Oilfield Review Spanish

Françoise Allioli
Valentin Cretoiu
Marie-Laure Mauborgne
Clamart, Francia
Una nube de rayos gamma provee la densidad
de la formación durante la perforación
Mike Evans
Sugar Land, Texas, EUA
Roger Griffiths
Petaling Jaya, Malasia
Fabien Haranger
Christian Stoller
Princeton, Nueva Jersey, EUA
Doug Murray
Abu Dhabi, Emiratos Árabes Unidos
Las cuestiones de salud, seguridad y medio ambiente incentivaron a las compañías
de servicios a buscar alternativas con respecto a las fuentes tradicionales de
adquisición de registros (perfilaje) utilizadas para la obtención de mediciones de
densidad de las formaciones. Recientemente, los científicos desarrollaron una
medición LWD confiable que utiliza un generador de neutrones pulsados similar a los
desplegados durante décadas en las herramientas de perfilaje operadas con cable.
Nicole Reichel
Stavanger, Noruega
Traducción del artículo publicado en Oilfield Review
Verano de 2013: 25, no. 2.
Copyright © 2013 Schlumberger.
Por su colaboración en la preparación de este artículo,
se agradece a Doug Aitken, Sugar Land, Texas.
EcoScope y NeoScope son marcas de Schlumberger.
1. En este artículo, por fuente se entiende un dispositivo
de radioisótopos utilizado en las herramientas de
adquisición de registros petrofísicos, que emite
radiaciones ionizantes.
2. El radioisótopo 137Cs tiene una vida media de 31,17 años
y emite rayos gamma con un nivel de energía promedio
de 662 keV.
3. Un becquerel o berquelio (Bq) es la actividad de una
cantidad de material radioactivo con decaimiento de un
núcleo por segundo. Previo a la adopción del Bq como
unidad SI de medición estándar, la radioactividad se
expresaba en curios (Ci). Un curio representa la
radioactividad de 1 g del isótopo del elemento químico
radio 226Ra. 1 GBq = 0,027027 Ci.
4. Evans M, Allioli F, Cretoiu V, Haranger F, Laporte N,
Mauborgne M-L, Nicoletti L, Reichel N, Stoller C, Tarrius
M y Griffiths R: “Sourceless Neutron-Gamma Density
(SNGD): A Radioisotope-Free Bulk Density Measurement:
Physics, Principles, Environmental Effects, and
Applications,” artículo SPE 159334, presentado en la
Conferencia y Exhibición Técnica Anual de la SPE,
San Antonio, Texas, EUA, 8 al 10 de octubre de 2012.
5. Reichel N, Evans M, Allioli F, Mauborgne M-L, Nicoletti L,
Haranger F, Laporte N, Stoller C, Cretoiu V, El Hehiawy E
y Rabrei R: “Neutron-Gamma Density (NGD): Principles,
Field Test Results and Log Quality Control of a
Radioisotope-Free Bulk Density Measurement,”
Transcripciones de 53o Simposio Anual de Adquisición
de Registros de la SPWLA, Cartagena, Colombia,
16 al 20 de junio de 2012, artículo GGG.
6. Para obtener más información sobre los generadores de
neutrones pulsados, consulte: Adolph B, Stoller C, Archer
M, Codazzi D, el-Halawani T, Perciot P, Weller G, Evans
M, Grant J, Griffiths R, Hartman D, Sirkin G, Ichikawa M,
Scott G, Tribe I y White D: “Evaluación de formaciones
durante la perforación,” Oilfield Review 17, no. 3
(Invierno de 2005/2006): 4–25.
7. La expresión sin fuentes indica que para esta medición
no se utilizan fuentes de radioisótopos.
4
Los registros de densidad de la formación hicieron su aparición a mediados de la década de 1950.
En el año 1951, Henri Doll, un investigador científico de Schlumberger a quien se le atribuye el
desarrollo de la medición de densidad y de muchas
otras mediciones petrofísicas utilizadas en nuestros días, obtuvo una patente por ese concepto.
La herramienta de densidad de formación que
ayudó a diseñar, utiliza una fuente de radioisótopos que emite rayos gamma y luego cuenta aquellos rayos gamma que retornan a la herramienta
después de atravesar la formación. Recientemente,
se introdujo una nueva técnica que elimina la
fuente tradicional de rayos gamma en las aplicaciones de perfilaje durante la perforación (LWD).
Las herramientas de densidad eran conocidas
originalmente como dispositivos de densidad
gamma-gamma (GGD) porque los rayos gamma
eran emitidos desde una fuente de perfilaje y luego
la herramienta contaba los rayos gamma de retorno
que pasaban a través de la formación.1 Si bien los
instrumentos y componentes electrónicos utilizados para el conteo de esos rayos gamma de retorno
experimentaron cambios evolutivos durante la
última mitad del siglo, la fuente de emisión sigue
siendo un requerimiento fundamental para la adquisición de registros de la densidad de la formación.
Las herramientas tradicionales de medición
de la densidad de la formación LWD y operadas
con cable utilizan una fuente de cesio [137Cs] que
emite rayos gamma.2 Para efectuar una medición
estadísticamente precisa, se utiliza normalmente
una intensidad de fuente de emisión de 63 gigabequereles (GBq) o superior.3 Las herramientas
de densidad no son las únicas que utilizan fuentes de emisión para las mediciones petrofísicas.
Las mediciones tradicionales del registro de
porosidad-neutrón termal emplean fuentes de
americio, berilio [241AmBe] para generar los neutrones utilizados en la medición.
Las compañías de servicios realizan grandes
esfuerzos para minimizar los riesgos asociados
con la utilización de fuentes químicas. Estos dispositivos deben ser manipulados con precaución
para evitar problemas de salud, seguridad y
medioambiente.4 En numerosas localizaciones de
todo el mundo, se está desalentando o incluso prohibiendo el empleo de materiales de fuentes tradicionales. En respuesta a ello, las compañías de
servicios han procurado desarrollar alternativas
con respecto a las herramientas que requieren
fuentes químicas.5 Los generadores de neutrones
pulsados (PNGs) están reemplazando en forma
creciente a las fuentes de neutrones 241AmBe,
tanto en las aplicaciones LWD como en las herramientas operadas con cable.6
Los PNGs producen neutrones rápidos de alta
energía utilizando un acelerador de partículas
cargadas. Las colisiones inelásticas entre estos
neutrones rápidos y Ios núcleos de varios átomos
que se encuentran en los minerales y los fluidos
de formación pueden llevar esos núcleos a un
estado excitado. Generalmente, los núcleos retornan al estado fundamental mediante la emisión
de uno o más rayos gamma. Estos rayos gamma
forman una nube que puede actuar como una
fuente distribuida en la formación. Los rayos
gamma experimentan un proceso de atenuación
Oilfield Review
a medida que viajan por la formación. Al igual
que sucede con una fuente de radioisótopos, la
atenuación de estos rayos gamma depende principalmente de la densidad de electrones de los
materiales que conforman la formación.
Los científicos desarrollaron una técnica que
se vale de la nube de rayos gamma distribuidos
para computar la densidad de la formación, si
bien tuvieron que desarrollar primero un método
que modelara con precisión el transporte de
rayos gamma desde la formación hasta uno o más
detectores de una herramienta. La medición de
la densidad volumétrica resultante es similar a la
obtenida con una herramienta GGD, pero se basa
en los rayos gamma inducidos por los neutrones.
La densidad derivada con esta técnica se conoce
como medición de rayos gamma, densidad y
neutrón sin fuentes de radioisótopos (SNGD).
Este artículo presenta la teoría de las mediciones SNGD y analiza algunas de las ventajas de
Volumen 25, no.2
una herramienta de densidad LWD sin fuentes.7
Los resultados de campo convalidan esta nueva
técnica.
Tan bajo como sea razonablemente posible
Las fuentes tradicionales utilizadas para el análisis petrofísico se encuentran protegidas y aisladas durante su transporte hacia y desde los
equipos de perforación y se almacenan en blindajes que protegen al personal contra la exposición.
Los recipientes de presión que alojan los elementos radioactivos están fabricados con materiales
diseñados para proteger las fuentes de los daños
mecánicos y de la corrosión en el ambiente riguroso del pozo. Durante la inserción de una fuente
en una herramienta de perfilaje, los trabajadores
cumplen con prácticas de seguridad estrictas
para eliminar la posibilidad de exposición.
Cuando la herramienta se baja por debajo del
piso de perforación, el riesgo potencial de exposi-
ción humana la acompaña. Las fuentes deben ser
manipuladas con cuidado, pero cuando se respetan las precauciones de seguridad establecidas,
el riesgo de exposición es bajo.
En los primeros días de la era nuclear, que
coincidieron con el desarrollo de muchas de las
herramientas utilizadas en el análisis petrofísico,
las prácticas de seguridad relacionadas con las
radiaciones se focalizaban en el tiempo, la distancia y el blindaje: minimizar el tiempo de exposición,
conservar la máxima distancia razonable respecto de las fuentes de radiación y mantener barreras (blindaje) entre las personas y el material.
Estos principios se siguen aplicando actualmente
cuando se trabaja con fuentes tradicionales, y se
han establecido límites de exposición para asegurar la salud y la seguridad de los trabajadores que
manipulan estos materiales en forma rutinaria.
Además, los trabajadores son monitoreados exhaustivamente para determinar los niveles de exposición.
5
Generador de neutrones pulsados
Controles
Interruptor
de puesta en
marcha/detención
n
Fuente de iones
Suministro
de alto voltaje
Objetivo
Alimentación
principal
n
p+
+
Deuterio
2H
n n
p+
n n
p+ p+
Tritio
Helio
3H
4He
+
n
Neutrón
n
Energía
cinética
+
E (17,6 MeV)
> Generador de neutrones pulsados (PNG). Los generadores PNG son aceleradores de partículas
autónomos que producen neutrones utilizando una reacción de fusión. Un potencial de alto voltaje
acelera los isótopos ionizados de deuterio y tritio del hidrógeno hacia un objetivo impurificado
con tritio (extremo superior). La reacción de fusión (extremo inferior) se traduce en la producción de
un núcleo de 4He y un neutrón. La energía de la reacción se transfiere a la energía cinética de las dos
partículas y se convierte en calor cuando las partículas se detienen en la materia. Los neutrones
abandonan la reacción con una velocidad muy alta, teniendo una energía cinética de aproximadamente
14 MeV del total de 17,6 MeV liberados. Cuando la alimentación principal se desconecta, el generador
PNG no produce ningún neutrón.
No obstante, las observaciones de los efectos Los científicos e ingenieros desarrollaron los pria largo plazo que produce en los seres humanos la meros PNGs en la década de 1950. Desde entonradiación proveniente de la detonación en la ces, estos dispositivos han sido adoptados para
superficie de dispositivos nucleares, indujeron a muchas aplicaciones de fondo de pozo, incluidas
los científicos a desarrollar una nueva metodología las herramientas de porosidad-neutrón, las herrapara abordar la exposición humana. El concepto mientas de evaluación de formaciones en pozo
tan bajo como sea razonablemente posible (ALARA) entubado y los servicios de captura y espectroscosurgió como el estándar para los reguladores. pía inelástica.
Los PNGs surgieron como una alternativa viaSu objetivo, es decir eliminar la exposición donde
y siempre que sea posible, impulsó a las compa- ble a las fuentes de 241AmBe. En lo que respecta a
ñías de servicios a investigar alternativas con las operaciones LWD, se han desarrollado turborespecto a las fuentes tradicionales tales como generadores que suministran la energía eléctrica
137Cs y 241AmBe. Un PNG es un ejemplo de alterde fondo de pozo necesaria para operar los PNGs.
Este avance permitió a los ingenieros de diseño
nativa a las fuentes tradicionales.8
Un PNG es un generador de partículas diminutas. incorporar los PNGs en aplicaciones tales como
El deuterio [2H] y el tritio [3H] se aceleran hacia el servicio multifuncional de adquisición de
registros durante la perforación EcoScope y la
un objetivo impurificado con tritio, y se
liberanReview
Oilfield
neutrones de alta energía (aproximadamente
SPRING 13 herramienta NeoScope.9 Los intentos para reemNeoScope
1 las fuentes de 137Cs de las herramientas
14 MeV) (arriba). Si no están eléctricamente
ener- Fig.
plazar
13-NEOSCP
1
gizados, los PNGs no emiten radiacionesORSPG
externas.
GGD utilizadas
para la obtención de mediciones
Mediciones basadas
en el generador PNG
Otras mediciones
Densidad-neutrón-rayos gamma
Resistividad de arreglo
Rayos gamma azimutales
Porosidad-neutrón
Calibrador ultrasónico dual
Inclinación cercana a la barrena
Espectroscopía
Presión anular durante
la perforación
Impactos y vibraciones triaxiales
Parámetro sigma
Temperatura
de la densidad de la formación, considerada por
muchos geocientíficos uno de los parámetros más
cruciales para la determinación cuantitativa de
la porosidad de la formación, recién experimentaron un éxito similar hace poco tiempo.
Los científicos no han podido reemplazar las
mediciones dependientes de las fuentes de 137Cs
por numerosos motivos. Uno de ellos es que no
existe un generador de rayos gamma electrónico
comparable y además el reemplazo de otras fuentes se consideraba una prioridad más acuciante.
La vida media del 241AmBe es de 432 años, mucho
más larga que la vida media del 137Cs de aproximadamente 30 años. La actividad de una fuente de
241AmBe es mayor y además más difícil de blindar.10
Si una herramienta de perfilaje LWD se atasca en
un pozo, los operadores deben asegurarse de que
la fuente permanezca en su lugar, intacta y aislada
durante cientos o incluso miles de años. La vida
media más corta del 137Cs y su radiotoxicidad más
baja no eliminan el riesgo pero, en comparación
con el 241AmBe, existen menos posibilidades de
que se registren consecuencias en el largo plazo.11
Para mitigar los riesgos asociados con las
fuentes de 241AmBe, algunos operadores optaron
por utilizar exclusivamente herramientas de
porosidad-neutrón LWD y operadas con cable,
basadas en el generador PNG, en vez de herramientas con fuentes tradicionales. Además, la
perspectiva de que algunos países ordenen la eliminación de todas las fuentes tradicionales constituye una preocupación tanto para los operadores
como para las compañías de servicios.
Otra de las razones de la demora en el reemplazo de las fuentes utilizadas para las mediciones
de densidad es que la densidad volumétrica resultante de las mediciones GGD constituye un parámetro petrofísico bastante directo que ha sido
aceptado por la comunidad de interpretación
desde hace varias décadas. El reemplazo de las
herramientas GGD por herramientas SNGD agrega
una mayor complejidad e introduce ciertas diferencias en la física de las mediciones.12 En conse-
Detector cercano
de neutrones epitermales
Detector de rayos gamma
con espaciamiento corto
Detectores lejanos
de neutrones termales
Detector de rayos gamma
con espaciamiento largo
Generador de
neutrones pulsados
Detector de flujo
de neutrones
Detectores cercanos
de neutrones termales
> Herramienta de adquisición de registros LWD NeoScope y sus capacidades. Los ingenieros diseñaron la herramienta NeoScope (abajo) con diversas mediciones
petrofísicas colocadas en un solo collar de 7,6 m [25 pies]. La tabla (arriba) resume las capacidades de la herramienta.
6
Oilfield Review
Algo más que la densidad
Los científicos que desarrollaron el modelo SNGD
trabajaron junto con los ingenieros para incluir
este nuevo concepto de diseño en el servicio de
evaluación de formaciones durante la perforación sin fuentes químicas NeoScope. En la plata8. Para obtener más información sobre las fuentes
radioactivas utilizadas en las herramientas de perfilaje,
consulte: Aitken JD, Adolph R, Evans M, Wijeyesekera
N, McGowan R y Mackay D: “Radiation Sources in
Drilling Tools: Comprehensive Risk Analysis in the
Design, Development and Operation of LWD Tools,”
artículo SPE 73896, presentado en la Conferencia
Internacional sobre Salud, Seguridad y Medioambiente
en la Exploración y Producción de Petróleo y Gas de la
SPE, Kuala Lumpur, 20 al 22 de marzo de 2002.
9. Japan Oil, Gas and Metals National Corporation
(JOGMEC), antes Japan National Oil Corporation
(JNOC), y Schlumberger colaboraron en un proyecto
de investigación para desarrollar la tecnología LWD
que reduce la necesidad de utilizar fuentes químicas
tradicionales. Diseñados en torno al generador de
neutrones pulsados (PNG), los servicios NeoScope
y EcoScope utilizan la tecnología resultante de este
proyecto de colaboración. La herramienta PNG y la
serie de mediciones integrales en un solo collar son
los componentes clave de los servicios NeoScope y
EcoScope que proveen tecnología LWD revolucionaria.
10. Las fuentes que emiten rayos gamma pueden ser
blindadas utilizando plomo, aunque el plomo no
constituye un blindaje efectivo para los neutrones.
Los blindajes para las fuentes de neutrones
generalmente contienen polietileno.
11. Aitken et al, referencia 8.
12. En ciertas regiones, los operadores consideran la
medición de la anhidrita una convalidación de una
calibración de herramientas correcta. Este valor —una
densidad de 2,98 g/cm3— está fuera del rango de
densidad de formación citado de las mediciones SNGD.
13. El generador PNG utilizado en la herramienta NeoScope
contiene una pequeña cantidad —1,6 Ci— de tritio, un
radioisótopo del hidrógeno. La vida media del tritio es de
12,3 años. El tritio se utiliza también en conjunto con el
fósforo en las esferas de los relojes luminosos y en las
señales de salida de los edificios.
14. Mediciones colocadas significa que las mediciones
múltiples provienen del mismo punto de la herramienta
o que provienen de la misma herramienta.
Volumen 25, no.2
forma NeoScope se encuentran incorporadas seis
mediciones petrofísicas —SNGD, porosidad-neutrón, espectroscopía de captura elemental, parámetro sigma, resistividad y rayos gamma naturales
azimutales— colocadas en un solo collar relativamente corto (página anterior, abajo). La herramienta LWD NeoScope se encuentra ubicada
generalmente cerca de la barrena y proporciona a
los ingenieros de posicionamiento de pozos datos
de geonavegación anticipados y precisos. El posicionamiento cerca de la barrena permite que la
herramienta adquiera mediciones cuando la invasión del fluido de perforación todavía es mínima, lo
que simplifica aún más el modelado y la interpretación de los datos. Esto resulta especialmente importante para las mediciones del parámetro sigma.
La herramienta NeoScope también contiene sensores para medir el tamaño del pozo, la presión y la
temperatura anular, la inclinación del pozo cerca de
la barrena, y los impactos y vibraciones triaxiales.
La herramienta NeoScope efectúa mediciones colocadas.14 Además de las mediciones colocadas y cercanas a la barrena, el diseño de la
herramienta NeoScope ofrece otras ventajas; las
mediciones SNGD poseen una profundidad de
investigación (DOI) mayor que la de las herramientas GGD tradicionales y dependen menos
del contacto con la pared del pozo para la obtención de mediciones exactas. Incluso, una separación pequeña para las herramientas GGD puede
traducirse en mediciones comprometidas, y la
rugosidad del pozo siempre ha sido problemática
para las herramientas tradicionales de medición
de la densidad (abajo).
La medición SNGD se coloca con las otras
mediciones basadas en neutrones y las mediciones de resistividad. Las sartas de perfilaje convencionales a menudo poseen herramientas
independientes para cada medición. La colocación de las mediciones reduce los efectos del
movimiento irregular de la herramienta, que
puede producir la desalineación de los puntos de
referencia de la profundidad. Además, la colocación simplifica la interpretación porque los sensores miden simultáneamente el mismo volumen
de formación bajo idénticas condiciones estáticas y dinámicas.
El servicio NeoScope mide las propiedades
petrofísicas basadas en neutrones, además de la
densidad volumétrica. La mayor parte de los
datos de porosidad-neutrón, históricos y obtenidos con herramientas operadas con cable, provienen de herramientas que utilizan fuentes de
241AmBe; el servicio NeoScope provee una medición comparable de neutrones termales. El índice
de hidrógeno (HI) de la formación, que constituye
la base del cálculo de la porosidad-neutrón, también es una medición de la herramienta. Las tasas
de conteo de neutrones en los detectores cercanos y lejanos de helio-3 se utilizan para determinar
el HI y la medición de la porosidad-neutrón termal.
En comparación con la medición tradicional de la
porosidad-neutrón termal, este HI basado en el
generador PNG es menos sensible a las condiciones ambientales. El parámetro sigma —otro dato
provisto por la herramienta NeoScope— es la sección transversal macroscópica de captura de neutrones termales de la formación. Se trata de una
1,0
Vista
en planta
0,8
Fracción de respuesta
cuencia, los científicos han invertido considerable
tiempo y recursos para comprender la física involucrada en la utilización de rayos gamma inducidos para las mediciones de densidad. En el año
2005, los científicos e ingenieros de Schlumberger
introdujeron los algoritmos necesarios para computar una medición SNGD y pudieron demostrar
que era posible producir una medición de densidad sin fuentes químicas que replicara las mediciones de densidad de formación tradicionales.
Siete años después, introdujeron la primera herramienta comercial de densidad y rayos gamma de la
industria del petróleo y el gas basada en el generador PNG. Esta herramienta proporciona mediciones de la densidad volumétrica de alta calidad,
comparables con las de las herramientas GGD
tradicionales. Dado que la técnica utiliza un
generador PNG en lugar de una fuente tradicional, la herramienta cumple con los objetivos
ALARA.13
Pozo
0,6
Densidad
azimutal
0,4
Profundidad
de investigación
Datos GGD
Datos SNGD
Volumen de
mediciones SNGD
0,2
0
0
2
4
6
8
10
12
Profundidad en la formación, pulgadas
> Mayor profundidad de investigación (DOI) de las mediciones SNGD. Las mediciones GGD tradicionales,
tales como las obtenidas con las herramientas de densidad azimutal LWD, leen sólo a lo largo de una
distancia de unas pocas pulgadas en la formación (izquierda, rojo) y poseen una apertura de medición
estrecha (derecha). La rugosidad del pozo puede incidir negativamente en la calidad de la medición.
Si bien la medición SNGD (verde) posee una DOI mayor, que se traduce en una medición menos sensible
a la rugosidad y a la separación de la herramienta, carece de un componente azimutal.
7
Rayos gamma
Formación
Detectores
Fuente nuclear
Rayo gamma incidente
Rayo gamma
dispersado
e–
> Difusión Compton de rayos gamma. En el caso de las herramientas tradicionales de medición
Difusión Compton
de la densidad (izquierda),
los rayos gamma son emitidos por una fuente y luego interactúan con
la formación principalmente de tres maneras. La difusión Compton (derecha) es la interacción más
importante relacionada con las mediciones de la densidad volumétrica. La producción de pares y el
efecto fotoeléctrico (no mostrados) son las otras dos interacciones. En la mayoría de las situaciones
de perfilaje de pozos, la magnitud de la difusión Compton está relacionada con la densidad de
electrones de los átomos que componen los minerales y fluidos de la formación. La densidad de
electrones está directamente relacionada con la densidad volumétrica. La densidad volumétrica de
la formación se computa a partir del número de rayos que se desplazan desde la fuente, a través de
la formación y de regreso a los detectores. La densidad más alta se traduce en menos rayos gamma
de retorno en comparación con las mediciones obtenidas en formaciones de densidad más baja.
medición de la capacidad de la formación para
Rayo gamma
capturar,
absorber, neutrones termales,dispersado
y puede
Rayo gammao incidente
proporcionar un valor de saturación de fluido independiente de la resistividad en presencia de agua
e–
de formación salina. Los neutrones rápidos de alta
energía son emitidos por la herramienta, son desacelerados por las colisiones con los núcleos de los
elementos de la formación —principalmente el
hidrógeno— y luego son absorbidos por los átomos
y moléculas receptivos. Después de absorber estos
neutrones, se generan los rayos gamma de captura que luego son contados por los detectores.
La velocidad con la que los neutrones termales
son captados depende de la sección transversal
de captura —parámetro sigma— del elemento
que los absorbe.
La sección transversal de captura del cloro,
que es el absorbedor de neutrones más fuerte de
los elementos comunes que se encuentran en el
perfilaje de pozos, es más elevada que la del
petróleo o el gas. Si se conocen la porosidad y la
Oilfield Review
salinidad del SPRING
agua de 13
formación, se puede determinar la saturación
de
NeoScopeagua
Fig. a5 partir del parámeORSPG
5 se adquiere
tro sigma. Dado
que13-NEOSCP
la medición
cerca de la barrena, es posible determinar el
parámetro sigma en ausencia de invasión de filtrado de lodo. Esto establece un punto de referencia confiable para la comparación con los
futuros registros sigma de pozo entubado.
Una ventaja adicional del valor de saturación
de agua computado a partir de los datos sigma se
pone de manifiesto cuando se adquieren regis-
8
tros en pozos de alto ángulo. Cuando los pozos
horizontales y de alto ángulo atraviesan o se aproximan a planos de estratificación con contrastes
de resistividad, las mediciones de resistividad a
menudo exhiben lecturas anómalas. Dado que los
datos sigma no
son afectados
Oilfield
Review de manera similar
SPRING
por los límites
de las13capas, las mediciones de
NeoScope aFig.
5 de dichos datos
saturación computadas
partir
ORSPG
13-NEOSCP
pueden ser más
precisas
que los 5cálculos tradicionales basados en la ecuación de Archie.
En la medición SNGD no se encuentra incluida la
medición del factor fotoeléctrico (PEF). Las herramientas de densidad convencionales incluyen
este indicador de la litología para inferir la matriz
de la roca; un dato crucial para el cálculo de la
porosidad a partir de la densidad. Si bien el factor
PEF no se obtiene con la nueva técnica, la herramienta NeoScope provee datos de espectroscopía
de captura de neutrones que brindan información
de la composición elemental de la formación.
Estos datos ofrecen a los petrofísicos una determinación más confiable y precisa de la litología
que las mediciones PEF.
Los impulsores más importantes para el desarrollo de una herramienta de medición de la densidad sin fuentes químicas fueron los problemas
ambientales y de seguridad. En ciertas áreas del
mundo, las regulaciones impiden que los perforadores reingresen en un yacimiento en el que se
ha dejado una fuente tradicional en un arreglo de
perforación atascado. Dado que los generadores
PNG se encuentran inactivos y no pueden produ-
cir neutrones cuando cesa la circulación, a
menudo se permite que los operadores desvíen la
trayectoria de un pozo en el que se ha perdido
una herramienta sin fuentes.15
La naturaleza libre de radioisótopos del servicio NeoScope también resulta interesante en las
extensiones productivas no convencionales porque muchas de éstas se encuentran localizadas
cerca de centros poblacionales, en los que el
público está precavido acerca de la existencia de
fuentes tradicionales. Con el servicio NeoScope
no existe ninguna fuente tradicional, lo que elimina por completo su transporte y manipulación
en la localización del pozo. Además, el servicio
NeoScope proporciona imágenes de rayos gamma
naturales en tiempo real para direccionar el pozo,
datos de registros tipo triple-combo para el análisis
petrofísico e información litológica espectroscópica para evaluar con precisión la calidad prospectiva, pero no despierta la conciencia pública acerca
de la presencia de fuentes radioactivas.
10 6
Energía neutrónica, eV
Difusión Compton
10 4
Fuente
electrónica
Fuente
tradicional
Energía alta
Energía
neutrónica
que emite
la fuente
Energía intermedia
Región
inelástica
10 2
Energía epitermal
Rayo gamma
de captura
emitido
10 0
10 –2
Neutrones con
energía termal
Energía
termal
promedio
0,025 eV
200
400
Tiempo, μs
> La vida de un neutrón. Tanto las fuentes
electrónicas como las fuentes tradicionales
emiten neutrones rápidos de alta energía.
Los neutrones de la fuente electrónica PNG
utilizada en la herramienta NeoScope poseen
una energía cinética inicial de aproximadamente
14 MeV, pero en unos pocos microsegundos
alcanzan el nivel de energía termal
(aproximadamente 0,025 eV). Durante esos
primeros microsegundos, antes de que la energía
cinética de los neutrones caiga por debajo de
aproximadamente 1 MeV, los neutrones
experimentan colisiones inelásticas que
producen rayos gamma. Éstos son los rayos
gamma utilizados para el procesamiento SNGD.
Transcurridos varios microsegundos, los
neutrones alcanzan el nivel de energía termal
y finalmente son capturados. Los átomos de
captura generan rayos gamma para retornar
al estado fundamental.
Oilfield Review
Nada simple
La física de las mediciones de densidad de la formación con las herramientas GGD es relativamente directa. A medida que el 137Cs de una
fuente de perfilaje típica se desintegra, emite
aproximadamente 5,0 × 1010 rayos gamma/s
(RGs/s). Estos RGs interactúan con los electrones de los átomos presentes en la formación en
varias formas, pero fundamentalmente mediante
la difusión Compton (página anterior, izquierda).16
Estas interacciones hacen que la mayor parte de
los RGs sean absorbidos por la formación, pero
algunos retornan a los detectores de la herramienta localizada a una distancia fija de la fuente.
Las mediciones de densidad de la formación son
calculadas a partir del número de rayos gamma
que viajan desde la fuente hasta los detectores.
A partir del haz original de RGs emitidos por
la fuente, una pequeña fracción de los rayos
gamma dispersados —entre unos cientos y más
de 10 000 RGs/s— llega a los detectores. Las rocas
de alta densidad con poca porosidad hacen que
retornen a la herramienta menos RGs que las
rocas porosas rellenas con agua, petróleo o gas.
La producción de rayos gamma también puede
variar entre una fuente y otra. Como compensación por las diferencias en las eficiencias de las
fuentes y detectores individuales, cada herramienta es calibrada con respecto a una referencia
fija de modo que la herramienta proporciona el
valor correcto de densidad de fondo de pozo.
Como se indicó previamente, los ingenieros
han logrado desarrollar herramientas que reemplazan la fuente de 241AmBe por herramientas
basadas en el generador PNG tanto para las
mediciones de la porosidad-neutrón como para
15. En 1999, la Comisión Reguladora Nuclear de EUA (NRC)
modificó el reglamento existente para exceptuar los
generadores PNG de los procedimientos de abandono
de pozos aplicados a las fuentes de radioisótopos.
Para obtener más información, consulte: NRC:
“Regulatory Analysis of Energy Compensation Sources
for Well Logging and Other Regulatory Clarifications—
Changes to 10 CRF Part 39,” Oficina de Seguridad
Nuclear y Salvaguardias (Diciembre de 1999),
http://pbadupws.nrc.gov/docs/ML0036/ML003690515.pdf
(Se accedió el 29 de abril de 2013).
16. La difusión Compton se produce cuando un rayo gamma
choca con un electrón, transfiriendo parte de su
energía al electrón, a la vez que se dispersa con una
energía reducida. La difusión Compton depende de la
densidad de electrones del material. A medida que se
incrementa la densidad de electrones, aumenta la
atenuación de la energía de rayos gamma.
17. Los generadores PNG emiten neutrones rápidos con
una energía cinética de aproximadamente 14 MeV.
Los neutrones termales poseen una energía cinética
de aproximadamente 0,025 eV a temperatura ambiente.
18. Weller G, Griffiths R, Stoller C, Allioli F, Berheide M,
Evans M, Labous L, Dion D y Perciot P: “A New
Integrated LWD Platform Brings Next-Generation
Formation Evaluation Services,” Transcripciones del
46o Simposio Anual de Adquisición de Registros de
la SPWLA, Nueva Orleáns, 26 al 29 de junio de 2005,
artículo H.
Volumen 25, no.2
las mediciones derivadas del registro de espectroscopía de captura elemental. La búsqueda de
una medición de densidad de alta calidad, sin
radioisótopos, ha sido más elusiva debido a la
falta de emisores de rayos gamma electrónicos
análogos a los generadores PNGs para reemplazar el 137Cs. A fin de superar este obstáculo, los
científicos de Schlumberger adaptaron algunos
de los principios utilizados para las mediciones
basadas en neutrones, tales como la medición del
parámetro sigma y la medición obtenida con la
técnica de espectroscopía, para desarrollar las
mediciones SNGD.
Dispersión inelástica
de neutrones
n
n
Núcleo
excitado
Los generadores PNG generan neutrones de
alta energía en estallidos cortos. Los neutrones
abandonan la herramienta e interactúan con los
diversos elementos de las rocas y los fluidos de formación. Las interacciones que producen el mayor
efecto son fundamentalmente las colisiones elásticas con núcleos de hidrógeno (página anterior,
derecha). Con las sucesivas colisiones, los neutrones iniciales de alta energía se desaceleran y
alcanzan el nivel de energía termal.17 Las herramientas de medición de la porosidad-neutrón termal cuentan el número de neutrones termales
que llegan de regreso a la herramienta; a partir de
esta tasa de conteo, se computa la medición tradicional de la porosidad-neutrón termal.18
No todas las colisiones son elásticas. Inmediatamente después del estallido inicial de neutrones del generador PNG, pero antes de que los
neutrones alcancen el nivel termal, se producen
colisiones inelásticas entre los neutrones rápidos
y los núcleos atómicos de la formación (abajo).
Rayos gamma
inelásticos
Captura de neutrones
Núcleo excitado
Neutrón
lento
n
Rayo gamma
de captura
> Interacciones entre neutrones. Las interacciones neutrónicas pertinentes a la adquisición de registros
petrofísicos pueden dividirse en tres categorías: dispersión inelástica (extremo superior), dispersión
elástica (no mostrada) y captura (extremo inferior). Los rayos gamma inelásticos son generados por la
interacción de un neutrón rápido —generalmente con una energía de más de 1 MeV— con un núcleo.
La interacción eleva el núcleo a un estado excitado, el neutrón emerge con menos energía y se emite uno
o más rayos gamma. Entre los rayos gamma inelásticos se cuentan también aquéllos que siguen una
reacción nuclear de alta energía, tal como una reacción en la que el neutrón choca con una partícula
—tal como una partícula alfa, un protón o un segundo neutrón— proveniente del núcleo. En la dispersión
elástica, el neutrón rebota contra el núcleo sin inducirlo a un estado excitado. La única pérdida de energía
es la de la energía cinética impartida al núcleo en el que tiene lugar la dispersión. La dispersión elástica a
partir del hidrógeno, el mecanismo esencial que subyace la medición de la porosidad-neutrón, es
el resultado de la colisión entre partículas de masa equivalente —neutrones y protones— que produce
la máxima pérdida de energía. La reacción de captura de neutrones, en la que un neutrón puede ser
absorbido por un núcleo, predomina con la energía neutrónica baja. Como resultado de ello, el núcleo
absorbedor queda en un estado excitado y la desexcitación resultante es acompañada por la emisión
de rayos gamma.
Oilfield Review
SPRING 13
NeoScope Fig. 7
ORSPG 13-NEOSCP 7
9
Volumen de
la fuente de
rayos gamma
inelásticos
PNG
Detector de
neutrones
Dispersión
inelástica
Volumen de
la dispersión
inelástica de
rayos gamma
Detector de
rayos gamma
> Nube de rayos gamma inelásticos. El generador
PNG genera neutrones que se desplazan lejos de
la fuente y chocan inelásticamente con los átomos
de la formación (sombreado azul). Estas colisiones
hacen que se forme una nube de rayos gamma
inelásticos (sombreado verde). Algunos de estos
rayos gamma retornarán a la fuente y serán
contados por los detectores.
fuente de 137Cs típica. No obstante, los científicos
determinaron que existen suficientes RGs producidos para funcionar en forma similar a la de una
fuente tradicional. La nube de RGs tiene una vida
corta porque los neutrones que la generan chocan con otros núcleos, se desaceleran rápidamente hasta alcanzar el nivel de energía termal y
subsiguientemente son capturados.
En el número de rayos gamma que resultan de
las colisiones inelásticas y llegan a los detectores
desde la nube de RGs inciden tres factores: el
transporte de neutrones rápidos desde el generador PNG hasta el punto en el que se producen los
RGs inelásticos dentro de la formación, el transporte subsiguiente de los RGs desde su origen de
regreso hasta los detectores de la herramienta, y la
densidad de electrones de la formación. Los RGs
generados en la formación por las interacciones
inelásticas se mueven rápidamente a través de
ésta, interactuando en forma similar a los RGs
generados por una fuente de radioisótopos, y son
atenuados por las colisiones con los electrones de
la formación, principalmente a través de la difusión Compton (derecha). Si se caracterizan
correctamente, los conteos del detector son utilizados para computar la densidad de electrones,
que a su vez se utiliza para computar la densidad
volumétrica de la formación.19
Si sólo hubiera RGs inelásticos presentes, la
caracterización sería más fácil de ejecutar; no
obstante, existe otra fuente importante de RGs
que complica la medición. Los neutrones rápidos
finalmente se convierten en neutrones termales y
son capturados por los átomos de la formación.
Los núcleos que capturan los neutrones termales
emiten RGs para retornar a un estado de energía
estable en forma similar a la emisión de RGs
resultantes de las colisiones inelásticas. La densidad de población de los neutrones termales disponibles para ser capturados se relaciona
directamente con el número de átomos de hidrógeno presentes en la formación. En un ambiente
típico de fondo de pozo, el elemento con mayor
probabilidad de absorber neutrones termales es el
cloro [Cl], cuya densidad numérica está relacionada con la salinidad de los fluidos de formación.
Las mediciones SNGD se basan en los RGs generados por las colisiones inelásticas. Para computar
correctamente el valor de la densidad volumétrica,
se deben cuantificar y eliminar de las mediciones
las contribuciones de los RGs de captura resultantes de la captura de neutrones.20
Los ingenieros también deben dar cuenta de
la variabilidad de la intensidad inicial de la
fuente. La salida de una fuente tradicional puede
variar, dependiendo de la edad y del nivel de actividad del radionúclido, pero es bastante constante y su cambio con el tiempo es predecible. La
calibración de las herramientas GGD da cuenta
de la variabilidad entre las eficiencias de las
fuentes y el detector mediante la corrección con
respecto a un valor de referencia conocido. La
salida de un generador PNG no es igualmente
predecible y puede variar a lo largo de períodos
cortos e incluso entre estallidos. En la herramienta NeoScope, un lazo de control ajusta el
generador PNG para mantener una salida prome-
Respuesta del detector
con espaciamiento largo
Tasa de conteo de rayos gamma inelásticos, conteos/s
Las colisiones inelásticas hacen que algunos
núcleos atómicos se exciten y emitan uno o más
RGs a medida que retornan al estado fundamental.
Los científicos pueden utilizar el espectro de energía de los RGs inelásticos para identificar elementos, tales como carbono, oxígeno, sílice, calcio,
hierro y azufre. Los ingenieros utilizan los porcentajes volumétricos de estos elementos para el cómputo de la litología y ésta constituye la base de
las mediciones de espectroscopía de neutrones.
El espectro de energía de los rayos gamma inelásticos también constituye la base de las herramientas que miden la relación carbono/oxígeno,
que se utilizan para identificar las zonas hidrocarburíferas en los pozos entubados.
Durante el breve período de colisiones inelásticas, se forma una nube de RGs (abajo). Esta nube
generada artificialmente emite alrededor de
108 RGs/s, aproximadamente dos órdenes de
magnitud menor que el número emitido por una
Transporte de
rayos gamma
Transporte
de neutrones
Densidad de la formación, g/cm3
> Transporte nuclear y respuesta del detector con
espaciamiento largo. La respuesta del detector de
rayos gamma con espaciamiento largo (negro) es
determinada en gran medida por el transporte
de neutrones (azul) y de rayos gamma (rojo).
El transporte de neutrones está relacionado con
las interacciones de los neutrones con los núcleos
atómicos de la formación. Los rayos gamma
inelásticos son producidos durante la dispersión
inelástica de neutrones rápidos. La dispersión
elástica, que se produce principalmente cuando
los neutrones chocan con los núcleos de
hidrógeno, reduce la energía de los neutrones
rápidos por debajo del valor umbral para la
producción de rayos gamma inelásticos.
Por consiguiente, con el incremento de la densidad
de la formación (porosidad más baja), existen
menos núcleos de hidrógeno disponibles para la
dispersión elástica y, en consecuencia, más
neutrones rápidos disponibles para la producción
de rayos gamma inelásticos. El transporte de rayos
gamma y el número de conteos de rayos gamma
inelásticos se reducen con el incremento de la
densidad de la formación porque la mayor
densidad de electrones proporciona más
oportunidades para las interacciones de los rayos
gamma y la reducción de la energía.
Oilfield Review
SPRING 13
NeoScope Fig. 9
ORSPG 13-NEOSCP 9
10
Oilfield Review
Tanque de calibración NeoScope
1
2
Herramienta
NeoScope
3
4
Camisa de
calibración
Canal
de lodo
Agua
Camisa de
calibración de aluminio
Detectores
> Dispositivo de calibración NeoScope. Un mecanismo de calibración especial fue desarrollado
específicamente para la herramienta NeoScope. En un tanque lleno de agua, se obtienen cuatro
mediciones utilizando una camisa de calibración y un canal de lodo simulado. Con el PNG en
funcionamiento, las respuestas se miden en cuatro configuraciones: camisa elevada, canal de lodo
lleno de aire (1); camisa elevada, canal de lodo lleno de agua (2); camisa bajada, canal de lodo lleno
de agua (3); y camisa bajada, canal de lodo lleno de aire (4). Estas cuatro mediciones permiten
computar las ganancias y las desviaciones de la calibración y proporcionan controles de calidad
para la verificación de la herramienta.
dio constante, y la herramienta está provista de
un detector en el generador PNG para determinar la producción de neutrones y compensar las
variaciones.
Para proporcionar la precisión especificada
de 0,025 g/cm3 para la medición de densidad, el
modelo SNGD utiliza una combinación de respuestas de múltiples detectores y requiere una
calibración compleja y exigente. Dicha calibración consiste en correlacionar las tasas de conteo
medidas con cada uno de los detectores de la
herramienta, en el mismo ambiente, con la herra-
PNG
Monitor de neutrones
Oilfield Review
SPRING 13
NeoScope Fig. 10
ORSPG 13-NEOSCP 10
mienta de referencia. Con estos fines, los ingenieros diseñaron un nuevo tanque de calibración que
permite la obtención de mediciones a través de un
amplio rango de tasas de conteo (izquierda).
Las incertidumbres observadas en las mediciones derivadas de los registros de fondo pozo
surgen de la medición principal, las correcciones
aplicadas y la conversión de los parámetros medidos en propiedades de la formación. Para mitigar
estas incertidumbres, el servicio NeoScope está
provisto de un sistema de control de calidad que
comienza con el hardware general del sistema de
herramientas y sigue con las funciones específicas de los sensores, las mediciones de los sensores individuales y las mediciones integradas que
pueden involucrar múltiples respuestas de los
sensores individuales (abajo). El último paso del
proceso es el control de calidad de las respuestas
integradas finales que pueden utilizar múltiples
mediciones.
Las consideraciones de los controles de calidad individuales que pueden incidir en la precisión incluyen la funcionalidad de los sensores y
del hardware, los valores de densidad dentro del
rango de 1,7 a 2,9 g/cm3 de las mediciones SNGD y
la separación de la herramienta. Por otra parte,
los controles de calidad ambiental abarcan el
tamaño del pozo, la desviación, la ROP y la natura19. Reichel et al, referencia 5.
20. Los neutrones epitermales poseen un rango de energía
que oscila entre 0,02 eV y 10 keV a temperatura
ambiente.
Detector de rayos gamma con espaciamiento largo
Corrección aplicada a la salida de
la fuente (monitor de neutrones)
Corrección aplicada al transporte de neutrones (detectores
cercano de neutrones epitermales y lejano de neutrones termales)
Detector cercano de neutrones epitermales
Detector cercano de neutrones termales
Detector de rayos gamma
con espaciamiento corto
Datos de entrada sigma
Datos de entrada
de espectroscopía
Detector lejano de neutrones termales
Datos de entrada de
la porosidad-neutrón
Detector de rayos gamma
con espaciamiento largo
Datos de entrada de
densidad-rayos
gamma-neutrón
Corrección aplicada al detector lejano de neutrones
(detectores de rayos gamma con espaciamiento corto y largo)
Corrección aplicada a los datos sigma
Datos de salida SNGD
> Mediciones con múltiples entradas y múltiples salidas. La porción nuclear de la herramienta NeoScope (izquierda) utiliza un solo generador PNG para
generar neutrones, pero las respuestas de los múltiples detectores son integradas para producir mediciones específicas. Por ejemplo, los datos sigma
son derivados de los detectores cercanos de neutrones termales, de rayos gamma con espaciamiento corto y de rayos gamma con espaciamiento largo.
Los datos SNGD, la medición más compleja de la herramienta NeoScope, se computan principalmente utilizando los conteos del detector de rayos gamma
con espaciamiento largo, pero para proporcionar una respuesta final precisa se requieren los datos de entrada del monitor de neutrones, el detector
cercano de neutrones epitermales, los detectores de rayos gamma con espaciamiento largo y los detectores lejanos de neutrones termales. El diagrama
de flujo (derecha) sigue las correcciones aplicadas para obtener la información de densidad final.
Volumen 25, no.2
11
SNGD
GGD
Rango de densidad
1,7 a 2,9 g/cm3
1,7 a 3,05 g/cm3
Precisión con una ROP de 61 m/h [200 pies/h]
0,018 g/cm3
0,006 g/cm3
0,025 g/cm3
0,015 g/cm3
g/cm3
0,015 g/cm3
Exactitud
• Arenisca, caliza y dolomía limpias
• Lutita
0,045
• Sal
No corresponde
0,015 g/cm3
• Anhidrita
No corresponde
0,015 g/cm3
Resolución axial
89 cm [35 pulgadas]
36 cm [14 pulgadas]
Profundidad de investigación
25 cm [10 pulgadas]
10,2 cm [4 pulgadas]
Capacidad de la imagen
No
Sí
> Especificaciones para las herramientas SNGD y GGD.
caso, el error aceptable para las dos mediciones
es de 0,040 g/cm3 en las formaciones limpias y de
0,060 g/cm3 en las lutitas.22 Los datos de las herramientas combinadas fueron representados gráficamente, lo que permitió a los ingenieros cuantificar
cualquier desviación respecto de una concordancia perfecta.
Por otra parte, los científicos debían considerar las condiciones existentes en cada pozo ya que
podrían incidir en las comparaciones entre las
mediciones GGD y SNGD. Estas condiciones incluyeron la invasión de filtrado, la presencia de gas o
hidrocarburos livianos que pueden cambiar con el
tiempo y diversas condiciones de perforación,
tales como la densidad del lodo, las variaciones de
Pruebas de campo y otras cuestiones
Las pruebas de campo para las mediciones SNGD
consistieron en comparar dichas mediciones con las
mediciones GGD utilizando una herramienta
modi-Review
Oilfield
SPRING
ficada que permitió a los ingenieros adquirir
ambas13
NeoScope
mediciones simultáneamente en el mismo
pozo, Fig. 12
ORSPG 13-NEOSCP 12
utilizando el mismo arreglo de fondo. Los objetivos
de las pruebas de campo incluyeron el perfilaje en:
• formaciones de areniscas, calizas y dolomías
limpias
• anhidritas
• lutitas
• yacimientos de gas e hidrocarburos livianos
• pozos de gran diámetro
• pozos desviados y verticales.
Los científicos compararon las mediciones
GGD, consideradas como referencia, con los resultados de las mediciones SNGD y dieron cuenta de las
diferencias y las limitaciones de ambas mediciones.
Los criterios de aceptación de las pruebas se
basaron en una evaluación sistemática de ambas
mediciones, y un análisis final se basó en una
serie de criterios de interpretación numéricos.21
El error máximo aceptable, cuando se comparan dos mediciones independientes, equivale a la
suma de sus precisiones individuales. En este
12
21. Reichel et al, referencia 5.
22. Theys P: Log Data Acquisition and Quality Control. París:
Editions Technip, 2da edición, 1999.
3,0
Datos dentro de tolerancia
Datos en el límite de tolerancia
2,8
Datos GGD, g/cm3
leza arcillosa de la formación, que pueden afectar
la precisión de las mediciones (arriba). Los indicadores se combinan para conformar un rótulo de
control de calidad de las mediciones. Un rótulo
verde indica que la medición es exacta y se encuentra dentro de los límites especificados. Un rótulo
amarillo indica que es probable que la medición
se encuentre dentro de su rango especificado,
pero puede requerir una interpretación posterior.
Un rótulo rojo significa que la medición se
encuentra fuera de los parámetros de precisión
especificados. Estos valores de los rótulos de calidad son cruciales para comparar la precisión de
las mediciones GGD y SNGD.
los fluidos y los cambios de la ROP. Si la existencia
de una gran discrepancia entre las dos mediciones
se explicaba por los efectos ambientales, la prueba
se consideraba aceptable. Todas las pruebas fueron llevadas a cabo en pozos de 81⁄2 pulgadas.
En una prueba de campo del servicio NeoScope,
el operador perforó un pozo con una inclinación
promedio de 60° a través de un yacimiento de arenisca, utilizando un lodo a base de agua (WBM) cuya
densidad era de 1,26 g/cm3 [10,5 lbm/galón US].
El registro calibrador indicó que el pozo se encontraba en calibre, y no se requirió corrección
alguna de los datos GGD. Además, los datos GGD
no indicaron la existencia de efectos azimutales
significativos. El parámetro sigma estuvo dentro
de un rango que indicó una corrección mínima de
las mediciones SNGD. En la sección hidrocarburífera de la formación, el registro de resistividad
mostró cierto grado de invasión (próxima
página). Debido a la diferencia en sus profundidades de investigación, los datos de salida SNGD
y GGD fueron levemente diferentes en esta zona.
Por el contrario, estas mediciones resultaron casi
idénticas en una sección acuífera no invadida de
la formación. Los datos SNGD se encontraron
dentro de los límites de precisión en todo el pozo
(abajo).
2,6
2,4
2,2
2,0
2,0
2,2
2,4
2,6
2,8
3,0
Datos SNGD, g/cm3
> Comparación de gráficas de interrelación. Los datos de densidad
obtenidos con una herramienta GGD fueron comparados con los datos
obtenidos con una herramienta SNGD; los datos están codificados con
colores según el valor de su rótulo de calidad. Existe una buena
concordancia entre ambos cuando los datos SNGD se encuentran dentro
de la tolerancia. Los datos se alinean bien a lo largo del eje ideal y se
rotulan con verde. Los efectos de la invasión comienzan a producirse en el
rango de menor densidad con un valor de 2,3 g/cm3 aproximadamente.
La dispersión de los puntos de medición en torno a la línea ideal se atribuye
a las diferencias de la resolución axial de las dos mediciones mientras se
atraviesan varias capas con grandes ángulos de desviación.
Oilfield Review
Datos de densidad
volumétrica de
los cuadrantes
Resistividad
Atenuación de 40 pulgadas
Densidad promedio
Imagen de densidad
1,9
Atenuación de 28 pulgadas
Atenuación de 22 pulgadas
Revoque de filtración
Calibrador de densidad
8
pulgadas
8
pulgadas
Rayos gamma
0
ºAPI
Desviación
10 0 grados 90
Calibrador ultrasónico
1,7
Atenuación de 16 pulgadas
Derrumbe
0,02
ohm.m
200
Cambio de fase de 40 pulgadas
Cambio de fase de 34 pulgadas
Rotación
del collar
g/cm3
2,7
Parámetro sigma
0
u.c.
50
Densidad derivada
de la imagen
Corrección
de densidad
–0,8
g/cm3
g/cm3
2,9
Densidad,
cuadrante inferior
0,2 1,9
g/cm3
2,9
Densidad-neutrón
Densidad, izquierda
g/cm3
g/cm3
1,9
2,9 1,9
Densidad volumétrica
2,9
Densidad, derecha
Cambio de fase de 28 pulgadas 1,9
g/cm3
2,9 1,9
g/cm3
2,9 1,9
g/cm3
2,9
10
Cambio de fase de 22 pulgadas Densidad volumétrica, Porosidad-neutrón
Densidad,
cuadrante
0 RPM 500
superior
cuadrante superior
(termal)
Cambio de fase de 16 pulgadas
Prof., pies
3
3
0,2
150
ohm.m
2 000 1,9
g/cm
2,9 40
%
–15 1,9
g/cm
2,9
Pirita
Agua
Arenisca
Arcilla
Rótulos de calidad
Atenuación de 34 pulgadas
X10
X20
X30
X40
X50
X60
X70
> Comparación de la densidad en una zona de petróleo invadida. El intervalo comprendido entre X10 y X40 pies corresponde a una arenisca petrolífera con
invasión de filtrado de lodo. La invasión es indicada por la separación de las curvas de resistividad (carril 2, sombreado azul). La arenisca por debajo de
X60 pies (sombreado rojo) se encuentra rellena con agua, y la falta de separación indica una invasión escasa a nula. En este pozo se corrió la herramienta
NeoScope; junto con una herramienta LWD GGD convencional. La imagen de la densidad (carril 3) indica un yacimiento bastante uniforme, al igual que
la litología computada a partir de los datos de espectroscopía (carril 6). Los datos de densidad de los cuadrantes (carril 5) se superponen entre sí a través
de las dos secciones, como cabría esperar con las condiciones de pozo de alta calidad. Existe una concordancia excelente entre la densidad tradicional
(carril 4, rojo) y la densidad NeoScope (negro), aunque se observa una diferencia leve entre los dos conjuntos de datos en el intervalo petrolífero como
consecuencia de la invasión. Estos datos se superponen con los datos de la porosidad-neutrón termal (azul) en las rocas limpias rellenas con agua o
con petróleo. (Adaptado de Reichel et al, referencia 5.)
Volumen 25, no.2
Oilfield Review
SPRING 13
NeoScope Fig. 13
ORSPG 13-NEOSCP 13
13
Datos de densidad
volumétrica de
los cuadrantes
Imagen de densidad
Atenuación de 40 pulgadas
Atenuación de 34 pulgadas
1,7
Atenuación de 22 pulgadas
Atenuación de 16 pulgadas
Derrumbe
Calibrador de densidad
Desviación
0,02
ohm.m
200
Cambio de fase de 40 pulgadas
Densidad promedio
2,7
0
u.c.
1,9
g/cm3
2,9
–0,8
g/cm3
2,9
Densidad,
cuadrante inferior
50 Corrección de densidad
Densidad derivada
de la imagen
g/cm3
1,9
Parámetro sigma
Atenuación de 28 pulgadas
Revoque de filtración
g/cm3
0,2 1,9
g/cm3
2,9
Densidad-neutrón
Densidad, izquierda
g/cm3
g/cm3
1,9
2,9 1,9
2,9
8
pulgadas
10 0 grados 90 Cambio de fase de 34 pulgadas Densidad volumétrica,
Densidad volumétrica
cuadrante inferior
Densidad, derecha
Calibrador ultrasónico
Rotación
3
Cambio de fase de 28 pulgadas 1,9
3
1,9
g/cm
2,9
g/cm
2,9
1,9
g/cm3
2,9
del collar
8
pulgadas
10
Cambio de fase de 22 pulgadas Densidad volumétrica, Porosidad-neutrón
Densidad,
0 RPM 500
Rayos gamma
(termal)
cuadrante superior
Cambio de fase de 16 pulgadas cuadrante superior
Prof., pies
3
3
0
°API
0,2
150
ohm.m
2 000 1,9
g/cm
2,9 40
%
–15 1,9
g/cm
2,9
Carbonato
Arenisca
Arcilla
Rótulos de calidad
Resistividad
X10
X20
X30
> Comparación de los efectos del derrumbe en los valores de densidad. Los datos de densidad fueron adquiridos utilizando una herramienta NeoScope y
una herramienta LWD GGD convencional en una sección carbonatada de un pozo de prueba, rellena predominantemente con agua (carril 6, litología). Los
datos de calibrador (carril 1) obtenidos con la herramienta NeoScope (negro) y la herramienta de densidad tradicional (rojo) indican un ensanchamiento
del pozo (sombreado azul) por encima y por debajo de X12 pies. Lo datos de resistividad son presentados en el carril 2. El carril 3 contiene datos derivados
de las imágenes de densidad obtenidos con la herramienta tradicional, además de la densidad azimutal derivada de los cuadrantes inferior (guiones rojos)
y superior (verde), una densidad derivada de las imágenes (negro) y los datos sigma (púrpura). Los datos de densidad volumétrica obtenidos con la
herramienta convencional (carril 4, rojo) son afectados por las condiciones del pozo entre X10 y X18 pies, pero la herramienta NeoScope proporciona
buenos datos de densidad (negro). Las diferencias en los datos de los cuadrantes obtenidos con la herramienta GGD tradicional (carril 5) demuestran los
efectos del ensanchamiento del pozo. Los datos del cuadrante izquierdo (azul) y del cuadrante superior (verde) son inválidos al igual que la densidad
computada promedio (rojo). Los datos del cuadrante inferior (rosa) y del cuadrante derecho (rojo oscuro) se aproximan más a la densidad NeoScope del
carril 4. Mientras que la densidad NeoScope posee una mayor profundidad de investigación (DOI) y es menos afectada por los derrumbes o la rugosidad
del pozo, el rótulo de calidad amarillo (carril 7) indica que las mediciones se están aproximando a los límites. (Adaptado de Reichel et al, referencia 5.)
En otra prueba de campo llevada a cabo en una
formación de caliza, en el centro de pruebas de
Schlumberger en Cameron, Texas, EUA, los ingenieros perforaron un pozo con una inclinación promedio de 25° utilizando un WBM de 1,13 g/cm3
[9,4 lbm/galón US] de densidad (arriba). El registro calibrador indicó un ensanchamiento del pozo
23. Atfeh M, Al Daghar KA, Al Marzouqi K, Akinsanmi MO,
Murray D y Dua R: “Neutron Porosity and Formation
Density Acquisition Without Chemical Sources in Large
Carbonate Reservoirs in the Middle East—A Case
Study,” Transcripciones de 54o Simposio Anual de
Adquisición de Registros de la SPWLA, Nueva Orleáns,
22 al 26 de junio de 2013, artículo KKK.
14
en la sección superior del registro. En las zonas en
las que el rótulo de control de calidad de las mediciones SNGD era amarillo, existían diferencias
significativas entre los datos SNGD y los datos
GGD. La corrección de la densidad en los datos
GGD osciló generalmente entre 0,1 y 0,15 g/cm3,
lo que normalmente no es indicativo de una caliOilfield
Review resultante de la
dad de datos
comprometida
rugosidad delSPRING
pozo, si13
bien los datos de densidad
NeoScope Fig. 15
de los cuadrantes
mostraron
claramente
los efecORSPG 13-NEOSCP
15
tos del ensanchamiento del pozo.
El análisis de estos dos registros destacó el
valor de la mayor profundidad de investigación
(DOI) de las mediciones SNGD. Los datos SNGD
fueron corregidos por efectos de pozo, y debido a la
mayor DOI de la herramienta NeoScope, se vieron
menos afectados por las variaciones producidas en
el ambiente de la región vecina al pozo. En las formaciones limpias, la curva SNGD sigue la curva de
porosidad-neutrón termal como se prevé. Los datos
SNGD parecen más confiables que la medición
GGD tradicional.
Un operador de Medio Oriente probó el nuevo
diseño SNGD en cuatro ambientes.23 La herramienta NeoScope fue corrida en un yacimiento
de alto ángulo con una alta saturación de gas perforado con lodo no acuoso, un yacimiento con una
alta saturación de gas perforado con WBM, un
Oilfield Review
yacimiento carbonatado saturado de petróleo
perforado con WBM de alta salinidad y un yacimiento carbonatado saturado de petróleo perforado con WBM de baja salinidad. Para convalidar
las mediciones, se corrieron las herramientas
GGD tradicionales con fines comparativos.
La primera prueba se llevó a cabo en un pozo
de 81⁄2 pulgadas. El pozo de alto ángulo se aproximó a una desviación de 90° en la profundidad
final (TD). El sistema de lodo no acuoso estaba
saturado de barita, lo que invalidó las mediciones
PEF obtenidas con la herramienta GGD. La sección yacimiento consistía principalmente de caliza
y la densidad de la formación oscilaba entre 1,95 y
2,7 g/cm3, aproximadamente. Una comparación
de los datos obtenidos con la herramienta GGD
con los datos derivados de las mediciones SNGD
obtenidas con el servicio NeoScope muestra una
concordancia excelente (derecha).
Una de las ventajas de la herramienta NeoScope
es la disponibilidad de datos de espectroscopía
de captura de neutrones. Aunque las mediciones
PEF obtenidas con la herramienta tradicional
fueron afectadas por la barita del sistema de
lodo, la litología pudo determinarse utilizando los
datos de espectroscopía obtenidos con la herramienta NeoScope. La mayor parte del intervalo
estaba compuesto por caliza, aunque se observó
algo de dolomía.
Un segundo ejemplo fue el de un pozo vertical
perforado con WBM a través de un yacimiento carbonatado relleno con gas en el mismo campo del
pozo previo. La comparación de los datos GGD con
los datos SNGD mostró nuevamente una buena concordancia a través de un amplio rango de valores.
Un tercer ejemplo fue el de un pozo perforado
con WBM de alta salinidad a través de un yacimiento carbonatado saturado de petróleo. En este
pozo altamente desviado, los datos de porosidad
derivados de las mediciones GGD y SNGD son comparables y se encuentra dentro de los límites de
precisión estadística de las mediciones. Como es
habitual en los yacimientos rellenos con hidrocarburos líquidos, los valores de los datos de la
porosidad-neutrón fueron similares a las porosidades computadas a partir de los datos de densidad de la formación.
Un cuarto caso incluyó un pozo de alto ángulo
perforado con WBM a base de polímero de baja
salinidad. Al igual que con los otros tres pozos, se
observó una excelente concordancia entre los
datos SNGD y las mediciones GGD convencionales.
El análisis petrofísico de los datos de estos cuatro pozos demostró que en varios pozos con un
amplio rango de valores de densidad, los datos
SNGD obtenidos con la herramienta NeoScope son
comparables a los datos de las herramientas con-
Volumen 25, no.2
Resistividad
Tamaño de la barrena
8
pulgadas
10
pulgadas
0
ºAPI
100
Cambio de fase
de 34 pulgadas
40
Cambio de fase
de 22 pulgadas
10
Rayos gamma
–0,8
Cambio de fase
de 28 pulgadas
Calibrador ultrasónico
8
Corrección de densidad
Cambio de fase
de 40 pulgadas
Prof.,
pies
Cambio de fase
de 16 pulgadas
Parámetro sigma
0
u.c.
50 0,2
ohm.m
g/cm3
0,2
Porosidad-neutrón (corregido)
%
–15
Litología
Densidad volumétrica
1,9
g/cm3
2,9
Imagen de densidad
Dolomía
Densidad-neutrón
1,9
2 000 40
g/cm3
2,9 1,9
Porosidad-neutrón (termal)
%
g/cm3
2,75
Densidad volumétrica
–15 1,95
g/cm3
2,95
Calcita
Arenisca
Arcilla
X 300
X 400
X 500
X 600
> Comparación de la densidad en un sistema de lodo espesado con barita. La barita del lodo de
perforación puede invalidar las mediciones PEF. El factor PEF es importante para inferir la litología,
que se utiliza para los cálculos de porosidad. En este yacimiento carbonatado de alto ángulo de
Medio Oriente, los datos de mediciones de espectroscopía obtenidos con la herramienta NeoScope
proporcionan información mineralógica (carril 6) que no habría estado disponible con las
herramientas de densidad tradicionales. Por ejemplo, los datos muestran la presencia de dolomía
mezclada con calcita entre X 350 y X 420 pies. En los intervalos carbonatados de alta densidad, tal
como el comprendido entre X 400 y X 520, los datos de densidad NeoScope (carril 4, negro) son
comparables a los datos de densidad volumétrica tradicionales (rojo). Las mediciones de la
porosidad-neutrón termal tradicionales (verde) se presentan junto con una medición de la
porosidad-neutrón termal con la densidad corregida (púrpura). La herramienta NeoScope no
proporciona la densidad azimutal o las imágenes de densidad disponibles con la herramienta
GGD LWD tradicional (carril 5). Los datos sigma (carril 2) pueden ser utilizados para determinar los
cambios producidos en la saturación de hidrocarburos o en los contactos de fluidos con el tiempo.
El carril 3 presenta los datos de resistividad. (Adaptado de Atfeh et al, referencia 23.)
vencionales de medición de la densidad. Además de
los datos SNGD, y las mediciones de la porosidad-neutrón y resistividad ofrecen una opción de
perfilaje tipo triple-combo sin fuentes químicas
para las aplicaciones LWD. Los datos sigma y de
espectroscopía ofrecen ventajas adicionales que
pueden ser utilizadas por los petrofísicos para
caracterizar y conocer mejor los yacimientos.
El pulso de las cosas que están por venir
Ha recorrido un largo camino, pero la introducción de la tecnología SNGD puede revolucionar
las operaciones de adquisición de registros de
porosidad LWD. El reemplazo de las fuentes químicas por los generadores PNG posee el poten-
cial para eliminar los riesgos de exposición y
reducir los costos asociados con el almacenamiento, transporte y mantenimiento de registros
de las fuentes.
La introducción de mediciones similares para las
aplicaciones con cable es sin dudas el paso siguiente.
Lamentablemente, el modelado de los efectos del
pozo en las mediciones para las herramientas operadas con cable trasciende el alcance de la investigación y los programas de cómputo actuales.
Probablemente lleve un cierto tiempo, pero si en
las herramientas operadas con cable se logra reemplazar las fuentes tradicionales, en la industria del
petróleo y el gas se alcanzará el estándar ALARA;
tan bajo como sea razonablemente posible. —TS
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