registro-densidad-neutron

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SEMESTRE I-2016
Grupo 6
Densidad
- PEF
Neutrón
Con la fuente en la Formación
Con la fuente en la Herramienta
Actividad Natural
GR
Th, U, K (NGT) Espectral
Atenuación
Absorción
Efecto de Dispersión
Compton
Absorción Fotoeléctrica
Densidad
PEF
Radioactividad Inducida
Con la fuente neutrónica en la herramienta
Espectro de Rayos Gamma (Elementos H,O,C,Ca, Si, S, Gd, Cl)
Tiempo de decaimiento (Sigma)
PRINCIPIO FÍSICO DE LOS REGISTROS DE DENSIDAD Y PEF
Mientras más electrones tenga la formación, más rayos gamma serán
sometidos a absorción fotoeléctrica y dispersión compton, por lo tanto,
mayor perdida de energía. Midiendo el número de rayos gamma y sus
niveles de energía a una determinada distancia de la fuente se puede
determinar la densidad de los electrones de la formación.
Relación entre la densidad de los electrones (ρe) y de la masa rocosa (ρb)
Z = Número atómico,# protones, # electrones en átomo de carga neutra (electrones/átomo)
A= Peso atómico, masa del átomo
Na=Número de Avogadro, # de átomos por gramo mol de cualquier elemento, 6.023x10 23)
Número de electrones por gramo-átomo = Z.Na
Número de electrones por gramo = Z.Na/A
Número de electrones por cm3 (Ne) = (Z.Na/A). ρb
(a)
La densidad del electrón (ρe) = 2Ne/Na
(b)
Combinando (a) y (b) se obtiene
ρe=(2.Z/A). ρb
Para la mayoría de los elementos que encontramos en el subsuelo, se tiene que el
numero de protones ≈ numero de neutrones
A ≈2.Z
(c)
Combinando (b) y (c) se obtiene que
la densidad del electrón (ρe) ≈ verdadera densidad de la formación (ρb)
ρb ≈ ρe
PRINCIPIO FÍSICO DE LOS REGISTROS DE DENSIDAD Y PEF
Una herramienta con una fuente
de rayos gamma químicos (662
KeV) y detectores de rayos gamma
son colocados frente a la
formación. Los rayos gamma
emitidos por la fuente interactúan
con la formación (absorción
fotoeléctrica
y
Dispersión
Compton) y retornan a los
detectores.
La probabilidad de absorción que
ocurre en conocida como la
sección transversal de absorción
fotoeléctrica de la formación.
Los rayos gamma dispersados al interactuar con la formación son
detectados por el detector scintillator el cual convierte los rayos gamma en
una señal eléctrica. La señal eléctrica es proporcional a la energía
detectada de rayos gamma.
Los pulsos eléctricos son analizados y convertidos en cuentas de rayos
gamma recibidos por segundo versus sus energías. El numero de rayos
gamma en la región A esta referido a la cantidad de absorción fotoeléctrica,
mientras que la región B se relaciona con la cantidad de dispersión
Compton que ocurre en la formación.
PRINCIPIO FÍSICO DE LOS REGISTROS DE DENSIDAD Y PEF
Cuando la densidad de la formación aumenta, las cuentas a lo largo de
espectro de energía disminuye. Entonces, la densidad de la herramienta
utiliza el espectro de rayos gamma y un algoritmo para determinar la
densidad aparente de la formación (ρb)
PRINCIPIO FÍSICO DE LOS REGISTROS DE DENSIDAD Y PEF
Si la densidad de la formación se mantiene constante y el factor
fotoeléctrico (PEF) incrementa, el espectro de energía disminuye en la
zona de baja energía. Esto es indicativo que el PEF es inversamente
proporcional al numero de rayos gamma en la zona de menor energía.
CARACTERISTICAS DE LAS HERRAMIENTAS DE DENSIDAD Y PEF
Desde que las herramientas de densidad fueron desarrolladas,
siempre han sido utilizadas como parte integral de un set de registro
convencional. Casi todo pozo evaluado en la actualidad es registrado con
algún tipo de registro de densidad. La herramienta FDC es la herramienta
mas antigua con ningún analizador de espectro de energía. Las
herramientas LDT y TLD tienen un analizador de espectros de energía de
los rayos gamma detectados y permite obtener el PEF de la formación
CARACTERISTICAS DE LAS HERRAMIENTAS DE DENSIDAD Y PEF
Dos herramientas de pozo utilizadas comúnmente son:
• LDT tiene una fuente de rayos gamma (Cesio137) y dos detectores
• TLD tiene un detector adicional ubicado muy cerca de la fuente para
producir altas tasas de rayos gamma que permiten un mejoramiento
de la variación estadística de los datos recibidos.
Ambas herramientas poseen un patín que permite que la fuente y
detectores estén en contacto con la formación.
CARACTERISTICAS DE LAS HERRAMIENTAS DE DENSIDAD Y PEF
Espaciamiento de los detectores
y volumen de investigación
El espaciamiento entre la fuente y el
detector
deben
ser
lo
suficientemente grande para permitir
que los rayos gamma tengan
múltiples interacciones con los
electrones de la formación, sin
embargo, si están muy espaciados
para que los mismos no pierdan su
energía antes de llegar al detector.
La herramienta incorpora mas de un
detector. Cada espaciamiento entre
la fuente y detectores resulta en
diferentes
profundidades
de
investigación
que
permiten
compensar los efectos del lodo y
revoque.
CARACTERISTICAS DE LAS HERRAMIENTAS DE DENSIDAD Y PEF
Calibración de la Herramienta
Tanque de Calibración de una herramienta de Neutrón
La calibración primaria de la herramienta
de densidad se realiza en unos tanques
con roca caliza de densidad conocida
y100% saturada de agua fresca. La
calibración en campo se lleva a cabo con
unos bloques de calibración de aluminio y
magnesio
APLICACIÓN DE LAS HERRAMIENTAS DE DENSIDAD Y PEF
REGISTRO PEF
Indicador de litología para:
• Matriz mono mineral (Solo PEF)
• Matriz con 2 minerales (en combinación con el densidad)
• Matriz con 3 minerales (en combinación del densidad y neutrón)
• Identificación de minerales de arcillas (en combinación con un
registro de rayos gamma espectral)
REGISTRO DE DENSIDAD
• Determinar Porosidad
• Determinación de propiedades acústicas y mecánicas de las rocas (en
combinación con una herramienta sónica)
• Identificación de gas (en combinación con la herramienta de neutrón)
• Determinación de la litología (en combinación con una herramienta de
neutrón)
CORRECCIONES AMBIENTALES DE LAS HERRAMIENTAS DEL DENSIDAD
Efectos de la litología
Corrección de las medidas de densidad de la herramienta
El algoritmo usado por la herramienta que arroja el valor de ρa no es
perfecto. Es necesario realizar una corrección para obtener la densidad
verdadera de la formación ρb. ρb = ρa son iguales en el caso de una caliza
100% saturada de agua.
CORRECCIONES AMBIENTALES DE LAS HERRAMIENTAS DEL DENSIDAD
Efectos del revoque
DETERMINACIÓN DE POROSIDAD
Densidad leída
Densidad del fluido
Porosidad
Densidad de la Matriz
Las herramientas de densidad miden porosidad primaria y secundaria
DETERMINACIÓN
DE POROSIDAD
DETERMINACIÓN
DE LA MATRIZ
DETERMINACIÓN DEL TIPO DE MINERAL DE ARCILLA
LIMITACIONES DEL REGISTRO DE DENSIDAD
• LITOLOGIA
1. La densidad de la matriz tiene que ser conocida, (determinarla a
partir de PEF o análisis de núcleos)
2. El volumen de arcilla y la densidad de las arcillas debe ser conocido
para determinar la porosidad con precisión.
• TIPO DE FLUIDO
1. El petróleo ó gas residual ocasiona que la densidad leída será
ligeramente menor (mayor porosidad) debido a la baja densidad del
petróleo con respecto al petróleo ó gas.
LIMITACIONES DEL REGISTRO DE PEF
1. Presencia de Barita en el lodo
2. Presencia de un alto espesor del revoque
3. Pobre calidad del hoyo (derrumbes y rugosidad)
ρb = ρf Φ + ρma (1 – Φ)
Φd = (ρma – ρb)/(ρma – ρf)
Φd (Matriz Dolomía)
Φd (Matriz Caliza)
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Grupo 6
Densidad
- PEF
Neutrón
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REGISTRO NEUTRÓN
Los Registros Neutrónicos son registros de porosidad que miden la concentración de hidrógeno en una formación. En
formaciones limpias (libres de arcilla, por ejemplo) donde la porosidad está llena de agua o petróleo, los registros
neutrónicos miden la porosidad llena de líquidos (ΦN, PHIN o NPHI), sin diferenciar los fluidos del espacio poroso del
agua cristalizada (agua ligada a las arcillas) ni del agua adherida a los granos.
Los registros neutrónicos son creados a partir de una fuente química en la herramienta neutrónica. Esta fuente química,
no natural, es usualmente una mezcla de americio y berilio los cuales emiten neutrones continuamente. Cuando estos
neutrones colisionan con el núcleo de la formación el neutrón pierde algo de su energía. Con suficientes colisiones, el
neutrón es absorbido por un núcleo y se emite un rayo gamma. Debido a que el átomo de hidrógeno es casi igual en
masa al neutrón, ocurre una pérdida máxima de energía cuando el neutrón colisiona con un átomo de hidrógeno. Por lo
tanto, la pérdida de energía está dominada por la concentración de hidrógeno en la formación. Debido a que el hidrógeno
en un medio poroso está concentrado en los poros llenos de fluido, la pérdida de energía se puede relacionar a la
porosidad de la formación.
Los primeros registros neutrónicos detectaban los rayos gamma que se producían de la captura de neutrones por los
núcleos de la formación. Inicialmente, cada compañía de registros tenía su propio sistema de calibración, pero
eventualmente el American Petroleum Institute (API) desarrolló sistemas de calibración estándares para las mediciones.
Generalmente estos registros se deplegaban en cuentas por segundos (cps) o Unidades Neutrónicas API en vez de
porosidad. La respuesta del registro neutrónico es inversamente proporcional a la porosidad de manera que unidades
bajas de medición corresponden a porosidades altas y viceversa. El registro neutrónico más comúnmente usado es el
Registro de Neutrón Compensado que tiene una fuente de neutrones y dos detectores. Su ventaja principal es que son
menos afectados por la irregularidad del hoyo y que directamente muestra valores de porosidad, la cual puede ser
grabada en unidades de porosidad de caliza, arenisca y dolomía aparente.
REGISTRO NEUTRÓN
CARACTERISTICAS DE LAS HERRAMIENTAS DE NEUTRÓN
CARACTERISTICAS DEL REGISTRO NEUTRÓN
Efectos Secundarios
Efectos Ambientales
Hoyo agrandado: NPHI > PHI real
Revoque: NPHI < PHI real
Salinidad del hoyo: NPHI < PHI real
Salinidad de la formación: NPHI > PHI real
Peso del lodo: NPHI < PHI real
Presión: NPHI > PHI real
Temperatura: NPHI < PHI real
Efectos en la Interpretación
Arcillosidad: NPHI > PHI real en zonas arcillosas. Las herramientas de Neutrones Termales son
más afectadas (leen mayores valores) que las de Neutrones Epitermales.
Gas: NPHI < PHI real en zonas gasíferas.
Litología: En general, para los registros grabados en unidades de caliza, si la litología real es
arenisca, la porosidad del registro es menor que la porosidad verdadera, y si la litología real es
dolomía, la porosidad es mayor que la porosidad real.
CARACTERISTICAS DEL REGISTRO NEUTRÓN
Correcciones ambientales
-Diámetro de hoyo
-Peso del lodo
-Revoque
-Salinidad en el hoyo
-Salinidad de la formación
-Distancia Herramienta – Pared del Hoyo (Standoff)
-Presión
-Temperatura
-Excavación
-Litología
Control de calidad
-La porosidad neutrón debe ser igual a la porosidad densidad en formaciones limpias y acuíferas, cuando se
ha corregido apropiadamente por litología
-Los valores de porosidad neutrón de las lutitas deben ser similares a los de las mismas lutitas en los pozos
cercanos
-Revisar la repetibilidad; las curvas deben tener los mismos valores y carácter que aquellos de las corridas
previas o secciones repetidas.
-Revisar el carácter de la curva con otras curvas de la misma corrida de registros.
PRINCIPIO FÍSICO DEL REGISTRO NEUTRÓN
El registro neutrón mide la radiación inducida de la formación,
producida al bombardear a la formación con electrones de
rápido movimiento. La herramienta responde principalmente al
hidrógeno presente en la formación.
Los neutrones son partículas eléctricamente neutras con una
masa casi idéntica a la masa de un átomo de hidrógeno. Los
neutrones de alta energía emitidos hacia la formación pierden
su energía en forma proporcional a la masa relativa de los
núcleos con los cuales colisionan en la formación. Las
mayores pérdidas de energía ocurren cuando el neutrón
colisiona con un núcleo de prácticamente igual masa, por
ejemplo el hidrógeno. En pocos microsegundos, los neutrones
han disminuido su velocidad por sucesivas colisiones a
velocidades térmicas que corresponden a energías de
aproximadamente 0,025 electronvoltios (eV).
Luego ellos se dispersan aleatoriamente hasta que son capturados por el núcleo de átomos
como el de cloro, hidrógeno, sílice y otros más. Los núcleos “capturadores” se excitan
intensivamente y emiten un rayo gamma de captura de alta energía. Dependiendo del tipo de
herramienta neutrónica, se contabiliza en un detector de la herramienta o estos rayos gamma de
captura o los mismos neutrones.
PRINCIPIO FÍSICO DEL REGISTRO NEUTRÓN
Cuando la concentración de hidrógeno del material circundante a la
fuente neutrónica es grande, la mayoría de los neutrones pierden
velocidad y son capturados a una corta distancia de la herramienta.
Sin embargo, si la concentración de hidrógeno es pequeña, los
neutrones viajan más lejos de la fuente antes de ser capturados. De
acuerdo a esto, la tasa de cuentas en el detector aumenta para
concentraciones de hidrógeno reducidas y disminuye con la creciente
concentración de hidrógeno. La porosidad basada en el conteo de
neutrones está dada por:
N = a – b*log(Φ)
Donde N es el número de electrones lentos contados, a y b son
constantes empíricas determinadas por una calibración apropiada (en
matriz caliza o arenisca) y Φ es la porosidad.
Dos factores adicionales se deben considerar en la interpretación de
registros neutrónicos: Primero, la presencia de arcillas indicará una
alta porosidad neutrón debido al agua ligada a las arcillas. Segundo,
debido a la menor concentración de hidrógeno en el gas que en el
petróleo o en el agua, una zona contentiva de gas indicará una
porosidad neutrón que es menor de lo que debería ser.
PRINCIPIO FÍSICO DEL REGISTRO NEUTRÓN
Las herramientas neutrónicas miden es un índice de hidrógeno, el cual es la cantidad de
hidrógeno por unidad de volumen. El agua fresca está definida con un índice de hidrógeno igual a
1, por lo tanto, el petróleo tiene un índice de hidrógeno ligeramente menor que el del agua y el
del gas es aún mucho menor. En una formación, los fluidos en los poros contienen hidrógeno.
PRINCIPIO FÍSICO DEL REGISTRO NEUTRÓN
Las primeras herramientas usaban una fuente química y empleaban un único detector que medía
los Rayos Gamma de Captura. La segunda generación era un dispositivo epitérmico montado en
una almohadilla. La tercera generación es el Neutrón Compensado (CNT), ya con dos detectores
que pueden medir la región epitermal o termal según el diseño de la herramienta. Y la última
herramienta es la Sonda de Porosidad por Acelerador (APS), que usa una fuente electrónica para
los neutrones y mide la región epitermal.
33
FACTORES QUE AFECTAN AL REGISTRO NEUTRÓN
Hay dos factores que afectan la
medición del neutrón en la formación:
-El cloro en el agua de formación
-La sección de captura de la matriz de la
roca (Sigma).
El método de corrección por salinidad
más simple es asumir que la matriz es
limpia y que el Sigma de la matriz es
conocido, esto deja a la salinidad
(filtrado de lodo) como la única variable.
La solución completa es medir el Sigma
total de la formación y usar esta
medición para calcular la corrección. La
corrección puede ser mayor pero no es
aplicada en el campo debido al
desconocimiento de la litología, por lo
tanto el Sigma es desconocido; por eso
sólo se toma en cuenta en la fase de
interpretación.
• Arcillosidad
Alta porosidad frente a formaciones arcillosas o arenas arcillosas
Fresca
Sin efecto en la Porosidad Neutrón
Salina
Baja la Porosidad Neutrón
Agua
• Tipo de fluido
Petróleo
Poco o nada de efecto en la Porosidad Neutrón
Gas
Porosidad Neutrón muy baja
• Compactación
La Porosidad Neutrón no es afectada
• Porosidad Secundaria
El CNL mide la Porosidad Total (Primaria + Secundaria)
• Efecto de forma del pozo
Mínimo efecto
• Correcciones ambientales Temperatura, presión de Fm, salinidad del agua de Fm y del
lodo, peso del lodo
DETECCIÓN DE CAPAS DE GAS (NEUTRÓN-DENSIDAD)
El intervalo desde 14.601 a
14.624 pies muestra la
respuesta de rayos gamma
bajo,
típica
de
un
yacimiento y el cruce
densidad-neutrón
(NPHI<DPHI) es típico de
una zona contentiva de
gas.
Las
curvas
de
porosidad
neutrón
y
densidad
están
referenciadas a la litología
de la zona.
Nota: las curvas grabadas
en unidades de caliza
aparente muestran un falso
cruce en una arenisca,
debido al efecto litológico.
La lista que se muestra indica los
resultados
en
6
profundidades
obtenidas de un registro de densidad
y uno de neutrón. Asumiendo que la
formación es porosa y sus poros
llenos de líquidos y que la matriz esta
constituida por 2 minerales. Determine
la litología, proporción de cada mineral
y la porosidad.