Objetivo: determinación de la densidad global de la formación.
Registro: densidad (g/cc), porosidad (%), corrección rho,
caliper, rayos gamma.
Combinaciones: velocidad acústica, neutrón-neutrón, dual
inducción.
Condiciones: pozo con o sin tubería , en pozo lleno de lodo o
seco.
Diámetro del pozo :
min .15.3 cm , max. 50.8 cm
7. Velocidad acústica.
Empresa: BPB
Modelo: CSS-A/B
Objetivo: determinación de las características de la propagación de ondas acústicas en el medio; evaluación del "transit
time", amplitudes y analisis de onda entera (tren de onda).
Registro: "transit time" , transit time integrado, temperatura
del lodo, porosidad sónica, amplitudes, análisis de onda
entera, densidad variable.
Combinaciones : inducción , métodos radioactivos.
Condiciones: pozo con o sin tubería lleno de lodo.
Diámetro del pozo :
min .13.0 cm
Empresa: Dresser Atlas
Modelo : 1661
Objetivo: determinación de las carácteristicas de la propagación de ondas acústicas en el medio; evaluación del "transit
time", amplitudes y análisis de onda entera (tren de onda).
Registro: "travel time", porosidad, "travel time" integrado,
analisis de onda entera, densidad variable, televisor acústico.
Combinaciones: todas las otras herramientas.
Condiciones : pozo sin tubería lleno con lodo.
Diámetro del pozo :
mm. 14.0 cm, max. 92.0 cm
Empresa : Gearhart
Modelo: BCT-BD/EA
Objetivo: determinación de las características de la propagación de ondas acústicas en el medio; evaluación del "transit
time", amplitudes.
Registro: "transit time" , "transit time" integrado, amplitude,
velocidad de cizallamiento, velocidad de "tube wave" (Stoneley), densidad variable.
Combinaciones: rayos gamma, caliper, inducción.
Condiciones : pozo sin tubería lleno con lodo.
Diámetro del pozo :
min .11.4 cm, max. 40.6 cm
Empresa: Schlumberger
Modelo: SDT-A/B
Objetivo: determinación de las características de la propagación de ondas acústicas en el medio; evaluación del transit
time", amplitudes y análisis de onda entera (tren de onda)
Registro: "transit time" , "transit time" integrado, amplitude,
caliper, onda, analisis de onda entera, densidad variable,
relación entre amplitudes, velocidad del lodo.
Combinaciones: todas otras herramientas.
Condiciones : pozo con o sin tubería lleno de lodo.
Diámetro del pozo :
min .11.8 cm , max. cm
Empresa: Elf Aquitaine
Modelo: Eva
Objetivo : determinación de las características de la propagación de ondas acústicas en el medio ; evaluación del "transit
time", amplitudes y análisis de onda entera (tren de onda)
Registro: "transit time ", " transit time" integrado, amplitude,
analisis de onda entera , relación entre amplitudes, velocidad
del lodo.
Combinaciones : /
Condiciones : pozo con o sin tubería lleno de lodo.
Diámetro del pozo :
min .15.0 cm.
8. Perfiles sísmicos verticales.
Empresa: Dresser Atlas
Modelo: 4101 EA/MA
Objetivo: combinación de métodos de geofísica de la superficie
con técnicas de testificación en el pozo , analizando el "oneway travel time" de un pulso sísmico.
Registro: sísmograma.
Combinaciones : /
Condiciones : pozo con o sin tubería.
Diámetro del pozo: min. 11 . 8 cm, max . 40.6 cm
Empresa: Prakla Seismos
Modelo: BGKT
Objetivo : perfiles verticales sísmicas.
Registro : sísmograma.
Combinaciones : según demanda.
Condiciones: pozo con o sin tubería.
Diámetro del pozo : min .11.4 cm, max. 45.0 cm
Empresa: Schlumberger
Modelo: WST-B; SAT-A
Objetivo: adquisición de datos sísmicos en un pozo con un
pulso generado a la superficie.
Registro : sísmograma.
Combinaciones: no es recomendada.
Condiciones: pozo con o sin tubería, en pozo lleno de lodo o
seco.
Diámetro del pozo :
min.14.0 cm, max.48.2 cm
Empresa : Welex
Modelo: Geo 309
Objetivo: adquisición de datos sísmicos en un pozo con un
pulso generado a la superficie.
Registro: sísmograma.
Combinaciones : /
Condiciones: pozo con o sin tubería lleno de lodo.
Diámetro del pozo : min .11.4 cm, max. 36.8cm
9. Georadar.
Empresa: ABEM
Modelo : Ramac
Objetivo: localización de fisuras, fracturas y otras anomalías.
Determinación de su orientación. Estimación de las propiedades eléctricas del medio.
Registro : Mapa de la señal reflejada del impulso radar.
Combinaciones: /
Condiciones : pozo con o sin tubería (plástico ), en pozo lleno
de lodo o seco.
Diámetro del pozo :
min. 6.0 cm.
ANEXO 2.CATALOGOS
ESPAÑOLAS.
DE
ALGUNAS
COMPAÑIAS
e. n. adoro
INTRODUCTION:
The Modular Digital Unit has formed the basis of BPB's Worldwide Slimhole Logging Service during
recent years, achieving a proven record of reliability under the most difficult conditions. The
separate panel philosophy and modular design provide a high degree of flexibility, facilitating
both maintenance and backup. Experience shows such considerations to be of prime importance in
attaining reliable, and hence cost effective operations, particularly in the more remote areas.
The unit may be expanded from its basic form into a comprehensive system capable of:
-
Operating the full suite of BPB Slimiine sondes (as described in Subsurface leaflets).
-
Recording all log data simultaneously in both DIGITAL form on magnetic tape cassettes,
and as CHART records with flexibility of presentation format for immediate field use.
-
Various log processing and analysis options.
The basic and additional items of hardware associated with these capabilities are illustrated in
Fig. 1, and described more fully overleaf.
Fig. 1. MDU Mounted here with a 'B' type winch on a general purpose skid.
Individual functions are, in each of the paneis, contained on either plug in modules or easily
replaced circuit cards; most major functions being at least duplicated to ensure the ability to
continue operations in the event of partial failure.
The poneis and cabinet which make up the MDU may be assembled with the winch in a skid
arrangement, as illustrated. Alternative mounting systems are created to suit winch type and/or
specific transport or installation requirements.
BPB INSTRUMENTS - TECHNICAL SHEET
1
GENERAL SPECIFICATIONS:
101 cm
MDU Cabinet with paneis:
(as illustrated in figs. 1 and 2)
22 cm
m
Length :
Height :
Depth:
- 101 cm (40")
- 90 cm (35")
- 72 cm ( 28.5")
Weight :
- 133 kg
5 TUl
E
3. CR1
E
u
u
4d
2 cm
4b
4c /¡ or
14a�
MDU interfaced with 'B'
type winch:
2. FS1
18 cm
1. DW3A
22 cm
6.LP1
CN
(as in Fig. 1)
Length :
Height :
Depth :
Weight :
(with 750
- 187 cm (74")
- 100 cm ( 39.5")
- 79 cm (31 ")
- 323 kg
m '/a" cable)
Power requirement :
Operating Temperature Range :
Depth Capability :
Transportation Facilities :
Fig. 2. Panel reference schematic.
240/120V transformable , 50-60Hz , 250VA (MDU paneis only).
- 10°C to +45°C ( 15 to 115 ° F) without heating or cooling.
As per winch in operation , see Surface Leaflet No. 2.
The ability tó separate the electronics and winch units assists
both vehicular installation and transportation . In particular the
MDU, in combination with the ' B' type winch ( in most common
worldwide use), is well suited for installation in: dog boxes,
small pick - up trucks , more specialist 4-wheel drive or tracked
vehi cl es or even by helicopter . Fig. 3.
BASIC EQUIPMENT:
In its basic form the MDU includes the folldwing panels , ( see Fig. 2):
(1)
DW3A - Draw Works Control
(2)
(3)
FS1
CR1
- Function Selector
- Chart Recorder
(4a) D4C
- 4 Channel Decoder
In such form the unit allows recording of cha rt logs , with total flexibility of format on metric or
imperial depth scales , and enables the following BPB Sondes to be operated:
DD1
Dual Density , Gamma Ray , Caliper Sonde ( and earlier single function Gamma Ray
and Density Sondes)
MS1
DR1
DD2
NO1
coi
RS1
NN1
(1)
-
Multichannel Sonic Sonde ( and the earlier single channel sonic sonde)
Density , Resistivity , Gamma Ray, Caliper Sonde
Dual Density , Gamma Ray Sonde
Neutron Sonde
Caliper Sonde
Resistance , SP Sonde
Dual Neutron , Gamma Ray Sonde
The DW3A - DRAW WORKS CONTROL panel
monitors the incoming electrical supply to both
Winch and Electronics Units and provides
winch control in terms of:
- Sonde depth and direction of motion
- Precise logging speed
- Electronic braking
The DW4 is an upgraded version for use with
the larger winches .
DW3A Panel
weight 12 kg
(2)
The FS1 - FUNCTION SELECTOR panel is the
heart of the MDU, providing:
- Downhole AC and DC power as required, both for measurement and
caliper orm control.
- Signa¡ processing
range ratemeters.
through
three
6
- Digital depth and speed displays in
either Metres or Feet resolved to 0.01
of a depth unit, with battery back-up to
retain depth information in the event
of generator failure.
- Plug in modular design to facilitate
trouble shooting.
FS1 Panel - Front
weight 22 kg
r
- Rear
(3)
The CR1 - CHART RECORDER panel , available
in either 3 or 4 pen versions, features:
- A bi-directional digital chart drive
system with precise positional control
for accurate pen and depth alignment.
- Metric or imperial availability with
depth and time based drive ratios, the
standard depth ratios being:
Metric 1:10,20,40,50,100,200,400,500
Imperial 1:12,24,48,60,120,240,480,600
f-
CR1 Panel
weight 26 kg
Other ratios can be considered and the
unit can be set up for North American
Metric logging if required.
- A full flexibility of horizontal scales on
all pens allowing composite logs to be
assembled as required.
API
API
linear,
of
- A
variety
width
or
full
linear /logarithmic
laboratory chart paper options.
D4C Sub Panel
weight 1 kg
(4a) The D4C - 4 CHANNEL DECODER sub panel is
used to decode the multiplexed signais
transmitted from DD1 , MS1, DR1 , DD2 and NN1
combination sondes, although it does become
redundant if a Dipmeter Decoder sub-panel is
avai'lable . Like other sub-panels it is housed in
an externa ¡ functions ' box which provides
additional space for expansion of the basic
MDU system.
-3-
ADDITIONAL EQUIPMENT:
The following paneis expand the capabilities of the basic unit in terms of:
- Operation of additional sondes: (4b), (4c), and (4d) Sub Panels
(5) TU1 - Tape Unit
- Magnetic tape recording:
- Data processing :
(6) LP1 - Log Processor
(4b) The TEMP sub panel is required for the
operation of the TT1 Temperature
sonde.
TEMP Sub Panel
weight 5 kg
N
(4c) The FE sub panel is required for the
operation of the RO1 Focussed Electric
sonde.
FE Sub Panel
weight 1 '/2 kg
(4d) The DIP sub panel is required for the
operation of VO1/2 Verticality and
DV1/2 Dipmeter sondes.
DIP Sub Panel
weight 4kg
NOTE: The 'Externa ) Function ' box provides
mounting space for all sub panels.
_4_
1028
(5) The TU1 - TAPE UNIT panel ( Reference 1)
provides 4 channel digital recording of sonde
output, together with depth, on easily
available and inexpensive C120 magnetic tape
cassettes . The system includes severa)
important features:
- 0.1 second time based sampling
implies an infinitely variable depth
sample interval controlled by the
logging speed. This depth increment is
standardly:
1.5 cm at 9m/m 'general ' logging, and
0.375 cm at 2.25m/m 'detail' logging
speed.
TU1 Panel
\\eight 21 kg
These high sampling rates ensure no
compromise in the quality of data
recorded from high resolution sondes.
- The ability to handie metric or imperial
depth measurement with a resolution
of 0.01 of a depth unit.
- An expansion facility,through a further
sub-multipiexing option, to provide 9
channel capability for recording more
complex sonde outputs.
Magnetic tape recording of logs with the TU] system offers two major advantages:
- Raw sonde output may be re-read from the cassette at any time on or off site and
represented with new scales, formats or even with updated log calibration data. Most
commonly this leads to a significant reduction in operating time as 'detail' scale logs may
be readily replayed from a single 'general ' scale Iogging run.
- The cassette data is available for transcription to 9-track tape at any time, forming a data
base for log analysis by computer.
(6)
The LP1 - LOG PROCESSOR panel (Reference
2) extends the capábility of the Modular
Digital Unit to include on site computation. The
LP1 depth matches up to 5 logs, input either
direct from the sonde or from the TUl panel,
and processes according to the software
option selected. Options currently include:
- Verticality and Hole Position
VO1/2 or DV1/2 sondes.
from
Correction,
Linearization,
- Density
Compensation and Deconvolution from
the DD1 and DR1 sondes.
- Neutron Ratio Porosity from the NN1
sonde.
Formation
Corrected
- Linear
and
Resistivity from the RO1 sonde.
Output is available from the CR1 Chart
Recorder and/or the built-in Line Printer,
according to the individual program option.
TRANSPORTATION:
The MDU Electronics, together with a Winch Unit and the range of downhole Sondes, forms a
powerful, comprehensive and proven Slimhole Logging System. Flexibility,afforded by modular
options, extends further to the method of site transportation, which is selected according to
climate and location to suit each particular project. Some examples taken from BPB's worldwide
service operations are illustrated in Fig. 3.
Fig. 3. Logging Unit Transportation exampies (clockwise from upper Ieft):
Pick-up mounted dogbox,
Tracked Vehicle,
Specialist 4-wheel drive truck,
Helicopter operation
REFERENCES:
Further details of some of the aboye equipment may be obtained in the following BPB publications,
available on request:
( 1)
A Digital Cassette System for Recording Coa¡ and Other Logs - M A Cherrie.
(2)
In-Truck Data Processing Techniques Applied to Slimline Logging - R W Wroot.
-6
©BPB INSTRUMENTS 1983
1028
C ISA
COMPAÑIA IBERICA DE MATERIAS
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SYSTEME NUMERIQUE DE
DIAGRAPHIE
PRINCIPE : Systéme d'acquisition numérique
embarqué sur camion pour diagraphies différées
dans les sondages.
CARACTERISTIQUES :
DIGITAL
LOGGING SYSTEME
PRINCIPLE : Digital acquisition system loadable on a vehicle for deferred dril] logging.
CHARACTERISTICS :
1) Mécaniques : Monté dans coffret porteur étanche avec chassis interne résist ant aux vibrations :
Dimensions hors tout : profondeur :. 690 mm
hauteur : 620 mm ; largeur : 540 mm
1) Mechanical : Mounted in sealed carrying case
with vibration resistant internal chassis :
Overall dmensions : depth : 690 mm ; height
620 mm ; width : 540 mm
Température de fonctionnement de 10 ° C á 40 °C
Poids 50 Kg.
Refroidissement de ]'ensemble réalisé par turbine tangentielle : débit 320 m3/H
Operating temperature from 10 °C to 40 °C
Weight 50 kg.
Cooling of assembly by tangential turbine :
output 320 M3 /H
2) Electriques: 220 V 50 Hzprotégée par alimentation secou ru e (300 VA) : autonomie 30 minutes.
Fournit aussi les alilnentations sondes de 0 á 60 V
et de 0 á 500 mA.
2) Electrical : 220 V 50 Hz protected by standby
power supply (300 VA) : autonomy 30 mn.
Feeds 0 - 60 v and 0 - 500 mA for the probes.
3) Electroniques : transformation de toutes grandeurs anologiques ou impulsionnelles numériques :
•Constitution : chassis 19" ; H = 3 U
•Modéle de base :
3) Electronics : transformation of all digital pulses or analog signals :
1) tiroir alimentations
3) tiroir profondeur .
2) tiroir impulsions
•Composition : chassis 19" ; H = 3 U
•Basic model :
1) Power supply module
2) Pulse module
3) Depth module .
•Options :
Tiroirrésistivité + P.S * ; tiroir P.P. * ; tiroir déviation; et autres sur demande.
Tensiométre (tension du cable)
Proximité (sonde hors trou).
•Echantillonnage : de 1 á 15 cm.
•Options :
S.P.* + resistivity module ; I.P.* module ; deviation module ; and others on request.
Tension meter (cable tension)
Proximity (probe outside hole).
•Sampling . from 1 to 15 cm.
4) Informatiques :
Ordinateur HP 9000 serie 200 type 9920
Ecran monochrome / clavier HPHIL
Lecteur de disquette 3" 1/2 (630 Ko)
Carte A/D 8 voies (tension + courant sonde,
PS,Résistivité,PP)
Interface IEEE
Liaison série (RS 232)
4) Computer :
HP 9000 series 200 type 9920 computer
Monochrome screen/HPHIL keyboard
3" 1/2 diskette drive (630 kbyte)
8 channel A/D card (voltage + current probe, SP,
Resistivity, IP)
IEEE interface
Serial link (RS 232)
Carte comptage : 4 voies de comptage et 8 E/S.
Counting card with 4 counting channels and 8 I/O.
OPTIONS :
1) Imprimante THINKJET (IEEE)
2) Traceur numérique A4 á déroulement de
papier continu (IEEE).
*P.S. = polarisation spontanée
*P.P. = polarisation provoquée
OPTIONS :
1) THINKJET printer (IEEE)
2) A4 digital continuous paper supply IEEE
plotter.
*S.P. = spontaneous polarization
*I.P. = induced polarization
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA GEOLOGICA
CATEDRA DE GEOFISICA APLICADA
2.
ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE MINAS
UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID
Ríos Rosas , 21 • Teléf. 442 67 94.336 69 81/2
Fax i 33670U
28003 MADRID (ESPAÑA)
Otros:
- Calibre
- Temperatura
MOUNT SOPRIS 3000 NB-474
Parámetros
Eléctricos:
- Resistividad Normal Corta (AM = 16")
- Resistividad Normal Larga (AM = 64")
- Resistividad Lateral
(AO = 72")
- Resistencia monoelectródica
- Conductividad
- Potencial Espontáneo
Radioactivos:
- Gamma natural
- Gamma-Gamma
- Neutrón-Neutrón
Otros:
- Calibre
- Temperatura
Ambos equipos disponen de registrador analógico con capacidad de registro
simultáneo de cuatro parámetros independientes y control digital de velocidad y profundidad, pudiéndose alcanzar una profundidad máxima de registro de 1000 m. Cabe destacar también que el diámetro de las sondas permite testificar incluso por el interior del varillaje de perforación, en el
caso de que la existencia de margas u otros materiales expansivos así lo
requiriesen. A continuación se exponen unas fotografías de dichos equi-pos con sus respectivas sondas.
1 actualmente el Grupo de Trabajo e Investigación del Departamento de Geofísica Aplicada de la E.T.S. de Ingenieros de Minas de Madrid, -dispone de dos equipos autónomos de testificación geofísica montados en -vehículos todo-terreno (Marca Land-Rover, 6 cil.), lo cual facilita el -acceso de los mismos a casi la totalidad de las zonas donde se realizan -los sondeos sin demoras añadidas.
CARACTERISTICAS
A continuación les adjuntamos información de las caracte
rísticas de los equipos:
GEOLOG-1000 Digital de ROBERTSON RESEARCH
Parámetros
Eléctricos:
- Resistividad Normal Corta (AM = 16 11 )
- Resistividad Normal Larga (AM = 6411)
- Conductividad
- Potencial Espontáneo
Radioactivos:
- Gamma Natural
- Gamma -Gamma (doble espaciado)
Testificando durante las labores
de perforación con la máquina de sondeos
Testificación de sondeos abiertos en montaña
a!-ad
Equipo de testificación MOUNT SOPRIS 3000
l,, �.,-A
b,# 14
Sondas de testificación
f di;gitál w.e.1:1 ;1óggir�g systérr s f �rri
:...... - OIHYS C,� L CORP ÓRA
�N
entury first brought the power oí a miniC computer and the accuracy oí fully digital
systems to the logging industry in 1977. Century
continues the tradition oí constant improvement
and engineering excellence by the development oí
the new Compu-Log system. Taking advantage oí
modern advances in computer technology, the
new Compu-Log system offers even greater power
in a more compact and rugged package.
The more compact and rugged packaging allows
for a smaller and more mobile logging system. The
Compu-Log system may be mounted in a variety oí
configurations including portable, trailer, or truck
style units. Century's capable manufacturing team
can customize the Compu-Log system to fit most
any application.
In contrast to older analog units, the Compu-Log
system needs no specialized uphole electronic
"modules", or "patch-panels", to support any oí our
numerous tools. In addition, sensitive calibrations
and conversions are controlled by the computer,
insuring accurate logs every time. Furthermore,
the Compu-Log system contains no "gain" or "bias"
control knobs, which improperly used by the inexperienced operator, may alter log data results.
The Compu-Log system combines the best in production computer components with specialized
equipment and downhole instrumentation designed and built by Centtiry's experienced engineering
staff. The hardware is coupled with easy to use
menu-driven software written and supported by
Century. This combination provides a proven and
reliable fully digital logging system available for
rental, sales, or service.
he surface processing equipment contains a
T high-speed computer which records the data
in full floating-point precision for optimum
accuracy an d computational precision. The
operator may select a variety of recording depth
intervals to suit particular needs.
Downhole, Century's advanced digital logging tools
collect data from multiple sensors , then transmit
the digital data to the surface processing and
recording equipment. This downhole digitization,
perfected at Century , insures maximum accuracy
and dynamic range in the data. The digital
telemetry system minimizes data degradation and
provides optimum noise immunity, which is
generally associated with analog style systems.
For chart displays, Compu- Log's digital matrix
graphics printer allows for a variety of presentation
formats . The log chart may be created while logging, insuring the results recorded are as desired.
Generating the scale grid along with the data traces
eliminates the mechanical zeroing problems inherent in strip-chart type devices. Using multi-part
paper produces additional log copies simultaneously for cost and time efficiency.
Once recorded on the system's hard drive, the log
data from one or multiple logging runs can be replotted , merged, processed , listed out in tabular
form, and transferred to other media, such as the
standard floppy disc . This flexibility allows Century
log data to be used with numerous log interpretation, subsurface mapping , or other sophisticated
analysis packages.
Compu-Log offers fully digital processing
capability, including:
• Bore Hole Compensated
Density
Neutron
Sonic
•
•
•
•
•
Multi-point Calibration oí Logs
Real Time Plot & Merge
Editing oí Logs
Merging oí Logs
Processing
Uranium Ore Grade
Coal Quality
Rock Strength
Hydrocarbon Saturation
Flowmeter Analysis
• Header Plot & Editing
• Editors
Plot Application
List Application
Paper Form
• Vertical Deviation Survey
• Shading oí Logs
he Compu-Log is capable oí handling everything from induction to single point resistance, high
T resolution to compensated density, uranium ore grade to coal quality analysis, dipmeter to borehole
deviation , without any modifications or additions to uphole hardware or software.
The reliability oí the Compu-Log is continually being proven on projects in harsh environments ranging
from the tundra oí Northern Canada to the desert oí Central Australia.
GEOPHYSICA L CORP.
ZZI-0.#
7517 E. Pine, Tulsa, Oklahoma, USA 74115 ■ Telephone (918) 838-9811 ■ FAX (918) 838-1532
1