POTENCIAL ESPONTANEO (SP)RAYOS GAMMA NATRUALES (GR)

PET-209

INTRODUCCION

Las curva de Potencial Espontneo o Self Potencial (SP) y el registro de Rayos Gamma (GR) son registros de fenmenos fsicos que ocurren naturalmente en las rocas in situ.La curva SP registra el potencial elctrico (voltaje) producido por la interaccin del agua de formacin innata, el fluido de perforacin conductivo y ciertas rocas selectivas de iones (Iutita).

INTRODUCCION

El registro GR indica la radioactividad natural de las rocas o formaciones. Casi todas las rocas presentan cierta radioactividad natural y la cantidad depende de la concentracin de potasio, torio y uranio.Existen dos tipos de registros de GR.El primero, el registro GR estndar, mide slo la radioactividad total. El otro registro, de Espectroscopia de Rayos Gamma Naturales (NGS), mide la radioactividad total y las concentraciones de uranio, torio y potasio.

INTRODUCCION

La curva SP como GR generalmente se presentan en la Pista 1.Por lo general se miden conjuntamente con algn otro registro, como la de resistividad o porosidad.En la actualidad casi todo registro incluye la curva de SP y de GR.

INTRODUCCION

La curva SP y GR tienen los siguientes usos:Diferencia rocas potencialmente productoras permeables y porosas (arenisca, caliza y doloma) de arcillas y lutitas no permeables.Define los lmites de las capas y permite la correlacin entre las capas.Proporciona una indicacin de arcillosidad de la capa.En el caso de la curva SP permite la determinacin de la resistividad del agua de formacin Rw.Ayuda en la identificacin de la litologa (mineral).En el caso de los registros GR y NGS detecta y evala depsitos de minerales radioactivos.En el caso del registro NGS define las concentraciones de Potasio, Torio y Uranio.

POTENCIAL ESPONTANEO (SP) La curva de SP es un registro de la diferencia de potencial de un electrodo mvil en el pozo y un electrodo fijo en superficie, en funcin de la profundidad.

POTENCIAL ESPONTANEO (SP)

El SP se registra generalmente en la pista 1.Frente a las lutitas, la curva SP define una lnea ms o menos recta en el registro, que se llama lnea base de lutitas.Frente a formaciones permeables la curva del SP se aparta de la lnea base de lutitas.En capas de diferente espesor tiende a alcanzar una desviacin constante definiendo una lnea de arena.

La deflexin puede ser a la izquierda (negativa) o a la derecha (positiva).Depende principalmente de las salinidades relativas del agua de formacin y del filtrado de lodo. Si la salinidad del agua de formacin es mayor que la del filtrado de Iodo, la deflexin es a la izquierda. S la salinidad del lodo es mayor que la del agua de formacin, la deflexin es a la derecha.POTENCIAL ESPONTANEO (SP)

POTENCIAL ESPONTANEO (SP) El SP es til en pozos con lodos dulces para:Detectar capas permeables.Ubicar sus lmites y permitir correlacin entre capas.Determinar valores de resistividad del agua de formacin, Rw.Dar valores cualitativos del contenido arcilloso de una capa.

POTENCIAL ESPONTANEO (SP) Las desviaciones de la curva del SP son el resultado del flujo de corrientes existentes dentro del lodo en el pozo.Cuando se perfora una capa permeable se establecen potenciales generados por dos procesos bsicos, denominados potencial electrocintico y potencial electroqumico.Estas corrientes del SP son producidas por fuerzas electromotrices en las formaciones, que son de origen electroqumico o electrocintico.

POTENCIAL ESPONTANEO (SP)

POTENCIAL ELECTROQUIMICO - POTENCIAL DE CONTACTO LIQUIDOConsidere una formacin permeable con capas gruesa de lutitas gruesas de lutitas arriba y abajo; supngase tambin que los dos electrolito presentes, filtrado de Iodo y agua de formacin intersticial, slo contiene cloruro de sodio (NaCl). Debido a la estructura Iaminar de la arcilla y a las cargas en las lminas, las lutitas son permeables a los cationes Na+ pero impermeables a los aniones Cl-.Slo los cationes Na (cargas positivas) pueden moverse a travs de la solucin de NaCl ms concentrada a la menos concentrada.Este movimiento de iones cargados constituye una corriente elctrica y la fuerza que causa que se muevan, constituye un potencial al travs de la lutita.

POTENCIAL ELECTROQUIMICO - POTENCIAL DE CONTACTO LIQUIDOSoluciones salinas con concentraciones diferentes cuando son colocadas en contacto generan un flujo del ion Cl de la solucin mas salina hacia la menos salina.

POTENCIAL ELECTROQUIMICO - POTENCIAL DE MENBRANACuando una lutita separa soluciones de NaCl de diferentes salinidades los cationes de Na+ (cargas positivas) se desplazan a travs de la lutita, desde la solucin ms concentrada hacia la menos concentrada.

Un potencial electrocintico, que tambin se conoce como potencial de corriente o potencial de electrofiltracion.Se produce cuando un electrolito fluye a travs de un medio poroso, permeable y no metlico.El potencial electrocintico ocurre en funcin del flujo de una electrolito (Rm) a travs de un medio no conductivo (revoque). El flujo ocurre debido a la diferencia de presin entre la columna de lodo y la formacin.POTENCIAL ELECTROCINETICO

FORMA Y AMPLITUD CURVA SPLa forma y amplitud de la curva SP depende de:Espesor de la capa (h).Varicion de la permeabilidad.Relacion Rw vs Rmf. Resistividad verdadera (Rt), de la capa permeable.Resistividad de la zona invadidad (Rxo).Dimetro de invacion (di). Resistividad (Rs), de las formaciones adyacentes.Resistividad (Rm) del lodo y dimetro (dh), del pozo.Arcillosidad.Bimetalismo y magentismo.Presencia de HC.

RESPUESTA DEL SP RELACION Rw - Rmf

SP EN FUNCION DE LA K y

El movimiento de iones que causa el fenmeno del SP es posible slo en formaciones que tengan un mnimo de permeabilidad (es suficiente una pequea fraccin de milidarcy). No hay una relacin directa entre el valor de la permeabilidad y la magnitud de la deflexin del SP, ni la deflexin del SP tiene una relacin directa con la porosidad.

PRESENTACION DE LA CURVA SP

UTILIZACION DEL SP DETERMINAR Vsh:

Puede usarse la curva de SP para determilar el volumen de lutita de una formacin Vsh. Luego se usa el volumen de lutita para corregir las porosidades aparentes que dan los perfiles acsticos, neutrnicos y de densidad.Para determinar Vsh, se usa la siguiente formula:Vsh= (SP leidoSP limpio) / (SP arcilla GR limpio)

UTILIZACION DEL SP DETERMINAR Vsh:

ANALISIS DEL SPDefinir pases (lmites) de formaciones.Utilizar la disposicin de curvas para separar zonas acuferas de zonas petrolferas.Determinacin de Rw a partir de SP.

DEFINIR PASE (limites) DE FORMACIONESRecordemos que una formacin ser permeable si el SP se desva frente a ella.Los contactos arena-arcilla aparecen en los puntos de inflexin.Los puntos de inflexin son aquellos de mxima pendiente.

EjemploLa zona A, bastante bien definida. La porcin limpia se extiende desde 3810 pies hasta los 3914 pies.Zona de transicin de arenas lutticas por encima de los 3810 pies.Zona C est bastante limpia en el intervalo superior, pero se transforma gradualmente en la lutita que vemos abajo.

2. RECONOCIMIENTO DE LA DISTRIBIUCIONLa zona A es una lutita, el SP no se desva de la lnea base de lutitas.La zona B es una arena luttica, el SP no se desva a potencial mximo como lo hace en la zona E.La zona C es una arena con agua dulce el SP desva hacia la derecha de la lnea base de lutitas. Para que esto ocurra, el lodo de perforacin debe ser ms salado que el agua de formacin.La zona D es una arena petrolfera porque el SP no llega a desviacin mxima, como en la zona E.La zona E es una arena con agua salada porque el SP tiene mxima desviacin negativa.La zona F es una caliza impermeable y de baja porosidad porque el SP no se desva de la lnea base de lutita, indicando un estrato impermeable.

SP ESTTICO

La figura presenta como fluyen las corrientes de SP en el pozo y en las formaciones.Las direcciones de la corriente que se muestran corresponden al caso mas comn donde la salinidad del agua de formacin es mayor que la del filtrado de Iodo.Donde el potencial que se observa enfrente de la capa permeable de arenisca es negativo con respecto al potencial frente a la lutita.Esta variacin negativa corresponde a una curva de deflexin del SP hacia la izquierda en el registro del SP.

SP ESTTICO

Si la salinidad del filtrado de Iodo es mayor que la del agua de formacin, las corrientes fluyen en la direccin opuesta. En ese caso, la deflexin del SP enfrente de la capa permeable es positiva (a la derecha). Las deflexiones positivas, por lo general, se observan en formaciones saturadas de agua dulce. Si las salinidad del filtrado de Iodo y del agua de formacin son similares, no existe un SP potencial o una corriente de flujo y, por lo tanto, no hay deflexin del SP enfrente a la capa permeable. Las corrientes del SP fluyen al travs de cuatro medio. diferentes: el pozo, la zona invadida, la parte no invadida de la formacin permeable y las arcillas alrededor.

SP ESTTICO

En cada medio, el potencial a lo largo de una lnea de flujo de corriente disminuye en proporcin a la resistencia encontrada, la disminucin total de potencial a lo largo de la lnea de flujo de corriente el igual al emf total (fuerza electromagntica). La corriente que fluye a travs del empalme entre soluciones de salinidad diferente se produce por medio de una fuerza electromagntica (emf), potencial de contacto lquido. Sin embargo, las deflexiones en la curva del SP son una medicin de nicamente la disminucin del potencial en el pozo que resulta de las corrientes de SP. Esta disminucin de potencial representa slo una fraccin (aunque por lo general es la fraccin mayor) de la emf total porque tambin hay disminucin de potencial en la formacin.

SP ESTTICO

S se pudiera evitar que las corrientes fluyeran por medio de mtodos como el uso de tapones aisladores, que se indican esquemticamente en siguiente figura, las diferencias de potencial observadas en el Iodo seran igual al total de la emf. La curva del SP registrada en una condicin tan idealizada se llama curva de SP esttico. El SP esttico o SSP es la deflexin de SP enfrente a una formacin limpia y gruesa. La deflexin se mide a partir de la lnea base de lutitas y su magnitud a partir de la ecuacin:SSP= -K log aw/amfaw, actividad qumica del agua de formacinamf, actividad qumica del filtrado de lodo

SP ESTTICO

Afortunadamente, como el pozo presenta un rea transversal mucho mas pequea al flujo de corriente relativa a las formaciones, la mayor parte de la disminucin de voltaje del SP ocurre en el pozo a condicin que las resistividades de la formacin sean de bajas a moderadas y las capas sean moderadamente gruesas. Por lo tanto, la deflexin de la curva del SP se aproxima al valor de SP esttico en la mayora de las capas gruesas y permeable

DETERMINACIN DE Rw A PARTIR DEL SP

En formaciones limpias es posible encontrar una zona donde las lecturas del SP nos permitan derivar la Rw. Esto se logra a partir de la ecuacin del potencial espontneo esttico:SSP= -K log Rmfe/RweEn donde:Rmfe= Resistividad equivalente del filtrado del lodo.Rwe= Resistividad equivalente del agua.K= Constante que depende de la temperatura.Para derivar el valor de Rw a partir de las lecturas del SP, es necesario contar con algunas mediciones del lodo de perforacin. Rm= Resistividad del lodo de perforacinRmf= Resistividad del filtrado del lodo de perforacinRmc= Resistividad del enjarre del lodo de perforacin

CALCULAR Rw A PARTIR DEL SP 1. Obtener el ESSP del registro SP: a) En la figura, las lecturas del SP se obtienen de la siguiente manera:b) Trazar la lnea base de lutitas (deflexin ms a la derecha del SP).c) Trazar la lnea de arenas. (deflexin ms a la izquierda del SP).d) Diferencia en mV entre las dos lneas y esto corresponder al potencial espontneo esttico, SSP. En la figura, tenemos una escala de 10mV/divisin; por lo que SSP es de 72mV.

CALCULAR Rw A PARTIR DEL SP

CALCULAR Rw A PARTIR DEL SP2. Calcular Rmfe: a) Anotar elvalor de Rmf del encabezado del registro y la temperatura a la que se tom la muestra. En este caso, Rmf = 0.6 ohm-m a 25C.b) Calcular Rmf a temperatura de formacin (la muestra se tom a temperatura ambiente, es necesario, trasladar su valor a temperatura de formacin), para este caso, la temperatura de formacin es de 75C, por lo que: R2= R1[{T1+ 21,5)/ (T2+ 21,5)] en C Rmf = 0,6[25 + 21,5) / (75 + 21,5)] = 0,289 ohm -m C) Obtener Rmfe. En este caso, Rmf > 0.1 ohm-m, por lo que: Rmfe = 0,85 * Rmf' = 0.245 ohm-m.

CALCULAR Rw A PARTIR DEL SP3. Calcular K: K= 65 + 0,24*T Ten C K= 65 + 0,24*75 = 83 4. Calcular RweRwe= Rmfe / 10^SSP/K Rwe= 0,245 / 10^72/83Rwe= 0,033 ohm-m 5. Obtener Rw: a) Con los valores de Rwe = 0.033 ohm-m y la temperatura de formacin, 75F, entrar en el grfico SP-2m, donde se obtiene, Rw = 0,039 ohm-m

CALCULAR Rw A PARTIR DEL SP

RAYOS GAMMAGR

RAYOS GAMMA

APLICACIONES DEL RAYOS GAMMAEl registro de GR mide la radioactividad natural de las formaciones.Deteccin y evaluacin de minerales radioactivos como potasio y uranio.En formaciones sedimentarias, el Perfil de Rayos Gamma generalmente refleja el contenido de lutita de las formaciones.Esto es porque los elementos radioactivos tienden a concentrarse en arcillas y lutitas. Formaciones limpias tienen normalmente un nivel bajo de radioactividad, a menos que estn contaminadas de cenizas volcnicas o rodados granticos radioactivos o cuando las aguas de formacin contienen sales disueltas de potasio.

DETECTORESCosiste Nesencialente en un Cintilometro destinado a detectar y medir la radioactividad natural de las rocas.Los instrumentos de rayos gamma, utilizan dos tipos de detectores: el detector de Geiger Muller y CINTILOMETRO o DETECTOR DE CENTELLO.Este ltimo est compuesto por un cristal que emite luz al ser golpeado por un rayo gamma. La luz choca contra la pantalla revestida de fsforo de un tubo fotomultiplicador, luego esta pantalla emite electrones al ser iluminada por la luz del cristal y el fotomultiplicador aumenta la energa de esos electrones. A su vez, el fotomultplicador produce una corriente elctrica que se procesa en el circuito electrnico de la herramienta y es enviada a un sistema en la superficie.Este tipo de detector tiene una elevada eficiencia en el recuento de pulsos y es muy superior al detector de Geiger Muller. Por esta razn, se usa casi exclusvamente el detector de centelleo en perfilaje de pozos.

APLICACIONES DEL RAYOS GAMMAEl perfil de Rayos Gamma puede ser registrado en pozos entubados lo que lo hace muy til en operaciones de terminacin y reacondicionamiento.Es frecuentemente usado como substituto del SP en los pozos entubados donde es imposible obtener el SP, o en pozos abiertos cuando el SP no es satisfactorio. En ambos casos es til en la ubicacin de capas no arcillosas y para correlaciones.

PROPIEDADES DEL RAYOS GAMMALos rayos gamma son ondas electromagnticas de alta energa.La radiacin natural de la formacin se debe, en principio, al potasio 40 radiactivo, a las series uranio-radio y a las series del torio.La energa del rayos gamma que se recibe est determinada por la energa de la fuente emisora, la densidad de la formacin y la distancia que tiene que recorrer la radiacin gamma para alcanzar al detector.

CARACTERISTICAS DE LA CURVA DE RAYOS GAMMALas herramientas de rayos gamma tienen resoluciones verticales desde 6 hasta cerca de 2 pies y profundidades de investigacin entre 6 y 1 pie.Si se aumenta el dimetro de pozo, la energa y la cantidad de rayos gamma observados tiende a disminuir. Esto se debe al efecto de atenuacion que produce la columna de Iodo.Los Iodos con ClK aumentan la radiacin de fondo, debido al potasio radioactlvo que tendr el Iodo.La curva de rayos gamma, como ocurre con todas las curvas radioactivas, es de naturaleza estadstica, lo que quiere decir que an con la herramienta quieta dentro del pozo, se registrarn pequeas fluctuaciones.Se recomienda usar una constante de tiempo de dos segundos (cantidad de pulsos contada durante un perodo corto de tiempo) y una velocidad de perfilaje de 30 pies/minuto.

MEDIDA DE LOS RAYOS GAMMA EN TIPOS LITOLOGICOSLUTITA

MEDIDA DE LOS RAYOS GAMMA EN TIPOS LITOLOGICOS

PERFIL DE RAYOS GAMMAUtilizacin.Definicin de la litologa.Correlacin.Volumen de arcilla.Identificacin de minerales radioactivos.Presentacion.Pista 1, escala lineal.AtencionPosibilidad de arenas con minerales radioactivos.Sales de K.Picos anormales de lutitas pueden estar reflejando la presencia de materia organica (lutitas generadoras).

PRESENTACION DEL GR

CORRELACION ENTRE POZOS

REPUESTA DEL GR FRENTE A LUTITAS RADIOACTIVA

UTILIZACION DE LOS RAYOS GAMMA PARA DETERMINAR Vsh:

Puede usarse la curva de rayos gamma para determi/lar el volumen de lutita de una formacin Vsh. Luego se usa el volumen de lutita para corregir las porosidades aparentes que dan los perfiles acsticos, neutrnicos y de densidad.Este mtodo para hallar Vsh va a dar, generalmente, buenos valores en las formaciones comunes. Si la formacin es inusualmente radioactiva, el mtodo no da resultado.Para determinar Vsh, se usa la siguiente formula:Vsh= (GR leidoGR minimo) / (GR maximoGR arena minimo)

UTILIZACION DE LOS RAYOS GAMMA PARA DETERMINAR Vsh:

RESUMENLos rayos gamma se utilizan principalmente como herramienta para identificacin de litologa.Pueden usarse en vez del SP cuando no puede tomarse ste (por ej. en pozos perforados a aire, en pozos entubados, con lodos a base de petrleo, con lodos muy salinos etc.)Tambin pueden usarse los rayos gamma par corregir porosidades por efecto de lutita, determinando previamente el volumen de lutita (Vsh) de la formacin.

ESPECTROMETRIA DERAYOS GAMMA

REGISTRO NGS (NATURAL GAMMA RAY SPECTROMETRY)

Al igual que el registro de GR, eI NGS o registro de espectrometra de rayos gamma naturales mide la radiactividad natural de las formaciones. A diferencia del registro de GR que slo mide la radioactividad total, este registro mide el numero de rayos gamma y el nivel de energa de cada uno y permite determinar las concentraciones de potasio, torio y uranio radioactivos en la formacin.

ESPECTROMETRIA DE RAYOS GAMMAPresentacin del Registro El registro NGS proporciona un registro de las cantidades (concentracin) de potasio, torio y uranio en la formacin. Estos generalmente se presentan en las Pistas 2 y 3 del registro. Las concentraciones de torio y uranio se presentan ppm y la concentracin de potasio %. Adems de la concentraciones de los tres elementos radioactivos individuales, una curva de GR total (estndar) se registra y se presenta en la Pista 1. La respuesta total se determina por medio de una combinacin lineal de las concentraciones de potasio, torio y uranio. Esta curva estndar se expresa en unidades API. Si se desea tambin se puede proporcionar una medicin "libre de uranio" (CGR) que solo es la suma de los rayos gamma de torio y del potasio.

ESPECTROMETRIA DE RAYOS GAMMAInterpretacin.La concentracin promedio de potasio en la corteza terrestre, es de aproximadamente 2.6%. Para el uranio, cerca de 3 ppm y para el torio, cerca de 12 ppm. Es obvio que las formaciones individuales pueden tener cantidades significativamente mayores o menores y algunos minerales especficos, por lo general tienen concentraciones caractersticas de torio, uranio y potasio.Por lo tanto, las curvas del registro NGS con frecuencia se puedan utilizar individual o colectivamente para identificar minerales o el tipo de mineral. A menudo, el resultado es anbiguo por lo que se requieren otros datos. En particular son tiles, el coeficiente de absorcin fotoelctrica en combinacin con las relaciones de las familia radioactivas: Th/K, U/K, Th/U.

ESPECTROMETRIA DE RAYOS GAMMA

ESPECTROMETRIA DE RAYOS GAMMA

ESPECTROMETRIA DE RAYOS GAMMAAplicaciones El registro NGS se puede utilizar para detectar, identificar y evaluar minerales radioactivos y tambin para identificar el tipo de arcilla y calcular los volmenes de arcilla. Esto, a su ves, puede proporcionar una perspectiva de la fuente, el medio ambiente del depsito, la historia diagentica y las caractersticas petrofsica (rea de la superficie, estructura de los poros, etc.) de la roca.La respuesta del torio y del potasio o nicamente la respuesta del torio en el registro NGS, es frecuentemente mejor indicador de la presencia de arcilla que el registro de GR sencillo u otros indicadores de la presencia de arcilla

IDENTIFICACIN DEL TIPO DE ARCILLA