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Registro Neutrón
Un registro de porosidad-neutrón en el que los efectos del ambiente del pozo se minimizan mediante el empleo de dos detectores. En la técnica más común, los dos espaciamientos entre la fuente y los detectores se eligen de manera tal que la relación de las dos velocidades de conteo sea relativamente independiente del ambiente del pozo. Esta relación se calibra luego en términos de porosidad, en un ambiente conocido de pozo y de formación, generalmente con la herramienta colocada contra el lado de un agujero de 20 cm [8 pulgadas] en un bloque de caliza, en ambos casos rellenos con agua dulce a temperatura y presión de superficie. La respuesta también se determina con porosidades diferentes y en areniscas, dolomías y otros ambientes de pozo. Se desarrollan factores de corrección para convertir el registro medido a las condiciones estándar. La fuente y los detectores no se encuentran enfocados acimutalmente. Las herramientas operadas con cable se corren descentralizadas contra la pared del pozo. Dado que los neutrones emitidos en el lodo se atenúan considerablemente, el registro resultante se enfoca efectivamente en la formación. Las herramientas de adquisición de mediciones durante la perforación normalmente son no enfocadas ya que se encuentran centralizadas, a menos que el pozo esté ensanchado.. La resolución vertical es de aproximadamente 0,6 m [2 pies], pero puede ser mejorada mediante el procesamiento alfa…
INTRODUCCIÓN
Los perfiles neutrónicos son utilizados principalmente para determinar la porosidad en las formaciones permeables, así como para determinar su porosidad, este tipo de registros responde inicialmente a la cantidad de hidrogeno presente en la formación; por lo tanto en formaciones limpias cuyos poros pueden estar llenos de agua, gas o petróleo, este perfil neutrónico nos da el valor aproximado del espacio real o bien el volumen de poros llenos de fluidos.
I.- FUNDAMENTO
Los neutrones son partículas eléctricamente neutras cuya masa es casi igual a la masa del átomo de Hidrógeno. Una fuente radioactiva es colocada en la sonda y esta emite continuamente neutrones de alta energía. Estos neutrones, al encontrarse con núcleos del material de la formación, chocan elásticamente a semejanza de bolas de billar y en cada colisión los neutrones pierden parte de su energía. La cantidad de energía perdida por un neutrón en cada colisión depende de la masa relativa del núcleo con el cual choca. La mayor pérdida de energía ocurre cuando el neutrón choca con una masa parecida como la del Hidrógeno. De esta manera la pérdida de velocidad depende principalmente de la cantidad de hidrógeno en la formación. Los neutrones son amortiguados por choques sucesivos, a velocidades termales correspondientes a energías de alrededor de 0.025 eV. Entonces se dispersan sin orden, sin perder más energía, hasta que son capturados por núcleos de átomos tales como cloro, sílice,etc. Los núcleos capturado res se excitan y originan una emisión de rayos gamma de alta energía,
denominados Rayos Gamma de Captura. De acuerdo al tipo de aparato, este puede determinarlos rayos gamma de captura o los propios neutrones mediante un detector colocado en la mismasonda.Cuando la concentración de Hidrógeno de la formación que rodea a la fuente de neutrones es alta, la mayoría de los neutrones son retardados y capturados a una corta distancia de la fuente. Por el contrario, si la concentración de Hidrógeno es baja, los neutrones viajan más lejos antes de ser capturados. Con la distancia de fuente a detector comúnmente utilizada, a una mayor lectura corresponde una menor concentración de hidrógeno y viceversa.
II.- DEFINICIÓN
Las definición de registro de neutrones está basada en el bombardeo de neutrones a la formación de interés o bien simplemente el intervalo a interpretar, hoy en día se conocen tres tipos de diferentes de registros de neutrones, la diferencia entre estos depende de la naturaleza de la partícula atómica, y cada efecto ya sea directo o indirecto respecto a la formación, seráregistrada de una manera independiente por medio de los detectores, dando como resultado los diferentes tipos de registros que llevan por nombre: registros de neutrones térmicos, neutrón-gamma y neutrones-neutrones. Cuando la formación es bombardeada por neutrones de alta energía, se producen varios tipos de interacciones entre los núcleos de los átomos y estos neutrones. En la tabla se muestran todos los posibles efectos y reacciones. Las fuentes químicas emiten continuamente neutrones con una energía entre 4 y 6 MeV, estos viajan a unos 10000Km/s y poseen un alto poder de penetración. Al interactuar elástica o in-elásticamente con los núcleos atómicos de la formación y el Iodo del pozo se producen neutrones con diversas fases de energía: rápidos, desacelerados, en difusión y captura.
III.- HISTORIA
Las herramientas tempranas del neutrón, conocidas como GNT-tipo herramientas, consistieron en una fuente química y un solo detector que midió neutrón-captura rayos gama. Esta herramienta, un indicador cualitativo de la porosidad, fue afectada gravemente por tamaño del agujero y la salinidad del líquido del agujero del alejase o del agua de la formación. Así mismo la primera herramienta de neutrón de Schlumberger fue llamada GNT, en la cual se emitían neutrones y se detectaban las cuentas de los rayos gama emitidos por la formación, al reaccionar a los flujos de neutrones. Poseía un solo detector que mide los rayos gama de captura y el registro se presentaba en unidades de API. En un intento por curar estos problemas inherentes, la herramienta dela porosidad del neutrón del flanco (SNP) fue introducida en el principios de los 60. Confió en un solo detector de neutronesepitérmicos. Esta herramienta superó problemas generales de las alinidad, pero tenía su propio problema único en ese mudcake podría afectar a sus lecturas, y el cálculo de la magnitud del error no era siempre fácil. Las herramientas del neutrón del flanco se han substituido sobre todo por las herramientas compensadas del neutrón. El registro compensado del neutrón (CNL) fue introducido en el finales de los sesenta, con dos detectores de neutrones termales. Solucionó la mayor parte de los defectos de las herramientas anteriores, con todo también encontró problemas con las formaciones que contenían los amortiguadores deneutrón termal. Más adelante, un CNL-tipo herramienta fue desarrollado con los detectores duales de los neutrones epitérmicos que pueden solucionar el problema de los amortiguadores de neutrón termal. En la década de los años 90 se presentó la herramienta APS (Array Porosity Sonde), que consiste de un arreglo de detectores con una fuente epitermal. El arreglo de detectores inclúyelos clásicos cercano y lejano de rango termal, el arreglo de un detector doble epitermal y el detector de captura. Una innovación de la sonda APS es que la fuente de neutrones no es química sino que se ha reemplazado por un minitrón o acelerador de partículas que genera neutrones en el rango epitermal, de alta energía. Dadoel espaciamiento del arreglo de detectores, los efectos de litología e índice de hidrógeno se minimizan
Registro De densidad
El registro de densidad mide la densidad de la formación y la relaciona con la porosidad. Una fuente radioactiva emite radiación gamma hacia la formación, la cual interacciona con los electrones de la formación según el efecto compton, en el cual los rayos son dispersados por el núcleo de la formación de donde se obtienen rayos gamma de Compton que es una radiación secundaria producida en los átomos de la formación y que se originan porque la formación cede energía a los átomos dejándolos en estado excitado. Estos últimos rayos son detectados como una medida de la densidad de la formación.
La reducción del flujo de rayos gamma en la formación, es función de la densidad de electrones de la formación.
Para cualquier elemento, el número de electrones coincide con el número de protones con número atómico Z. La masa atómica está contenida en el núcleo atómico, esta es la suma del numero de protones y neutrones y está dada por el numero atómico A.
En general, el número de protones es aproximadamente el número de electrones, así que la relación Z/A es aproximadamente 0,5. Utilizando esta relación, la medida de la densidad de electrones se puede convertir a una densidad aparente medida en g/cc que es cercana a la densidad de los tipos comunes de rocas.
Para entrar en detalles de la relación del número de electrones con el bulk density podemos decir que:
El número de átomos en un mol de un material es igual al número de Advogadro N
El número de electrones en un mol de un material es por lo tanto igual a NZ. Z es el numero atómico (numero de protones o electrones por átomo)
Si el número de masa atómica A es el peso de un mol substancia, el número de electrones por gramo es igual a NZ/A. Para obtener el número de electrones por unidad de volumen multiplicamos por el bulk density de la substancia y tenemos la siguiente ecuación:
Así, el conteo de rayos gamma depende de la densidad del numero de electrones, el cual está relacionado al bulk density de una substancia y depende de los sólidos minerales de la cual está compuesta, de su porosidad y de la densidad de fluidos que llenan sus poros, por lo tanto la herramienta de densidad es útil para determinar porosidad, fluidos de baja densidad (gas) y ayuda a la identificación litológica.
Componentes de la Herramienta
Una fuente de rayos gamma, usualmente Cesio 137 que emite fotones. Los rayos gamma tienen carga y masa cero. El cesio 137 es un radioisótopo del cesio con una masa atómica nominal de 137, su número atómico en la tabla periódica es 55.
Dos detectores gamma, regularmente ubicados entre 0,15 m y 0,40 m de la fuente. Tanto la fuente como los detectores, deben tener una mínima interacción con las paredes del pozo. Estos detectores cuentan el número de rayos gamma que retornan, para la mayoría de los materiales de interés, la densidad está relacionada al bulk density por medio de una constante. Se registran el número de rayos gamma en dos rangos diferentes de energía. Los rayos gamma de más alta energía determinan el bulk density, y por lo tanto la porosidad, mientras que los rayos gamma de más baja energía son usados para determinar la litología de la formación. Estos rayos gamma de baja energía muestran poca dependencia con la porosidad y el tipo de fluido en la formación. Este parámetro es conocido como el efecto de absorción fotoeléctrica.
Usos del Registro de Densidad
Determinación de la porosidad
Identificación de minerales en depósitos evaporíticos
Detección de gas
Determinación de la densidad de los hidrocarburos
En las formaciones de baja densidad (alta porosidad) se leen más conteos de rayos gamma. En la medida que la densidad se incrementa (porosidad decrece), menos conteos de rayos gamma pueden ser detectados.
Ejemplo de registro de densidad:
En el ejemplo se pueden apreciar los valores de densidad registrados para la Halita (2,03 g/cc), contrastando con las anhidritas infrayacientes (2,96 g/cc) y con los shales intercalados (2,5 g/cc), la densidad del shale varia con la composición y compactación. Los valores de baja densidad de algún
gas residual influenciaran fuertemente la lectura de densidad haciendo ver una aparente alta
porosida
En el siguiente gráfico podemos ver un resumen de las respuestas del registro de densidad con diferentes litologias:
Calibración de la herramienta:
La calibración se hace insertando la herramienta en un bloque de caliza pura saturada con agua fresca de una densidad conocida, luego se hacen calibraciones secundarias insertando la herramienta en grandes bloques de aluminio, sulfuro y magnesio de densidades conocidas. En el pozo se utiliza una fuente de radiación portátil para chequear el estado de los detectores antes que la herramienta sea corrida.
La comparación analítica del conteo en los dos detectores es lo que permite una estimación más precisa de la densidad, compensando factores ambientales como la influencia del revoque y la rugosidad del hoyo. Los valores corregidos se muestran en un registro con escalas típicas entre 2 y 3 g/cc. La corrección se muestra en una curva suplementaria donde el valor representa la corrección que se agrega a la densidad desde el detector lejano hasta llegar a la densidad corregida mostrada en el registro.
A continuación vemos un registro con valores de densidad corregidos:
La relación entre la densidad de electrones como ya lo vimos en la ecuación es directamente proporcional y los otros parámetros en la ecuación son constantes para un elemento dado (A y Z), y la constante universal N. La tabla a continuación muestra los valores de A y Z para diferentes elementos de la corteza terrestre.
Se ha definido un nuevo parámetro llamado número de densidad efectiva:
SI substituimos esta en la primera ecuación queda:
Es una ecuación válida para rocas que están compuestas de más de un elemento
Registros Eléctricos Convencionales
La resistividad de la formación es un parámetro clave para determinar la saturación de hidrocarburos. La electricidad puede pasar a través de una formación debido al agua conductiva que contenga dicha formación.
Registros eléctricos convencionales En los primeros 25 años del uso de registros de pozos, los únicos registros de resistividad disponibles fueron los sondeos eléctricos convencionales. Se llevaron a cabo miles de ellos cada año por todo el mundo. Desde entonces, se han desarrollado métodos de medición de resistividad más sofisticados a fin de medir la resistividad de la zona lavada, Rxo, y la resistividad real de la zona virgen, Rt.El registro eléctrico convencional consiste en medir la resistividad de la formación, ofreciendo de esta manera una herramienta muy importante para el geólogo, geofísico, petrofísico, ingeniero de petróleo y perforador, ya que permite identificar zonas prospectivas y otras.
Por lo general, el perfil eléctrico contiene cuatro curvas:
Normal Corta (SN) de 16”, esta mide la resistividad de la zona lavada (Rxo), es decir la zona que fue invadida por el filtrado de lodo.
Normal Larga (NL) de 64”, ésta mide la resistividad la resistividad en la zona virgen (Rt).
Lateral de (18 ’- 8”), es utilizada para medir la resistividad verdadera de la formación cuando no es posible obtener un valor preciso de la curva normal larga.
Potencial espontáneo (SP), es un registro de la diferencia de potencial entre el potencial eléctrico de un electrodo móvil en el pozo y el potencial eléctrico de electrodo fijo en la superficie en función de la profundidad.Enfrente de lutitas, la curva de SP por lo general, define una línea más o menos recta en el registro, que se llama línea base de lutitas.Enfrente de formaciones permeables, la línea muestra deflexiones con respecto a la línea base de lutitas; en las capas gruesas estas deflexiones tienden a alcanzar una deflexión esencialmente constante, definiendo así una línea de arenas.Ésta curva de potencial espontáneo es muy útil, ya que permite detectar capas permeables, correlación de capas, determinar la resistividad del agua de formación y una estimación aproximada del contenido de arcillas.
Principio de funcionamiento de los perfiles eléctricosSe introducen corrientes en la formación, por medio de electrodos de corriente y se miden los voltajes entre los electrodos de medición. Estos voltajes proporcionan la resistividad de cada dispositivo.
Se deben utilizar lodos conductivos a base de agua o lodos de emulsión de petróleo.
En general, cuanto mayor sea el espaciamiento entre los electrodos, mayor es la investigación dentro de la formación. Así, la curva lateral de 18 pies 8 pulgadas, tiene mayor profundidad de investigación y la normal corta de 16”, las más somera.
