Herramientas de Medición de Resistividad - Práctico 4

HERRAMIENTAS DE MEDICIN DE LA RESISTIVIDAD

La deteccin y evaluacin de la saturacin de hidrocarburos han sido

por mucho tiempo un problema en los pozos entubados. Despus de 60

aos de sueos y proyectos, la medicin de la resistividad detrs del

PRACTICO N 4 REGISTRO DE POZOS

revestimiento se convierte hoy en una realidad.

Karsani Aulia Bambang Poernomo William C. Richmond Ari Haryanto Wicaksono PT. Caltex Pacic Minas, Riau, Indonesia

Paul Bguin Dominique Benimeli Isabelle Dubourg Gilles Rouault Peter VanderWal Clamart, Francia

Austin Boyd Ridgeeld, Connecticut, EUA

Sherif Farag Yakarta, Indonesia

Paolo Ferraris Abu Dhabi, Emiratos rabes Unidos

Anne McDougall Pars, Francia

Michael Rosa David Sharbak Occidental Oil and Gas Company Elk Hills, California, EUA

Por su colaboracin en la preparacin de este artculo, se agradece a Eric Bonnin, David Foulon y Gregory Joffroy, TOTAL ABK, Abu Dhabi, EAU; Bob Davis, Bakerseld, California, EUA; Alison Goligher y Don McKeon, Clamart, Francia; Russ Hertzog, Laboratorio Nacional de Ingeniera y Ambiente de Idaho, Idaho Falls, Idaho, EUA; Pam Rahmatdoost, Sugar Land, Texas, EUA; y Lukas Utojo Wihardjo, Duri, Indonesia. AIT (herramienta de Induccin de Arreglo), CBT (herramienta de Adherencia del Cemento), CET (herramienta de Evalua- cin de la Cementacin), CHFR (Resistividad de la Formacin en Pozo Entubado), CPET (herramienta de Evaluacin de la Corrosin), ELAN (Anlisis Elemental de Registros), HRLA (Sonda de Lateroperl de Alta Resolucin), Platform Express, RST (herramienta de Control de Saturacin del Yacimiento), SCALE BLASTER, SpectroLith, TDT (Tiempo de Decaimiento Termal) y USI (herramienta de Imgenes Ultra- snicas) son marcas de Schlumberger. TCRT (herramienta de Resistividad a travs del Revestimiento) es una marca de Baker Hughes.

En busca de mejorar la productividad de los campos, ampliar su vida til y aumentar las reservas, las compaas petroleras necesitan ser capaces de identicar hidrocarburos an no detectados, monitorear los cambios en la saturacin de los uidos y detectar el movimiento de los contactos de uidos de los yacimientos. Muchas de las reservas de petrleo y gas descubiertas y que an existen estn contenidas en campos viejos, des- cubiertos entre la dcada de 1920 y la de 1950.1 En aquellos das, por lo general los hidrocarburos se detectaban slo a travs de registros elctricos obtenidos a pozo abierto; a menudo los ni- cos registros disponibles. Incluso hoy, los registros de resistividad adquiridos a pozo abierto todava son las mediciones ms comnmente utilizadas para evaluar las saturaciones de los yacimientos y distinguir las zonas que contienen hidrocarburos de las que contienen agua. Sin embargo, el monitoreo de los cambios de saturacin en yacimientos viejos requiere efectuar mediciones a travs del revestimiento de acero, lo que no ha sido posible con las herramientas de resistividad convencionales. Hasta hace poco, la evaluacin de la saturacin de hidrocarburos en un pozo entubado slo era posible con herramientas nucleares. Estas herramientas tienen una reducida profundidad de investigacin y su aplicacin efectiva est limitada a altas porosidades y altas salinidades. Desde la invencin de los registros de resistividad de pozo abierto, los expertos de todo el mundo se han es- forzado por desarrollar una herramienta que pueda medir la resistividad detrs del revestimiento. Hoy, 60 aos despus de haberse concebido esta idea, la medicin exacta y conable de la resistividad de formaciones no slo es posible en pozos entubados, sino que tambin ya se encuentra disponible como servicio estndar. Las considerables dificultades de diseo y medicin planteadas por la medicin de la resistividad de

la formacin detrs de revestimientos de acero han sido superadas (vase Historia de la medicin de la resistividad en pozos entubados, pgina 12). Con la ayuda de innovadores dispositivos electrnicos, los ingenieros de Schlumberger han desarrollado un sistema que hizo funcionar una vieja idea. Como en el caso de las mediciones en pozo abierto, las mediciones de resistividad y porosidad nuclear en pozo entubado se pueden combi- nar para proporcionar una mejor evaluacin de la saturacin. Adems del monitoreo de yacimientos y la identicacin de zonas productivas previamente inadvertidas, este servicio proporciona una medicin de resistividad en pozos de alto riesgo en los que los registros de pozo abierto no pueden obtenerse debido a las condiciones del pozo, o cuando una falla de la herramienta impide la adquisicin exitosa de los datos. Este artculo revela cmo funciona la nueva herramienta, cmo su diseo derriba obstculos anteriormente insuperables para obtener la resistividad detrs del revestimiento, y de qu manera supera las limitaciones de la tcnica. Los ejemplos de campo indican con cunta delidad la nueva medicin corresponde a los resultados de las herramientas de adquisicin de registros a pozo abierto y cmo se est utilizando para monitorear cambios de saturacin y de contactos de uidos.

Principio de la medicin La herramienta de Resistividad de la Formacin en Pozo Entubado CHFR es, en efecto, una herramienta de lateroperl, es decir, un dispositivo con electrodos que miden las diferencias de voltaje que se crean cuando una corriente emitida uye hacia la formacin alrededor del pozo. La manera usual de calcular la resistividad Rt de la formacin a partir de una herramienta de lateroperl requiere medir la corriente I emitida y el voltaje V de la herramienta. Para obtener la resistividad, la

2 Oileld Review

Rt

Rcem

Rc

Rc

Rcem

Rt

relacin de ambos parmetros se multiplica por un coeciente constante conocido como el factor K de la herramienta, el cual depende de la geometra de la herramienta misma: Rt = KV/I. La medicin de la herramienta CHFR es un poco ms complicada debido a la presencia del revestimiento de acero, pero an as se reduce a determinar Rt a partir de V e I. Los lateroperles de pozo abierto utilizan electrodos para enfocar la corriente emitida dentro de la formacin. Una diferencia signicativa en la fsica que rige la medicin en un pozo entubado es el hecho de que el revestimiento mismo del pozo sirve como un electrodo gigante que aleja la corriente del pozo. La corriente sigue el trayecto de menor resistencia para completar un circuito elctrico, y cuando la opcin es pasar a travs de acero de baja resistencia o a travs de la tierra, la mayor parte de la corriente uir a travs del acero.

La corriente alterna de alta frecuencia (CA) per- manecer casi enteramente en el interior del acero, pero con CA de baja frecuencia o con corriente continua (CC), una pequea parte de la corriente se ltra hacia la formacin. Para uir desde la fuente de la herramienta hasta la conexin elctrica a tierra en un electrodo de retorno ubicado en la supercie, la corriente pasa a travs del revestimiento y se ltra gradualmente hacia la formacin circundante, al pasar a travs del terreno hasta la conexin elctrica a tierra. La fuga hacia la formacin que se encuentra alrededor del pozo ocurre a lo largo de todo el revestimiento, de modo que la cantidad de corriente que se ltra por cada metro es mni- ma. El mayor desafo de la medicin de resistividad detrs del revestimiento consiste en medir esta pequea cantidad de corriente que se fuga.

La manera en que se realiza la medicin se puede entender si se sigue el curso de la corriente a lo largo de los trayectos que toma hacia la conexin elctrica a tierra. El electrodo de corriente est en contacto con el interior del revestimiento. Una parte de la corriente viaja hacia arriba del revestimiento, y la otra parte viaja hacia abajo. La cantidad que va en cada direccin depende de la posicin de la herramienta en el pozo y de la resistividad de la formacin; mientras ms alta sea la resistividad de la formacin, menos corriente ir hacia abajo por

1. Informe del equipo de trabajo: Through-Casing Logging Tools Approach Commercialization, Gas Research Institute GRID, Verano de 1998: 19-21. Blaskovich FT: Historical Problems with Old Field Rejuvenation, artculo de la SPE 62518, presentado en el Encuentro Regional Occidental de las SPE/AAPG, Long Beach, California, EUA, Junio 19-23, 2000.

CRISTIAN CARLOS MARTINEZ ROCHA REG: 211060585 3

Efecto de la posicin de la herramienta en una formacin homognea para un pozo profundo de 3000 m [9840 pies] entubado con un revestidor de 7 pulgadas de dimetro y 29 Ibm/pies de peso, y retornos de corriente en la boca del pozo. Se aplica un amperio (A). La corriente que desciende por el revestimiento presenta sus mayores variaciones en las partes inferior y superior del pozo y disminuye a medida que aumenta la resistividad de la formacin (arriba). La fuga de corriente tambin disminuye con el aumento de la resistividad de la formacin. Cerca de la zapata del revestimiento, a los 3000 m, la tasa de fuga aumenta radicalmente, incluso a pesar de que la corriente descendente disminuye, ya que toda la corriente descendente uye hacia la seccin restante de la formacin (abajo).

Corriente descendente 0.5

0.4 Corriente, A

Corriente, mA/m

>

0.3

0.2

0.1

0 0 500 1000 1500

Rt = 1 ohm-m Rt = 10 ohm-m Rt = 100 ohm-m

2000 2500 3000

Corriente de la formacin 5

el revestimiento (derecha). Esto se debe a que la corriente descendente se conecta a tierra al pasar a travs de la formacin. Tambin signica que la herramienta se hace menos sensitiva cuando la resistividad de la formacin es mayor; entra menos corriente a la formacin. A medida que la corriente uye hacia abajo por el revestimiento, una pequea parte penetra la formacin. La fuga se puede describir como una cierta fraccin de disminucin de corriente por metro. Cuando la herramienta est cerca de la supercie, la mayor parte de la corriente va hacia arriba del revestimiento, ya que es el trayecto ms corto y con menos resistencia, de modo que hay poca fuga hacia la formacin. A lo largo de casi todo el revestimiento, la fuga es casi constante para las formaciones de baja resistividad, hasta que la herramienta se aproxima a la zapata del revestimiento ubicada en el fondo del pozo. En ese punto, aunque disminuye la corriente descendente, una mayor parte de ella se ltra pro- gresivamente hacia cada metro de formacin, hasta el ltimo metro, en el que toda la corriente descendente pasa a ese metro de formacin, ha- ciendo que la fuga sea considerable. De hecho, la fuga de corriente es mxima en la zapata del revestimiento. En general esto es una ventaja, ya que la mayor parte de los intervalos de inters se encuentra cerca del fondo del revestimiento. La dicultad para medir la resistividad detrs del revestimiento, durante los 60 aos que se extendi el desarrollo de esta tcnica, ha radicado en la medicin misma. Es sencillo medir la corriente que va hacia abajo por el revestidor, ya que el diseo de la herramienta puede incluir

Componentes de la medicin CHFR

Voltaje diferencial (V1 -V2 ) Voltaje superior e inferior (V1 ,V2 ) Voltaje del revestimiento (V0 ) Corriente de calibracin

4

3

2

1

0 0 500 1000 1500

Rt = 1 ohm-m Rt = 10 ohm-m Rt = 100 ohm-m

2000 2500 3000 Profundidad, m

electrodos que hacen contacto con la tubera de revestimiento. Es imposible medir directamente la corriente que uye hacia la formacin, ya que los electrodos no entran en contacto con el terreno. La corriente de la formacin se debe inferir de la corriente del revestimiento, efectuando una subs- traccin. Una corriente aplicada de un amperio (A) proporciona corrientes de fuga de unos cuantos miliamperios por metro, e incluso menos, para formaciones de mayor resistividad. Pero resulta sumamente complicado determinar una pequea cantidad a partir de la diferencia de dos cantidades mucho mayores, particularmente cuando hay ruido en los datos. Las dicultades tcnicas relacionadas con la medicin de la resistividad detrs del revestimiento han sido superadas mediante un cuida- doso diseo de la herramienta y la mayor exactitud y precisin de las mediciones. Los dispositivos electrnicos ubicados en el fondo del pozo hoy son lo sucientemente precisos y esta- bles como para determinar la resistividad de la formacin detrs del revestimiento conductivo. Pero, cmo se efecta la medicin? La primera etapa de la medicin utiliza una fuente en la herramienta para aplicar corriente alterna de baja frecuencia al revestimiento (pgina siguien-

Valor (aproximado) 5 a 500 nV

20 a 100

10 a 100 mV 0.5 a 3.0 A

20 a 100

0.5 a 6.0 A 2 a 20 mA

0a3A

Resistencia del segmento del revestimiento (Rc ) Corriente aplicada (I) Corriente de la formacin (I) Corriente descendente del segmento del revestimiento (Id )

> Valores tpicos registrados con mediciones de la herramienta CHFR.

te a la izquierda). Bajo el punto de inyeccin se encuentran cuatro electrodos de voltaje con una separacin de 2 pies [0.6 m]. Tres de ellos se utilizan en cada medicin. La cada de voltaje entre pares de electrodos es una combinacin de las prdidas debidas a la fuga de corriente hacia la formacin, ms las prdidas resistivas en el revestimiento. Se requiere un segundo paso, lla- mado paso de calibracin, para determinar las prdidas resistivas en el revestimiento. El circuito del paso de calibracin comienza en el mismo punto de aplicacin de la corriente, pero uye hacia abajo del revestimiento a un electrodo de corriente ubicado cerca de 10 m [33 pies] ms abajo en la herramienta (pgina siguiente a la derecha). Hay una fuga muy poco signicativa hacia la formacin, ya que la corriente no necesita uir a travs de la formacin para completar el circuito. La resistencia del revestimiento se puede determinar con los mismos electrodos de voltaje que se usan en el paso de medicin. De este modo, la resistividad de la formacin se puede obtener bsicamente computando la diferencia entre ambas mediciones. De manera alternativa, si se conoce o supone la resistividad del acero, es posible derivar el espesor del revestimiento, como se hace con la herramienta de Evaluacin de la Corrosin CPET. El alto contraste de resistividad entre el acero y la formacin determina la direccin de la fuga de corriente hacia la formacin (perpendicular al revestimiento), debido a que el revestimiento es esencialmente una supercie equipotencial. Esta herramienta es ms sensible a la resistividad de la formacin cerca de sus electrodos de voltaje, ya que las mediciones de voltaje utilizadas para determinarla son afectadas en primer lugar por la fuga que se desplaza en forma radial hacia la formacin, inmediatamente fuera del revestimiento.

4 Oileld Review

Retorno

Electrodo de superficie

Revestimiento Rc

Rc

Revestimiento

Rt Electrodo superior de inyeccin de corriente

Rt Electrodo superior de inyeccin de corriente

I I

V1

V0

V2 y c

c

Electrodo inferior de corriente

> Primera etapa del principio de medicin de dos etapas de la herramienta CHFR. En la etapa de medicin, la corriente alterna de baja frecuencia (CA) asciende por la tubera de revestimiento hacia la supercie y desciende por el revestidor a travs de la formacin hacia un electrodo de retorno emplazado en la supercie. La herramienta mide la diferencia I en la corriente descendente entre pares de electrodos de voltaje. En cada estacin, tres electrodos de medicin contribuyen a una medicin de resistividad (lado derecho de la gura). Con cuatro electrodos de medicin disponibles, es posible realizar dos mediciones de resistividad a la vez. Vo es el voltaje del revestimiento, y V1 y V2 son voltajes medidos en la formacin entre dos pares de electrodos. Rc es la resistencia del revestimiento.

> Etapa de calibracin de la herramienta CHFR. La corriente slo uye desde el electrodo de corriente superior hacia el inferior, permitiendo el cmputo de c como la diferencia en la resistencia del revestimiento entre dos puntos de medicin.

Se requiere otro paso para obtener el voltaje del revestimiento V0. Son necesarias mediciones de voltaje extremadamente precisas en el rango de los 10 a 100 mV (pgina anterior, abajo). No se pueden realizar en corriente alterna, como en los pasos de medicin y calibracin. En una secuen- cia separada, la corriente directa se enva desde el inyector superior a la supercie siguiendo el mismo trayecto utilizado en la medicin de corriente de la formacin. El voltaje se mide entre el inyector inferior y un electrodo de referencia dis- tinto en la supercie. La medicin se efecta dos vecescon polaridades negativas y positivas para eliminar errores sistemticos, tales como la polarizacin o la deriva. Debido a que el voltaje vara muy lentamente con la profundidad, por lo

general es suciente una medicin de voltaje por cada 10 estaciones de profundidad. El electrodo de referencia de supercie para la calibracin de voltaje debe estar ubicado lo ms lejos posible de la boca del pozo. Sin embargo, esto no siempre es posible o factible en las operaciones de campo reales. La incapacidad de obtener una distancia suciente para el electrodo de referencia o un buen contacto elctrico entre el electrodo de supercie y la tierra pueden afectar de manera adversa la calidad de la medicin del voltaje y, en consecuencia, la conabilidad de la medicin de resistividad de la formacin. Esta dicultad puede superarse utilizando una ecuacin derivada empricamente para estimar la resistividad sin una medicin de voltaje.

Cuando se utiliza este mtodo, las resistividades de la formacin de CHFR son aparentes, en lugar de absolutas. Un trmino de la ecuacin com- pensa la presencia de la zapata del revestimiento, y un segundo trmino da cuenta de la geometra del revestimiento donde se toma la medicin. Si bien esta frmula no es aplicable universalmente, ha proporcionado resultados satisfactorios en muchos casos. Incluso cuando no funciona, el carcter general de la curva de resistividad se conserva, pero la curva completa se desplaza respecto de la curva de resistividad real. Esto se considera aceptable para la herramienta CHFR, ya que a menudo se dispondr de un registro de referencia adquirido a pozo abierto, el que permitir el ajuste del factor K.


Telemetra

Electrodo superior de corriente

Junta de aislamiento

La calibracin de registros de CHFR con respecto a los registros de pozo abierto consiste en ajustar la ganancia de la medicin de la corriente de formacin de CHFR (efectivamente, el factor K) para desplazar el registro del pozo entubado y superponerlo al registro de pozo abierto. La determinacin del desplazamiento adecuado requiere conocer la resistividad de una capa, como una zona de lutitas o una capa no abierta al ujo, cuya resistividad no se ha modicado desde la obtencin de los registros de pozo abierto.

Desafos del diseo y la medicin El principal objetivo del diseo de la herramienta CHFR fue medir de manera precisa y conable la resistividad de la formacin detrs del revestimiento, sin que se viera afectada por problemas de contacto del revestimiento, capas de cemento e invasin de uidos en las cercanas del pozo. Se establecieron rigurosos objetivos adicionales para la deteccin de capas delgadas: determinar la resistividad de las capas adyacentes, tales como estraticacin, contactos agua-petrleo y petrleo-gas, con una resolucin vertical de 1 pie [0.3 m], y determinar un contraste de resistividades a travs de las capas adyacentes del orden del 5%. Para disear una herramienta como sta era necesario resolver, en primer lugar, importantes desafos tcnicos en tres reas: fsica, electrnica y mecnica. El comportamiento fsico de la corriente elctrica en un pozo entubado es dis- tinto al de un pozo abierto. El modelado y trabajo analtico proporcionaron una buena comprensin de los aspectos fsicos y la mejor manera de manejar fuentes inherentes de error y ruido aso- ciadas con los componentes electrnicos. Este trabajo permiti que los registros de resistividad pudieran derivarse de las mediciones bsicas. Las formaciones tpicas tienen resistividades cerca de 1000 millones de veces ms altas que las del tpico revestimiento de acero. Sin embargo, debido al gran volumen de roca de yacimiento, la relacin entre la corriente de formacin y la corriente aplicada est en el rango de 10-3 a 10-5, en vez de 10-9. Puesto que el cable elctrico limita la corriente total que puede ser aplicada al revestimiento a unos pocos amperios, las corrientes tpicas de formacin se encuentran en el rango de los miliamperios. Debido a que las corrientes de formacin se miden a travs de una cada en la resistencia del revestimiento de unas pocas decenas de ohm, la medicin de CHFR se realiza en el rango de los nanovoltios. El principal desafo de diseo fue desarrollar un dispositivo que pudiera medir nanovoltios con precisin.

Electrnica

13 m

Brazos de electrodos de medicin

Hidrulica

Electrodo de corriente inferior

La herramienta CHFR La herramienta CHFR consiste de un cartucho electrnico diseado recientemente, un electrodo de inyeccin de corriente que tambin acta como un centralizador, cuatro juegos de electrodos de medicin de voltaje y un electrodo de retorno de corriente que tambin acta como un centralizador (izquierda). La herramienta tiene una longitud de 43 pies [13 m] y un dimetro de 338 pulgadas, lo que permite bajarla a travs de tuberas de produccin y caeras de revestimiento de 412 pulgadas (liners). Si bien la herramienta se puede bajar a travs de la tubera de produccin, no puede medir la resistividad de la formacin a travs de la tubera de produccin, sino slo a travs de una sola sarta de revestimiento. La herramienta se puede utilizar en pozos con hasta 70 de desviacin, utilizando un centralizador adicional, o incluso horizontalmente, utilizando separadores con propiedades aislantes. Cada juego de electrodos consta de tres pla- cas separadas 120 y conectadas en paralelo. Tres brazos por juego permiten un mejor contacto con el revestimiento y mediciones redundantes en el caso de que haya contacto insuciente en alguno de los electrodos, o en el caso de que un electrodo est ubicado frente a un collar de revestimiento o un disparo. Un collar de revestimiento tpico tiene una longitud de aproximada- mente 2 pies, la misma distancia que separa cada juego de electrodos, y puede afectar la medicin de CHFR. Los collares pueden aparecer como espigas en la curva de impedancia del revestimiento. Cuando una estacin de la herramienta CHFR abarca o se superpone con un collar de revestimiento, la suma de espesores del acero puede afectar la medicin de resistividad. En algunos casos, se ha minimizado el efecto del collar de revestimiento mediante una segunda carrera con una frecuencia de operacin menor. Los pequeos electrodos de voltaje ubicados en la sonda estn diseados para atravesar pequeas cantidades de incrustaciones y corrosin del revestimiento, a n de establecer un buen contacto elctrico con el revestimiento, lo cual es esencial para la medicin de CHFR. La herramienta asciende por el pozo con los brazos de electrodos extendidos para mejorar el contacto con el revestimiento. El diseo de tres electrodos por nivel proporciona redundancia, de modo que pocas mediciones se han perdido a causa de fallas en un electrodo.

> Elementos y mdulos de la herramienta CHFR.

6 Oileld Review

Respuesta de la invasin a la medicin de CHFR 101

Rt = 10 ohm-m Rxo = 1 ohm-m Rsh = 100 ohm-m Sin cemento

J = 0.5

Resistividad de CHFR, ohm-m

Espesor de la capa 500 pies 200 pies 50 pies 20 pies 10 pies

DOI = 16.3 pies 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Profundidad de investigacin (DOI, por sus siglas en ingls) de la herramienta CHFR. La profundidad de investigacin se dene como el punto en el cual la mitad de las seales proviene de la zona invadida y la mitad de la zona virgen (J = 0.5). Para los parmetros de formacin que se muestranzona virgen Rt =10 ohm-m, zona invadida Rxo =1 ohm-m, y capas adyacentes Rsh =100 ohm-mla profundidad de investigacin de la herramienta CHFR es aproximadamen- te 16 pies [5 m]. La profundidad de investigacin de la herramienta CHFR, como la de todas las herramientas de lateroperl, se ve afectada por la resistividad de las capas adyacentes.

100

Profundidad de invasin, pies

No hay correlacin entre la calidad del contacto y la edad del pozo. Hasta la fecha, slo 6 de los 100 pozos en los que se han obtenido registros con la herramienta CHFR han presentado problemas con la calidad del contacto. En tres de los pozos, se mantuvo un buen contacto durante la mitad del tiempo de operacin, mientras que en los otros tres, no fue posible un buen contacto elctrico debido a la acumulacin de incrustaciones en el revestimiento o corrosin del mismo. La calidad del contacto elctrico est dada por las mediciones de impedancia de inyeccin y de resistencia del revestimiento. Antes de utilizar la herramienta CHFR, es re- comendable efectuar un acondicionamiento pre- liminar del revestimiento para mejorar el contacto elctrico, particularmente en pozos co- rrodos o cuando hay incrustaciones provocadas por la produccin de agua. La preparacin previa puede incluir una carrera con una barrena y un raspador exible para remover la corrosin o el servicio SCALE BLASTER para remover las incrustaciones.2 Incluso en campos en los que no se presentan estos problemas, los operadores, con frecuencia, prefieren extraer la tubera de produccin y preparar el revestimiento antes de bajar la herramienta CHFR para reducir el riesgo de un contacto elctrico pobre. La frecuencia de operacin de la herramienta CHFR puede variar de 0.25 a 10 Hz, pero normal- mente se mantiene en 1 Hz. Se necesita esta ba-

>

ja frecuencia para evitar la polarizacin y deriva que acompaan el uso de corriente CC y tambin el efecto skin del revestimiento que, dependiendo del espesor del revestimientopor lo general de 5 a 15 mm [0.2 a 0.6 pulgadas]puede convertir- se en una preocupacin, incluso a bajas frecuen- cias de CA. Cuando la frecuencia de operacin es demasiado alta, la corriente inyectada se concen- tra en la parte interna del revestimiento y volver directamente a la supercie durante la etapa de medicin, sin descender primero. En estas cir- cunstancias, no habr corriente de formacin y, por consiguiente, no habr medicin. La medicin de dos etapas de la herramienta CHFR requiere tres niveles de electrodos para obtener un punto de resistividad. Puesto que la sonda CHFR tiene cuatro niveles, la duplicacin del canal de adquisicin principal hace posible obtener dos mediciones de resistividad, a 2 pies de distancia entre s en cada estacin de profundidad. La medicin se efecta con la herramienta estacionaria, por dos motivos. Primero, la magni- tud de las cantidades medidas es muy pequea y, por lo tanto, muy sensible al error. Segundo, el movimiento de los electrodos a lo largo del revestimiento introduce un nivel de ruido signicativo; hasta 104 veces mayor que el de la seal de la formacin. En el mejor de los casos, esto lleva a gruesos errores en el clculo de la resistividad de la formacin; en el peor de los casos, hace que sea imposible obtener mediciones conables. Los

tiempos de cada estacin, incluida la calibracin en el fondo del pozo, varan de dos a cinco minutos, dependiendo de la resistividad de la formacin estimada, la precisin deseada y las propiedades del revestimiento. Las estaciones de dos minutos proporcionan una velocidad de adquisicin de registros equivalente a 120 pies/hr [37 m/hr]. Una carrera de registros tpica, a lo largo de un intervalo de 1500 pies [457 m], demora 12 horas. Al igual que con las herramientas nucleares, los mayores tiempos de estacin de la herramienta CHFR mejoran la precisin y amplan el rango de las resistividades medibles.

Modelado de la respuesta de la herramienta Para herramientas de pozo abierto, la profundidad de investigacin (DOI, por sus siglas en ingls) para una capa innitamente espesa, se dene como el punto en que la mitad de la seal proviene de la zona invadida y la otra mitad de la zona virgen. Con esta denicin, la DOI de la herramienta CHFR tiene un rango de 7 a 37 pies [2 a 11 m], dependiendo de los parmetros de la formacin (arriba).

2. Brondel D, Edwards R, Hayman A, Hill D, Mehta S y Semerad T: Corrosion in the Oil Industry, Oileld Review 6, no. 2 (Abril de 1994):4-18. Crabtree M, Eslinger D, Fletcher P, Miller M, Johnson A y King G: La lucha contra las incrustaciones Remocin y prevencin, Oileld Review 11, no. 3 (Otoo de 1999): 30-49.


Los modelos de la respuesta de resistividad de la sonda CHFR demuestran que concuerda bastante bien con las respuestas de otras herramientas de resistividad que poseen caractersticas similares, tales como la curva de lectura profunda de la Sonda de Lateroperl de Alta Resolucin HRLA y las curvas de lecturas profundas de la Sonda de Lateroperl Azimutal de Alta Resolucin (HALS) (derecha). De manera similar a los lateroperles de pozo abierto, la herramienta CHFR mide las resistencias en series; por el contrario, las herramientas de induccin las miden en paralelo. En consecuencia, la medicin de la corriente que se fuga del revestimiento debe atravesar, y se ve afectada, por cualquier elemento que se encuentre entre el revestimiento y la formacin (pgina siguiente, arriba). En la medicin de CHFR de pozo entubado, la capa de cemento cumple la misma funcin que la zona invadida en el pozo abierto. Por ello, los parmetros cruciales son el contraste entre las resistividades del cemento y la formacin (Rt/Rcem) y los espesores del cemento. Los resultados del modelado en 2D indican que el efecto del cemen- to en la medicin de CHFR es insignicante en el caso de un cemento conductivo (Rt/Rcem mayor que 1), pero se hace signicativo cuando se trata de un cemento de gran espesor o resistivo (Rt/Rcem menor que 1) (abajo). El modelado mostr que el cemento resistivo o el cemento de gran espesor puede generar lecturas demasiado altas de la resistividad aparente de CHFR en formaciones de baja resistividad (pgina siguiente, abajo a la izquierda). Esto inuy en la decisin de jar el lmite ms bajo del rango de resistividad de CHFR en 1 ohm-m. La medicin en sitio de la resistividad del cemento no es posible, pero los estudios de laboratorio demuestran que la resistividad del cemento

Modelado de mediciones de CHFR 102

Resistividad, ohm-m

101

Rt Rxo RCHFR RCHFR/C

100 9050

102

9100 9150 9200 9250 9300 9350 9400 9450 9500 9550 Modelado de mediciones de HRLA

Resistividad, ohm-m

101

RHRLA1 RHRLA2 RHRLA3 RHRLA4 RHRLA5

9100 9150 9200 9250 9300 9350 9400 9450 9500 9550 100 9050

102 Modelado de mediciones de HALS

Resistividad, ohm-m

101

RHRLS RHRLD RHLLS RHLLD

100 9050

9100 9150 9200 9250 9300 9350 9400 9450 9500 9550 Profundidad, pies

> Comparacin de las respuestas computadas de las herramientas CHFR, HRLA y HALS para una formacin sinttica. El intervalo de profundidad entre 9280 y 9500 pies es representativo de una zona petrolfera, con una serie de capas resistivas invadidas (Rt = 40 ohm-m, Rxo = 4 ohm-m, radio de invasin de 20 pulgadas) de espesor variable y capas conductivas (1.5 a 2 ohm-m). El intervalo superior (9080 a 9250 pies) es caracterstico de una zona de agua con capas conductivas e invasin resistiva (Rt entre 1.5 y 3 ohm-m, Rxo = 10 ohm-m, radio de invasin de 20 pulgadas) en un ambiente resistivo (20 ohm-m). En la zona de agua, el factor K del registro CHFR se desplaza levemente. Obsrvese el efecto insignicante (arriba) de la presencia de una capa de cemento (resistividad = 3.5 ohm-m, espesor = 0.75 pulgadas) que se agrega a la respuesta computada de CHFR RCHFR/C (prpura), en comparacin con el registro calculado sin la presencia de cemento (curva en rojo slido).

< Modelos que muestran el efecto de la resistividad del cemento u otro material entre el revestimiento y la formacin, en la respuesta de resistividad aparente de CHFR. El cemento de baja resistividad (izquierda) casi no tiene efecto en la medicin de una formacin de alta resistividad. La capa resistiva est a 500 pies [152 m] por sobre la zapata de un revestimiento de unos 10,000 pies [3048 m] de longitud y 512 pulgadas de dimetro. En la situacin inversa (derecha), la medicin de la resistividad se ve afectada signicativamente donde hay cemento de alta resistividad frente a una formacin de baja resistividad.

101 101 Resistividad, ohm-m

Rt terica Sin cemento 0.75 pulg Rcem = 0.1 ohm-m 1.5 pulg Rcem = 0.1 ohm-m 3 pulg Rcem = 0.1 ohm-m

100 9450

100 9450 9460 9470 9480

Resistividad, ohm-m

Rt terica Sin cemento 0.75 pulg Rcem = 1 ohm-m 1.5 pulg Rcem = 1 ohm-m 3 pulg Rcem = 1 ohm-m 0.75 pulg Rcem = 10 ohm-m 1.5 pulg Rcem = 10 ohm-m 3 pulg Rcem = 10 ohm-m

9490 9500 9510 9520 9460 9470 9480 9490 9500 9510 9520 Profundidad, pies Profundidad, pies

8 Oileld Review

Herramienta de registros

Zona invadida o cemento

Agujero o revestimiento

Rm Rxo

Rt

Zona virgen

Respuesta de las herramientas de lateroperfil y CHFR; en serie

Rm

Rxo

smienta s herra e la leloesta d Respu cin; en paracude ind

Rt

vara por lo general entre 1 y 10 ohm-m.3 Adems, el cemento tiene una microporosidad de cerca de 35% que permite que el agua del cemento intercambie iones con el agua de la formacin. El agua de alta salinidad de la formacin puede reducir la resistividad del cemento y minimizar su efecto. Los resultados del modelado se han utilizado para desarrollar grcas de sensitividad del cemento para revestimientos de 412, 7 y 958 pulgadas de dimetro externo (abajo a la derecha). Para los valores tpicos de espesor y resistividad del cemento (por ejemplo, 0.75 pulgadas, y entre 1 y 5 ohm-m respectivamente) y dentro del rango de medicin de resistividad de CHFR (1 a 100 ohm-m), el error debido al cemento es de menos del 10%. En ms de un 95% de los trabajos de adquisicin de registros de CHFR no se ha requerido correccin por cemento. Hay dos factores adicionales relacionados con el cemento, cuyos efectos en la resistividad de formacin aparente de CHFR son inciertos. Un factor es el posible cambio de la resistividad del cemento a lo largo del tiempo. Esto no se puede determinar, ya que la medicin en sitio de la resistividad del cemento actualmente no es posible. El segundo factor es el efecto de la calidad del trabajo de cementacin. En este caso, se re-

3. Klein JD, Martin PR y Miller AE: Cement Resistivity and Implications for Measurement of Formation Resistivity Through Casing, artculo de la SPE 26453, presentado en la Conferencia y Exhibicin Tcnica Anual de la SPE, Houston, Texas, EUA, Octubre 3-6, 1993. Klein JD y Martin PR: The Electrical Resistivity of Cement, Final Report, Gas Research Institute Report GRI-94/0273 (1994).

> Diferencia entre las respuestas de las herramientas CHFR o de lateroperl y las herramientas de induccin. Los dispositivos de lateroperl, incluida la herramienta CHFR, miden las resistencias del pozo y la formacin en serie, mientras que los de induccin miden estas resistencias en paralelo.

Efecto del cemento en las mediciones de CHFR 120 1.6

1.4

Grfica de sensibilidad de lecturas de CHFR al cemento (revestimiento de 7 pulgadas)

100 Error relativo en las lecturas de CHFR, % 80

60 Rt /RCHFR

Rcem ohm-m 0.1 1 2 5 10 20

1.2

1.0

0.8 40

0.6

20 0.4

0

Sin cemento 0.5 pulgadas 0.75 pulgadas 1.5 pulgadas 3 pulgadas 5 pulgadas

0.2

0 10-2

-20 10-1 100 101 102 10-1 100 101 102

Resistividad de la formacin, ohm-m RCHFR /Rcem > Error relativo en la medicin de la resistividad de la formacin debido a la resistividad del cemento. Para un revestimiento de 7 pulgadas de dimetro, una capa de cemento de resistividad igual a 0.75 ohm-m y formacin cuya resistividad es menor a 1 ohm-m, el efecto del cemento es cada vez mayor. Por esta razn, se recomienda aplicar la herramienta CHFR en formaciones cuyas resistividades excedan 1.0 ohm-m.

> Grca de sensibilidad de las mediciones de CHFR al cemento para un revestimiento de 7 pulgadas de dimetro externo. De manera similar a las grcas de correccin para registros de lateroperl de pozo abierto, esta grca muestra el coeciente de correccin como una funcin del contraste de resistividad aparente RCHFR /Rcem, para valores tpicos de espesor de cemento.


Resistencia del revestimiento, Carrera 1 0

Profundidad, m 100 1

Lateroperfil profundo de pozo abierto ohm-m

Resistividad de CHFR, Carrera 1 1 ohm-m

Resistividad de CHFR, Carrera 2 1 ohm-m

1000 Imagen USI del 1000 Cemento

1000

Resistencia del revestimiento, Carrera 2 0

Espesor del revestimiento 0 pulgadas 0.5

100

1100

1125

1150

> Registro de CHFR en un pozo con cemento de baja calidad. Si bien la imagen USI del cemento (extremo derecho) muestra baja calidad (celeste) en algunos lugares, la coincidencia entre las dos carreras de la herramienta CHFR (Carril 2) y el registro de pozo abierto en el pozo de prueba de Schlumberger en Villejust, Francia, es bastante alta. Tambin es visible en la imagen de cemento un canal en el revestimiento producido por el cable elctrico.

10 Oileld Review

Resistencia del segmento del revestimiento

0 ohm Rayos gamma

0 API

CCL -19 1

1450

100

0.0001 Profundidad, m

1 Resistividad aparente de CHFR

ohm-m 1000 1.95 Densidad

g/cm3 2.95

Lateroperfil profundo de Platform Express 1 ohm-m 1000 0.45

Porosidad de neutrones m3/m3 -0.15

1500

> Gran coincidencia entre el registro CHFR y las mediciones de lateroperl profundo de la sonda Platform Express obtenidas a pozo abierto (Carril 2), en la seccin inferior de un pozo de gas en Austria. La coincidencia entre ambos registros es bastante alta. En el Carril 3, la densidad de la formacin y la porosidad de neutrones muestra el cruce tpico observado frente a las zonas de gas (sombreado).

comienda que la calidad del cemento se evale utilizando la herramienta de Adherencia del Cemento CBT, la herramienta de Evaluacin de la Cementacin CET, o la herramienta de Imgenes Ultrasnicas USI. El espesor del cemento se puede calcular de manera aproximada a partir del calibre de pozo abierto y el tamao del revestimiento. En un ejemplo tomado en el pozo de prueba de Schlumberger en Villejust, Francia, se comparan dos carreras de la herramienta CHFR efectuadas con dos aos de separacin, con los registros de lateroperl originales de pozo abierto adquiridos 30 aos antes (pgina anterior). Los resultados de campo, tanto en los

pozos viejos (30 aos) como en los nuevos (9 das), no mostraron efectos notables causados por el cemento.

Repetibilidad, conabilidad y lmites de la medicin Los registros de campo de la herramienta CHFR han demostrado que la medicin es repetible y comparable con la resistividad de la formacin de pozo abierto registrada en el momento de la perforacin. Los datos CHFR han identicado con claridad zonas vrgenes, agotadas y no barridas. Debido a problemas en el pozo, no se pudo obtener un registro de resistividad de pozo abier-

to en una seccin intermedia de un pozo de gas en Austria, perforado por Rohoel Aufsuchungs AG (RAG), antes de asentar un revestimiento de 7 pulgadas. La perforacin continu en la zona ms profunda y, despus que se obtuvieron los registros de resistividad, se baj una caera de revestimiento de 412 pulgadas de dimetro. Tras ello, la herramienta CHFR se corri en ambas secciones (arriba). La coincidencia entre el lateroperl profundo de la sonda Platform Express y la resistividad de CHFR en la seccin inferior proporcion un alto grado de conanza en la medicin de CHFR, lo que permiti a RAG evaluar la seccin intermedia sin realizar otras pruebas.

(continuacin en la pgina 14)


Historia de la medicin de la resistividad en pozos entubados

Medir la resistividad detrs del revestimiento ha sido por mucho tiempo un sueo en el campo pe- trolero. En la dcada de 1930, poco despus de que Conrad y Marcel Schlumberger introdujeran los primeros registros elctricos de pozo abierto, la industria reconoci la necesidad de una medicin equivalente en pozos entubados para evaluar zonas productivas previamente inadvertidas y monitorear la produccin en los miles de pozos completados antes de la llegada de la adquisicin de registros. Para obtener la resistividad detrs del revestimiento, es necesario medir la corriente que se fuga a travs del revestimiento de acero hacia la formacin adyacente. Aunque en teora esto es relativamente simple, resulta extremadamente difcil en la prctica debido al enorme contraste entre las propiedades electro- magnticas del acero y las formaciones geolgi- cas. El revestimiento de acero tiene de 107 a 1010 ms conductividad que las formaciones del sub- suelo y posee una permeabilidad magntica 10 a 200 veces mayor. El efecto neto de este amplio rango dinmico es que la seal dbil de la formacin queda enmascarada por la seal del revestimiento que es mucho mayor. Durante los ltimos 60 aos, se han emitido numerosas patentes para teoras, mtodos y apa- ratos diseados para medir y obtener la resistividad de la formacin para pozos entubados. Entre estas patentes se encuentran propuestas de mtodos galvnicoselectrodos o lateloper- lesas como tambin mtodos de induccin.1 Muchos de los mtodos propuestos no logran reconocer y contrapesar una cantidad de factores que afectan la medicin. Entre ellos se incluyen el espaciado ptimo de los electrodos, las variaciones en la resistencia de contacto del electrodo y las variaciones en el espesor del revestimiento, la resistencia y el efecto skin; la cantidad de corriente que realmente se fuga hacia la formacin es una pequea fraccin de

1. Entre los ejemplos de mtodos galvnicos propuestos se incluyen los siguientes: Stewart WH: Electrical Logging Method and Apparatus, patente de los EUA No. 2,459,196 (Enero 18, 1949). Fearon RE: Method and Apparatus for Electric Well Logging, patente de los EUA No. 2,729,784 (Enero 3, 1956). Fearon RE: Method and Apparatus for Electric Well Logging, patente de los EUA No. 2,891,215 (Junio 16, 1959). Desbrandes R y Mengez P: Method and Apparatus for Measuring the Formation Electrical Resistivity in Wells Having Metal Casing, patente francesa No. 72 41218 (2,207,278) (Noviembre 20, 1972). Gard MF, Kingman JEE y Klein JD: Method and Apparatus for Measuring the Electrical Resistivity of Geologic Formations Through Metal Drill Pipe or Casing, patente de los EUA No. 4,837,518 (Junio 6, 1989). Kaufman AA: Conductivity Determination in a Formation Having a Cased Well, patente de los EUA No. 4,796,186 (Enero 3, 1989).

la corriente que se introduce en el revestimiento. Las variaciones en la resistencia del revestimiento pueden ser el resultado de diferencias en las tolerancias de fabricacin, com- posicin qumica, corrosin y fracturas. En teora, algunos de los mtodos propuestos podran producir datos vlidos. Sin embargo, la extremadamente baja relacin seal-ruido y la limitacin de la tecnologa disponible en el momento en que se otorgaron estas patentes haca prcticamente imposible medir de manera precisa la casi imperceptible seal de nanovoltios de la formacin. Hasta la fecha, slo los mtodos con electrodos han demostrado ser factibles. Los principios bsi- cos de la medicin se propusieron independientemente en una patente otorgada por la URSS a Alpin en 1939 y una patente otorgada a Stewart por los EUA en 1949.2 En 1972, una patente otorgada por Francia propuso un diseo de seis electrodos, utilizando una medicin de dos etapas que se aproxima mucho a la utilizada por la primera herramienta de demostracin, desarrollada por Vail, casi 20 aos despus.3 No fue sino hasta principios de la dcada de 1990 que los avances en la tecnologa de dispositivos electrnicos permiti el desarrollo de esta herramienta operada a cable elctrico. A nes de la dcada de 1980, ParaMagnetic Logging (PML) dise el montaje y los mtodos de adquisicin que tuvieron como resultado su primera herramienta de demostracin.4 Durante el mismo perodo, Alexander Kaufman, trabajando independientemente, logr una solucin similar a la de Vail.5 Los estudios iniciales de factibilidad, el desarrollo de la herramienta y la evaluacin del cemento estuvieron respaldados y nanciados por un grupo diverso que inclua empresas operado- ras, empresas de servicios, el departamento de Energa de los Estados Unidos de Norteamrica (DOE, por sus siglas en ingls), la Agencia de

Vail WB III: Methods and Apparatus for Measurement of the Resistivity of Geological Formations from Within Cased Boreholes, patente de los EUA No. 4,820,989 (Abril 11, 1989). Vail WB III: Methods and Apparatus for Measurement of Electronic Properties of Geological Formations Through Borehole Casing, patente de los EUA No. 4,882,542 (Noviembre 21, 1989). Vail WB III: Methods and Apparatus for Measurement of Electronic Properties of Geological Formations Through Borehole Casing, patente de los EUA No. 5,043,668 (Agosto 27, 1991). Vail WB III: Measurement of In-Phase and Out-Of-Phase Components of Low Frequency A.C. Magnetic Fields Within Cased Boreholes to Measure Geophysical Properties of Geological Formations, patente de los EUA No. 5,065,100 (Noviembre 12, 1991). Vail WB III: Electronic Measurement Apparatus Movable in a Cased Borehole and Compensating for Casing Resistance Differences, patente de los EUA No. 5,075,626 (Diciembre 24, 1991).

Proteccin del Ambiente de los EUA y el Instituto de Investigacin del Gas (GRI, por sus siglas en ingls, ahora conocido como Instituto de Tecnologa del Gas, GTI).6 Los primeros registros experimentales de la herramienta PML obtenidos en 1992 probaron el concepto de medicin y demostraron varios puntos de importancia.7 En primer lugar, las mediciones conrmaron la teora de operacin y los datos obtenidos, por lo general, reproducan las caractersticas del lateroperl de pozo abierto. En segundo lugar, las mediciones eran repetibles y operaban en el rango de los 7 a los 100 ohm-m. En tercer lugar, el cemento del revestimiento no pareca afectar la medicin. Finalmente, la resolucin vertical era de varios espaciamientos entre electrodos. La primera prueba exitosa en un campo petrolfero tuvo lugar en el pozo de investigacin MWX-2 del DOE en Rie, Colorado, EUA, en 1994. En esta prueba se utiliz un diseo perfeccionado de la herramienta PML.8 En 1995, Western Atlas comenz el desarrollo de una herramienta comercial en conjunto con el GRI y, dos aos ms tarde, adquiri PML y su tecnologa.9 La herramienta de Resistividad a travs del Revestimiento (TCRT, por sus siglas en ingls) de Baker Atlas es en la actualidad un prototipo en etapa de pruebas de campo.10 El inters de Schlumberger en los registros de resistividad de pozos entubados fue una consecuencia natural del desarrollo de la herramienta de Evaluacin de la Corrosin CPET. Esta herramienta aplica cuatro niveles de electrodos al revestimiento para medir su resistencia y corriente. La investigacin comenz a nes de la dcada de 1980 en Schlumberger-Doll Research (SDR), Ridgeeld, Connecticut, EUA, y en 1992 se inici un proyecto sobre medicin de la resistividad de la formacin en pozos entubados, en el Centro de Productos Riboud de Schlumberger

Entre los ejemplos de mtodos de induccin propuestos se encuentran los siguientes: Vail WB III: Methods and Appraratus For Induction Logging in Cased Boreholes, patente de los EUA No. 4,748,415 (Mayo 31, 1988). Gianzero SC, Chemali RE, Sinclair P y Su SM: Method and Apparatus for Making Induction Measurements Through Casing, patente de los EUA No. 5,038,107 (Agosto 6, 1991). 2. Alpin LM: The method of the electric logging in the borehole with casing, patente de la URSS No. 56,026 (Noviembre 30, 1939). Stewart, referencia 1. 3. Desbrandes y Mengez, referencia 1. Mamedov NB: Performance of Electrical Logging of the Cased Wells with a Six-Electrode Sonde. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedeniy, Neft I Gaz, (Noticias de las Instituciones Acadmicas Superiores, Petrleo y Gas) no. 7 (1987): 11-15 (en Ruso).

12 Oileld Review

(SRPC, por sus siglas en ingls) en Clamart, Francia. En 1995, el equipo del proyecto de SRPC evalu la tecnologa de PML en relacin con sus propias iniciativas de diseo y escogi continuar el desarrollo de la tecnologa para medir la Resistividad de la Formacin en Pozo Entubado CHFR de Schlumberger. A travs de un intenso esfuerzo de investigacin e ingeniera se desarro- llaron nuevos dispositivos electrnicos y mtodos de procesamiento de seales, as como tambin mtodos para suministrar energa al fondo del pozo y mantener el contacto de los electrodos. El primer registro se obtuvo con una herramienta experimental de un solo canal en 1996. En 1998, se introdujo una herramienta experimental de segunda generacin, utilizando un diseo de dos canales. Los prototipos de ingeniera y herramientas comerciales creados posteriormente emplean este diseo de dos canales.11 Con el servicio CHFR, se han obtenido con xito registros en ms de 100 pozos en todo el mundo, y la produccin de esta herramienta est incrementndose para satisfacer la creciente demanda mundial (izquierda). La herramienta CHFR proporciona una medicin que investiga una mayor profundidad con respecto a lo que se logra con el monitoreo con- vencional de saturacin de pozos entubados con herramientas nucleares. Mientras las mediciones de CHFR leen hasta unos 2 m [6.6 pies] dentro de la formacin, las mediciones nucleares pene- tran slo unos 25 cm [10 pulgadas]. A diferencia de las mediciones nucleares, la medicin de la resistividad de la herramienta CHFR puede efec- tuarse en zonas de baja porosidad de la formacin o baja salinidad del uido de formacin, y permite una comparacin fcil y directa con los registros de resistividad de pozo abierto.

> Primer plano de los electrodos de medicin de la herramienta CHFR.

4. Vail, referencia 1. 5. Kaufman, referencia 1. Kaufman AA: The Electrical Field in a Borehole with a Casing, Geophysics 55, no. 1 (1990): 29-38. Kaufman AA y Wightman WE: A Transmission-Line Model for Electrical Logging Through Casing, Geophysics 58, no. 12 (1993): 1739-1747. 6. Schenkel CJ y Morrison HF: Effects of Well Casing on Potential Field Measurements Using Downhole Current Sources, Geophysical Prospecting 38 (1990): 663-686. Schenkel CJ: The Electrical Resistivity Method in Cased Boreholes, University of California, Berkeley, EUA, Tesis de doctorado (1991). Publicado como informe LBL-31139: Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, California (1991). Schenkel C y Morrison HF: Electrical Resistivity Measurement Through Metal Casing, Geophysics 59, no. 10 (1994): 1072-1082. Klein et al, referencia 3, texto principal. Klein y Martin, referencia 3, texto principal. Vail WB y Momii ST: Proof of Feasibility of the Through Casing Resistivity Technology, Final Report, Gas Research Institute Report GRl-96/033 (1996). Zhang X, Singer B y Shen LC: Quick Look Inversion of Through-Casing Resistivity Measurement, Final Report, Gas Research Institute Report GRl-96/0001 (1996).

7. Vail WB, Momii ST, Woodhouse R, Alberty M, PeveraroSinger BS, Fanini 0, Strack K-M, Tabarovsky LA y Zhang RCA y Klein JD: Formation Resistivity MeasurementsX: Measurement of Formation Resistivity Through Steel Through Metal Casing, Transcripciones del 34 SimposioCasing, artculo de la SPE 30628, presentado en la Anual sobre Registros de la SPWLA, Calgary, Alberta,Conferencia y Exhibicin Tcnica Anual de la SPE, Canad. Junio 13-16, 1993, artculo F.Dallas, Texas, EUA. Octubre 22-25, 1995. 8. Vail WB, Momii ST y Dewan JT: Through Casing ResistivityMaurer H-M, Fanini 0 y Strack K-M: GRI Pursues Goal of Measurements and Their Interpretation for HydrocarbonCommercial Through-Casing Resistivity Measurement, Saturations, artculo de la SPE 30582, presentado en laGas Research Institute Gas Tips 2, no. 2 (1996): 10-13. Conferencia y Exhibicin Tcnica Anual de la SPE, Dallas,Singer BS y Strack K-M: New Aspects of Through- Texas, EUA. Octubre 22-25, 1995.Casing Resistivity Theory, Geophysics 63, no. 1 (1998): Vail WB, Momii ST, Haines H, Gould JF Jr y Kennedy WD:52-63. Formation Resistivity Measurements Through Metal10. Maurer HM y Hunziker J: Early Results of Through Casing at the MWX-2 Well in Rie, Colorado,Casing Resistivity Field Tests, Petrophysics 41, no. 4 Transcripciones del 36 Simposio Anual sobre Registros de(2000): 309-314. la SPWLA, Pars, Francia. Junio 26-29, 1995, artculo 00. 11. Wu X y Habashy TM: Inuence of the Steel Casings on 9. Tabarovsky LA, Cram ME, Tamarchenko TV, Strack K-M yElectromagnetic Signals, Geophysics 59, no. 2 (1994): Singer BS: Through-Casing Resistivity (TCR Physics,378-390. Resolution and 3-D Effects, Transcripciones del 35 Bguin P, Benimeli D, Boyd A, Dubourg I, Ferreira A, Simposio Anual sobre Registros de la SPWLA, Tulsa, McDougall A, Rouault G y VanderWal P: Recent Oklahoma, EUA. Junio 19-22, 1994, artculo TT. Progress on Formation Resistivity Measurement Through Singer BS, Fanini 0, Strack K-M, Tabarovsky LA y Zhang X:Casing, Transcripciones del 41 Simposio Anual sobre Through-Casing Resistivity: 2-D and 3-D Distortions andRegistros de la SPWLA, Dallas, Texas, EUA. Correction Techniques, Transcripciones del 36Junio 4-7, 2000, artculo CC. Simposio Anual sobre Registros de la SPWLA, Pars, Francia. Junio 26-29, 1995, artculo PP.


Rayos gamma 0 API 100

Profundidad, m Resistividad aparente de CHFR 1 ohm-m 1000

Resistencia del segmento del revestimiento 0 ohm 0.0001

Repeticin de la resistencia del segmento del revestimiento

0 ohm 0.0001 Repeticin de la resistividad aparente de CHFR 1 ohm-m 1000

1200

1250

> Excelente repetibilidad de la medicin de CHFR (Carril 2) en una seccin ms somera del mismo pozo de Austria.

Una segunda carrera efectuada sobre el intervalo entre 1220 y 1250 m ilustra la excelente repetibilidad de la medicin (arriba). Debido a la fsica de la medicin y a la profundidad de investigacin, la resistividad de CHFR no se ve afectada por los derrumbes del pozo. Un ejemplo tomado de Medio Oriente muestra cmo la herramienta CHFR lee de manera conable las resistividades, incluso en los pozos agrandados (pgina siguiente).

La herramienta CHFR mide un rango de resistividad de 1 a 100 ohm-m con un 10% de precisin. El lmite inferior de 1 ohm-m est jado por la inuencia del cemento. El lmite superior de 100 ohm-m est jado por la relacin seal-ruido y el tiempo aceptable por estacin. Dependiendo del dimetro, el espesor y el peso del revestimiento, y de la distancia a la zapata del revesti-

miento, el lmite superior real puede ser mayor a 100 ohm-m. La planicacin previa al trabajo puede determinar si las propiedades del yacimiento son adecuadas para la utilizacin de la herramienta CHFR, as como la relacin entre la mxima resistividad medible de la formacin y el tiempo de adquisicin de la estacin requeridos para lograr la precisin y exactitud deseadas.

14 Oileld Review

Resistividad de CHFR 0.2 ohm-m

Rxo 0.2

Profundidad, pies Calibre

6 pulgadas


16

ohm-m 2000

Porosidad de neutrones 0.6 pies3/pies3

Tiempo de trnsito 140 40

0

2000

Lateroperfil somero de Platform Express 0.2 ohm-m 2000

Lateroperfil profundo de Platform Express 0.2 ohm-m 2000

X400

X450

X500

X550

Derrumbe X600

> Comparacin de los efectos de derrumbe del pozo (washout) en mediciones nucleares y de CHFR. En este pozo de Medio Oriente, a una profundidad de X600 pies, el calibre (Carril 1) indica un derrumbe con un dimetro del pozo cercano a las 16 pulgadas [41 cm]. En el Carril 2, la resistividad de CHFR (crculos abiertos de trazo negro) se superpone al lateroperl profundo de pozo abierto de la sonda Platform Express (rojo) y parece no estar afectada por el derrumbe del pozo. En cambio, a la misma profundidad, los registros de porosidad del pozo abierto presentados en el Carril 3 (azul, porosidad de neutrones; verde, tiempo de trnsito) se ven afectados de manera signicativa.


Rayos gamma 0 API

Corriente de la formacin 0 2

Voltaje 0.015

Corriente total 7 2 8

0.005

100 Profundidad en m

0.1

150 0.1 Resistividad de CHFR recalculada utilizando voltaje

ohm-m

Resistividad de CHFR corregida por cemento ohm-m

Resistividad de CHFR 0.1 ohm-m

Resistividad del pozo abierto 0.1 ohm-m 100

100

100

100

Revestidor de 7 pulgadas

XX30

XX50 Caera de revestimiento de 41/2 pulgadas

XX70 > Comparacin del procesamiento de las lecturas de CHFR con y sin medicin de voltaje y correccin por cemento en un pozo marino de Medio Oriente. La correccin por cemento se vuelve muy pequea por encima de los 1.5 ohm-m e insignicante sobre los 3.0 ohm-m, como lo indica la superposicin de las lneas amarillas y rojas (Carril 2). El recuadro muestra la menor corriente por encima de la tubera de revestimiento de 412 pulgadas, debido al contacto elctrico insuciente entre las tuberas de 412 pulgadas y la de 7 pulgadas.

Los resultados obtenidos en un pozo de TOTAL ABK en la zona marina de Abu Dhabi, EAU, muestran la importancia de una adquisicin completa de datos y la correccin por la presencia del cemento para ampliar los lmites de operacin de la herramienta CHFR (arriba). La observacin de otros datos del campo indic que la distribucin de la corriente aplicada al revestimiento en este pozo, vari signicativamente respecto del modelado de las mediciones CHFR: el componente descendente de la corriente aplicada fue mucho mayor que el componente ascendente. Esta situacin poda atri- buirse al contacto elctrico insuciente entre la tubera de revestimiento de 412 pulgadas y el revestidor de 7 pulgadas, por encima del punto de inyeccin, lo que impeda que la corriente uyera hacia abajo por el trayecto esperado para un revestimiento homogneo. Un contacto elctrico insuciente entre las secciones del revestimiento puede provocar un error signicativo en el clculo

de la resistividad de CHFR, particularmente cuando el voltaje se estima en lugar de medirse. En este caso, la medicin de voltaje de CC se haba obtenido en la misma carrera de la herramienta y se pudo incluir en el nuevo clculo de la resistividad de CHFR. Los resultados del nuevo clculo estn ms cercanos a los datos del pozo abierto, pero an son altos. En la zona acufera, entre XX45 y XX70 m, la resistividad del pozo abierto est en el rango de 0.2 a 0.3 ohm-m, bastante por debajo del rango normal de funcionamiento de la herramienta CHFR. Se sa- be que la resistividad del cemento est dentro del rango aceptable. Sin embargo, frente a estas bajas resistividades de formacin, no se puede ignorar la inuencia del cemento en las mediciones de CHFR. Se calcul una correccin por cemento (resistividad y espesor del cemento de 5 ohm-m y 0.75 pulgadas, respectivamente), la cual fue aplicada a los datos recalculados de la herramienta CHFR. Las resistivi-

dades de CHFR resultantes ahora coinciden con los datos del pozo abierto sobre este intervalo, el que inicialmente se haba pensado que estaba fuera del rango operativo de la herramienta CHFR. Adems de las restricciones respecto de la resistividad de la formacin y del cemento, la resolucin vertical de las mediciones de CHFR tiene algunas limitaciones. La resolucin vertical es una funcin del espaciamiento de los electrodos de voltaje. El valor de 4 pies [1.2 m] repre- senta el espesor mnimo de la capa para que la lectura sea correcta en la mitad de ella. Se puede localizar un contacto agua-petrleo (CAP) a 1 pies, incluso con un espaciamiento de estacin de 2 pies. La profundidad de investigacin es de 7 a 37 pies [2 a 11 m], prcticamente ilimitada en comparacin con los estndares de la mayora de las herramientas de registros operadas a cable. Vara levemente con el contraste entre la resistividad de la formacin y del cemento.

16 Oileld Review

Aplicaciones Las aplicaciones bsicas para las mediciones de resistividad en pozos entubados fueron reconoci- das en la dcada de 1930, y abarcan: la adquisicin de registros primarios, la adquisicin de registros de contingencia, la identicacin de zonas productivas previamente inadvertidas y el monitoreo del yacimiento. Registros primariosLa adquisicin de registros primarios es una decisin planicada de reemplazar todos o la mayor parte de los servicios de pozo abierto con mediciones de pozo entubado. Esta decisin se origina en un deseo de reducir riesgos asociados con la inestabilidad del pozo o malas condiciones para la adquisicin de registros, o quizs para mejorar los aspectos econmi- cos. Por ejemplo, en un campo en explotacin donde la geologa ya ha sido bien caracterizada a travs de pozos existentes, una combinacin de registros de CHFR con mediciones nucleares de pozo entubado, tales como los registros de Tiempo de Decaimiento Termal TDT o los de la herramienta de Control de Saturacin del Yacimiento RST para estimar la porosidad, pueden proporcionar un anlisis completo de la saturacin de la formacin. Registros de contingenciaEste tipo de registros es apropiado para situaciones no plani- cadas en las cuales las condiciones del pozo abierto, tales como la inestabilidad del hueco o la falla de la herramienta impiden la adquisicin exitosa de registros. Ahora, con el servicio CHFR, las herramientas para pozo entubado pueden proporcionar todos los datos necesarios. En un pozo reciente del Mar del Norte, las herramientas de adquisicin de registros durante la perforacin (LWD, por sus siglas en ingls) fallaron y no haba otros registros de pozo abierto disponibles. Sin la evaluacin proporcionada por la herramienta CHFR, el operador podra haber abandonado el pozo. En otro caso, las condiciones del pozo impedan la adquisicin de registros de pozo abierto; sin la evaluacin del pozo entubado proporcionada por la herramienta CHFR, el operador habra tenido que perforar otro pozo para realizar una evaluacin adecuada del yacimiento. La experiencia de campo hoy indica que los registros de contingencia comprenden una parte sustancial del mercado total para las mediciones de resistividad detrs del revestimiento. Identicacin de zonas productivas previamente inadvertidasEstas zonas constituyen un porcentaje signicativo de las reservas potencia- les en muchos campos petrolferos. Esta catego- ra incluye no slo zonas que fueron inadvertidas o que fueron mal identicadas, sino las que fueron deliberadamente inadvertidas y otras que han

Lateroperfil profundo de pozo abierto 0.2 ohm-m

Lateroperfil somero de pozo abierto 0.2

Profundidad, m

ohm-m

Resistividad de MSFL 0.2

Densidad volumtrica 1.65 g/cm3 2.65 0.2

ohm-m

Resistividad de CHFR ohm-m 200

200

200

200


X750

X800

X850

X900

> Zona productiva previamente inadvertida. En este pozo de Indonesia, el lateroperl del pozo abierto subestim la resistividad debido a una invasin profunda en el intervalo comprendido entre los X725 y X950 pies y, por lo tanto, este intervalo no fue completado. La herramienta CHFR, corrida varios meses despus de la perforacin, sugiri que esta misma zona contena hidrocarburos. Tras ello, el intervalo fue completado y puesto en produccin.

experimentado resaturacin despus de aos de produccin. En estos casos, los pozos pueden haber sido perforados antes de la disponibilidad de herramientas de adquisicin de registros de pozos o herramientas modernas. La evaluacin del pozo entubado facilita la identicacin de estas zonas y permite la estimacin de reservas adicionales. La invasin profunda a veces oculta zonas productivas. El registro lateroperl de un pozo de Indonesia fue intensamente afectado por la invasin y se subestim la resistividad (arriba). Puesto que la separacin de las curvas entre los X725 y X950 pies sugera una zona hmeda, sta no fue perforada. Poco tiempo despus de termi- nar el pozo, ste produca cerca de un 100% de agua de las zonas ms profundas y el pozo fue cerrado. Unos cuantos meses despus, una vez

que el lodo ltrado tuvo tiempo de dispersarse, un registro de CHFR indic que esta zona en realidad s contena hidrocarburos. La zona fue com- pletada en base a la interpretacin del registro de CHFR y qued produciendo petrleo a una tasa de 200 bppd [32 m3/d]. Monitoreo del yacimientoEl monitoreo del yacimiento consiste en la adquisicin de registros por lapsos de tiempoadquisicin de registros en distintos momentospara hacer un seguimiento de los cambios en la saturacin de los uidos y monitorear la posicin de los contactos de los mismos durante la produccin y los proyectos de inyeccin de agua. Esta tcnica ha sido exitosa en otro pozo de Indonesia, en donde el registro de CHFR mostr un contacto agua- petrleo inesperado a 12 pies [3.5 m] por debajo


del CAP original, determinado a partir de los registros de pozo abierto (prxima pgina, arriba). Se perfor la zona inferior y tres semanas despus estaba produciendo a razn de 2150 bppd [342 m3 /d] sin corte de agua, conrmando los resultados de las mediciones de CHFR. La expli- cacin ms plausible es que el proyecto de inyeccin de agua en el campo haba barrido un banco de petrleo hacia las cercanas de este pozo, pero no se poda producir petrleo a travs de los disparos (perforaciones, punzados) ms altos a causa de una barrera de permeabilidad vertical. Si bien la herramienta CHFR puede proporcionar mediciones de resistividad detrs del revestimiento, es posible obtener resultados ms completos al combinarlas con las mediciones nucleares. La herramienta de resistividad CHFR proporciona mediciones de saturacin provenientes de una profundidad de investigacin bastante superior a la de las herramientas de registros nucleares utilizadas actualmente para la evaluacin de las formaciones detrs del revestimiento. El rango dinmico de la medicin de CHFR es tal, que la evaluacin tambin es posible en yacimientos con baja porosidad y baja salinidad en la formacin, condiciones que por lo general son desfavorables para una evaluacin precisa con las herramientas nucleares. En las situaciones en que el pozo y las condiciones no son favorables para la mediciones de CHFR, entonces se recurre a los registros nucleares para obtener los datos necesarios (derecha). Para comprender mejor el comportamiento del yacimiento, las mediciones de porosidad y resistividad de CHFR a partir de herramientas nucleares tales como la herramienta RST, pueden combinarse para proporcionar una evaluacin cuantitativa de la saturacin, equivalente a una interpretacin de registros de pozo abierto. La herramienta RST proporciona dos importantes mediciones para determinar la saturacin de hidrocarburos y la porosidad de la formacin. La relacin de la abundancia relativa de carbono y oxgeno en una formacin puede predecir las saturaciones de hidrocarburos y agua, independientemente de la salinidad del agua. La medicin del parmetro Sigma, a partir del decaimiento trmico, se utiliza para estimar la porosidad y la saturacin de hidrocarburos en formaciones salinas.4

4. Adolph B, Stoller C, Brady J, Flaum C, Melchor C, Roscoe B, Vittachi A y Schnorr D: Saturation Monitoring with the RST Reservoir Saturation Tool, Oileld Review 6, no. 1 (Enero de 1994):29-39. Albertin I, Darling H, Mahdavi M, Plasek R, Cedeo I, Hemingway J, Richter P, Markley M, Olesen J-R, Roscoe B y Zeng W: The Many Facets of Pulsed Neutron Cased-Hole Logging, Oileld Review 8, no. 2 (Verano de 1996): 28-41

Formacin

Baja porosidad (30 p.u.) y alta salinidad (Golfo de Mxico)

Variable (inundacin)

Relacin Carbono/ Oxgeno

Sigma Herra- mienta CHFR

Comentarios

Limitacin del mximo Rt medible Limitacin del mximo Rt medible

La herramienta CHFR pudo trabajar con cemento, pero el efecto es importante a baja Rt /Rcem.

La herramienta CHFR puede identificar el cambio de saturacin respecto de la original del yacimiento, pero no de manera cuantitativa.

Limitacin del mximo Rt medible. Muy baja saturacin de agua

Terminacin Collares del revestidor

Comentarios La herramienta CHFR puede perder datos entre los 4 a 6 pies. La herramienta RST en modo C/O proveer buenos resultados despus de cuantificar el contenido de hierro mediante el procesamiento SpectroLith.

Corrida a travs de una tubera de produccin de pequeo dimetro

Registro dentro de la tubera de produccin

Revestimiento pesado Revestimiento doble

La herramienta RST proveer resultados, siempre y cuando se pueda corregir el efecto del fluido entre la tubera de produccin y el revestimiento.

Lmite de 40 lbm/pies para la relacin seal-ruido de CHFR La herramienta RST proveer resultados, siempre y cuando se pueda corregir el efecto de fluido/formacin/cemento entre la tubera de produccin y el revestimiento. En modo C/O, puede ser necesaria una caracterizacin.

Las raspaduras ocasionadas por los electrodos puede inducir a corrosin. Los registros por induccin constituyen otra opcin.

Revestimiento de aleacin o cromo

Revestimiento de fibra de vidrio

Pozo Microanillo seco Gas canalizado en el cemento Pozos con derrumbes

Comentarios

Los valores de Sigma sern vlidos frente a derrumbes de hasta el doble de tamao respecto al tolerable en modo C/O. Si el derrumbe es comparable a la profundidad de investigacin, entonces el valor de Sigma se ver afectado.

Pozos fluyendo Contactos de fluidos en el pozo Efectos de los alrededores del pozo

Pozos desviados Efectos del cido Disparos Litologa Incrustaciones La herramienta CHFR debe contar con buen contacto

elctrico entre los electrodos y el revestimiento. El revestimiento debe estar limpio.

Los valores de Sigma son slidos respecto de los obtenidos en el modo C/O, debido a la profundidad de investigacin.

> Cuadro comparativo de los datos de resistividad de CHFR con las mediciones de Sigma y la relacin carbono/oxgeno del RST para diferentes condiciones de formacin. En muchas condiciones de pozo y yacimiento, las mediciones de las herramientas son complementarias.

No se recomienda sin la asesora de expertos. Utilizar segn lo recomendado en los comentarios. Se recomienda su aplicacin.

18 Oileld Review

Lateroperfil somero de pozo abierto

Potencial espontneo

-80 mV 20

Profundidad, pies

2 ohm-m Lateroperfil profundo de pozo abierto ohm-m

Resistividad de CHFR ohm-m

200

Decaimiento

SW2 /SW1 200 3 0

2 200

Rayos gamma 0API 200 2

X630

X640

X650 CAP de CHFR

X660

X670

CAP de pozo abierto

Monitoreo de yacimiento en Indonesia. En este pozo, el CAP de CHFR a X656 pies (Carril 2, negro) est a 12 pies [3.5 m] por debajo del CAP original indicado en el lateroperl profundo de pozo abierto a X644 pies (Carril 2, rojo). Este intervalo fue perforado y puesto a producir a una tasa de 2150 bppd [342 m3/d].

En un pozo de monitoreo de un yacimiento petrolfero carbonatado de Medio Oriente puede verse una interpretacin combinada de la resistividad de pozo entubado y las mediciones nucleares (derecha). Despus de adquirir los registros de pozo abierto en este pozo de monitoreo, se asent el revestimiento y durante los siguientes 15 meses se corrieron varias sondas de registros de pozos entubados, incluidas las herramientas CHFR y RST. Durante este perodo, y antes de que un pozo inyector se activara en esta rea, la serie de registros mostraron un aumento progresivo en la resistividad aparente de CHFR, indicando la resaturacin de hidrocarburos en la zona petrolera principal, entre los X0995 y X1085 pies. Despus de obtenerse el segundo registro, comenz la inyeccin de agua en un pozo ubicado a unos 100 m de distancia. Al momento de correr el tercer registro de pozo entubado, el frente de inundacin se estaba aproximando al pozo de monitoreo y comenzaba a inuenciar la medicin de CHFR de lectura profunda. Esto permiti detectar y cuantificar los efectos de la inyeccin de agua.

Clculos de volumen de uidos basados en mediciones de CHFR en un pozo de Medio Oriente. El registro ilustra la resaturacin gra- dual de hidrocarburos en esta zona del yacimiento. Al momento de la Carrera 1 en el pozo entubado (Carril 2), la mayor parte del ltrado ha sido reemplazado o diluido, y en la Carrera 2 en el pozo entubado (Carril 3), la saturacin de hidrocarburos ha vuelto a los niveles previos a la invasin. Cuando se efecto la Carrera 3 (Carril 4), la herramienta CHFR comenz a detectar la inuencia de un nuevo pozo inyector perforado a unos 100 m [330 pies] de distancia.

>

>

Porosidad, pozo abierto

Porosidad, pozo abierto 0.5 pies3/pies3 0

0.5 pies3/pies3

Hidrocarburo (OH)

Volumen de agua en la zona virgen, CHFR, Carrera 1

0.5 Profundidad, pies

pies3/pies3

Filtrado o Decaimiento

Hidrocarburo de CHFR (1)

Volumen de agua en la zona virgen, pozo abierto

0.5 pies3/pies3 0

0

0 Porosidad, pozo abierto

0.5 pies3/pies3 Porosidad, pozo abierto

0 0.5 pies3/pies3

Hidrocarburo, CHFR (2)

0 Hidrocarburo, CHFR (3)


0.5 pies3/pies3



0 0.5 pies3/pies3 0

0

0


0.5 pies3/pies3





0.5 pies3/pies3

Hidrocarburo, pozo abierto (OH)

Hidrocarburo desplazado


0.5 pies3/pies3 0

Volumen de agua en la zona invadida, pozo abierto

0.5 pies3/pies3 0

X0950

X1000

X1050

X1100


Contrariamente a los datos de CHFR, los anlisis basados en lecturas someras de la herramienta RST no indicaron cambios durante este perodo con respecto a los datos de pozo abierto (abajo). La diferencia entre las evaluaciones de resistividad y las mediciones nucleares indica que posible- mente se ha creado una zona daada alrededor del pozo, en la cual el ltrado ha invadido al menos hasta la profundidad de investigacin de la herramienta RST. Una interpretacin combinada de los datos provenientes de las herramientas CHFR y RST proporcion un completo entendimiento del proceso de resaturacin, el progreso del frente de inyeccin y el dao de la formacin alrededor del pozo. Otra manera de detectar cambios en la saturacin de hidrocarburos con el paso del tiempo es con la evaluacin rpida del ndice de decaimiento (agotamiento, deplecin). Este ndice se basa en la ecuacin de saturacin de agua de Archie, Sw = 1/ (Rw/Rt)1/2, y relaciona la resistividad de pozo entubado y la saturacin derivada de

Hidrocarburo (OH)

Porosidad, pozo abierto 0.5 pies3/pies3

Hidrocarburo (OH)

Hidrocarburo desplazado

Volumen de agua en la zona invadida, pozo abierto

0.5 pies3/pies3 0

0

0.5

los datos de CHFR con los valores de referencia de pozo abierto, mediante la relacin: (RCHFR/ROH)1/2 = SW0H/SWCHFR, donde RCHFR es la resistividad aparente de la formacin de CHFR, ROH es la resistividad de la formacin de referencia de pozo abierto, SW0H es la saturacin de agua de Archie de pozo abierto, calculada utilizando ROH; y SWCHFR es la saturacin de agua de Archie de pozo entubado, calculada utilizando RCHFR. Las ventajas de este enfoque son que es relativamente inmune al factor geomtrico de CHFR, no requiere el conocimiento de la resistividad del agua de formacinaunque se parte del supues- to de que no ha cambiado entre los registros de pozo abierto y de pozo entubadoy no requiere conocer la porosidad. Si se utiliza un factor K inco- rrecto, se desplazar la lnea base de la curva, que debiera ser 1.0 en formaciones acuferas limpias. Incluso en este caso, sin embargo, todava debera ser posible identicar la posicin de la lnea base y detectar zonas agotadas, mediante el mo-

Volumen de agua en la zona invadida, RST, Carrera 1

0.5 pies3/pies3 0

Hidrocarburo, Sigma de RST (2)



0.5 0

pies3/pies3



0 0.5 pies3/pies3

Porosidad, pozo abierto 0.5 pies3/pies3 0

0

0


Porosidad, pozo abierto pies3/pies3



0.5 pies3/pies3


0.5 pies3/pies3 0

0

0 Hidrocarburo, Sigma de RST (1)

Porosidad, pozo abierto 0.5 pies3/pies3

Profundidad,pies


0.5 pies3/pies3 Volumen de agua en la zona virgen, pozo abierto

0.5 pies3/pies3 0



X0950

vimiento de la curva hacia la derecha de su lnea base. Al mismo tiempo, este enfoque conserva las limitaciones inherentes al enfoque de Archie, tales como el supuesto de una arena limpia. En un pozo productor, de 27 aos de antige- dad, del talud norte de Alaska, EUA, el ndice de decaimiento proporcion una medicin cuantitativa de la extensin del agotamiento del yacimiento (pgina siguiente, arriba). Las curvas de resistencia del revestimiento para cada canal de medicin para dos carreras separadas se super- ponen, lo que indica un buen contacto de electrodos. La menor resistividad de CHFR con respecto a la resistividad de pozo abierto indica el agotamiento de las dos zonas petroleras selladas mediante cementacin forzada, X720 a X740 pies y X820 a X955 pies. Un campo maduro de Indonesia proporciona otro ejemplo de monitoreo. El yacimiento est formado por una serie de canales de arenas, con un amplio rango de permeabilidad. La produccin de estas arenas a menudo est entremezclada y, debido a las bajas presiones de la formacin, se requieren bombas en el fondo del pozo. Por lo general, las zonas de alta permeabilidad son las que contribuyen de manera principal a la produccin; se agotan primero y luego producen gran- des cantidades de agua. Los registros nucleares de carbono/oxgeno (C/O) se utilizan rutinaria- mente para monitorear la produccin y el decaimiento del yacimiento. La interpretacin de los registros de C/O se ve complicada por dos factores. En primer lugar, debido a la baja presin del yacimiento, una vez que las bombas se detienen para intervenir el pozo, el uido del pozo invade el yacimiento. Esta nueva zona invadida hace que los registros de C/O de lectura somera subestimen la saturacin de petrleo. Adems, las diferencias de presin entre las zonas pueden generar un ujo transversal de los uidos.

< Clculos de volumen de uidos basados en las mediciones nucleares de pozo entubado para el mismo pozo de Medio Oriente de la pgina anterior. Los registros nucleares fueron adquiridos al mismo tiempo que se corri la herramienta CHFR. Contrariamente a los registros de CHFR, los registros nucleares no indican cambios signicativos en la saturacin con el paso del tiempo debido a su reducida profundidad de investigacin. Esto es que dada su baja profundidad de investigacin, continan midiendo principalmente ltrado. Los volmenes de hidrocarburo continan siendo prcticamente los mismos que cuando se obtuvieron los registros de pozo abierto. La diferencia entre las evaluaciones de los registros nucleares y de resistividad indica que se ha creado un anillo o zona daada alrededor del pozo. En consecuencia, no es posible monitorear el efecto de los pozos inyec- tores cercanos utilizando slo la herramienta RST; se necesita una interpretacin combinada.

X1000

X1050

X1100

20 Oileld Review

Una solucin sera cementar todos los disparos y dejar el pozo quieto por dos o tres semanas para permitir que la regin que rodea al pozo vuelva a las condiciones del yacimiento antes de correr el registro de C/O y perforar nuevos intervalos. Sin embargo, este enfoque es costoso y tiene como resultado una signicativa prdida de produccin. Ms an, el proceso mismo de cementacin forzada, en el cual se inyecta un gran volumen de agua a la formacin a alta presin antes de cementar, en realidad puede causar un cambio en la saturacin de la formacin alrededor del pozo de largo plazo. Los registros de C/O a menudo muestran saturaciones de hidrocarburos debajo de la saturacin de petrleo residual; esto puede deberse al permanente lavado de petrleo residual hacia fuera de la regin que rodea al pozo, debido a la alta presin de la cementacin forzada. Estas prcticas, combinadas con una calidad variable del cemento en los pozos viejos, hacen que la interpretacin precisa de los registros de C/O sea un verdadero desafo. El servicio de CHFR no se ve afectado por nin- guna de estas limitaciones y ofrece al operador una alternativa ms precisa y rentable con respecto a los registros de C/O, para la identicacin de zonas agotadas (abajo). Antes de ejecutar una tarea de cementacin forzada en el pozo de Indonesia, se corri la herramienta CHFR, y tres semanas despus se hicieron dos carreras ms de la herramienta CHFR y una adquisicin de registro de C/O. La profundidad de investigacin de las mediciones de CHFR permiti efectuar la primera carrera inmediatamente despus de extraer el equipamiento de terminacin, antes de

Rayos gamma 30 API

Resistencia del segmento del revestimiento

0 ohm 5x10-5

180 Cemen- tacin forzada

Abierto

Induccin profunda, pozo abierto 0.2 ohm-m

Resistividad aparente, CHFR 0.2 ohm-m

200

Sw de Archie, Relacin de decaimiento 2200 0

X700

X750

X800

X850

X900

X950

Carrera 2, Canal 2 Carrera 1, Canal 2 Carrera 1, Canal 1 Carrera 1, Canal 1

> Monitoreo del decaimiento de hidrocarburos en el pozo del talud norte de Alaska, EUA. La separacin entre las curvas de resistividad del registro de CHFR y el registro de induccin original de pozo abierto indica claramente que las zonas petrolferas entre X820 y X955 pies, y entre X720 y X740 pies estn agotadas.

Extraccin del equipamiento de terminacin Tiempo de espera hasta que

se disipe el fluido de invasin Re-perforacin de las zonas de inters

Cementacin de todas las zonas Adquisicin del registro de la relacin carbono/oxgeno

Produccin

0 5 10 Produccin Tiempo en das

15

Corrida del raspador

Extraccin del equipamiento de terminacin

Cementacin selectiva de las zonas agotadas

Corrida de la herramienta CHFR

< Lnea de tiempo de monitoreo del yacimiento para un pozo de Indone- sia. La cantidad de pasos y das necesarios para el monitoreo con el registro de la relacin carbono/oxgeno (C/O) (arriba) se contrasta con la que se requiere para el monitoreo con registros de CHFR (abajo). Los registros de CHFR permitieron que el pozo comenzara a producir 14 das antes, adems de los ahorros generados por la eliminacin de las inne- cesarias cementacin forzada de todos los intervalos abiertos y la re- perforacin de las zonas de inters.

CRISTIAN CARLOS MARTINEZ ROCHA REG: 211060585

Prof., pies

21

Agua desplazada

Hidrocarburos desplazados

Agua

Decaimiento

Porosidad 0.5 pies3/pies3 0 0.5

Decaimiento

Porosidad pies3/pies3 0

Petrleo

Calcita

Ortoclasa

Cuarzo 0

Agua ligada Volumen de petrleo, RST Volumen de petrleo, CHFR 0.5


Resistividad, CHFR 0.2 ohm-m 200 Petrleo remanente Petrleo remanente 1

pies3/pies3 0 0.5 pies3/pies3 0 Ilita

Volmenes de ELAN vol/vol 0

Petrleo, pozo abierto 0.5

Resistividad, pozo abierto 0.2 ohm-m 200

pies3/pies3 Petrleo, pozo abierto

0 0.5 pies3/pies3

Disparos 2

Disparos 3

> Interpretacin segn el Anlisis Elemental de Registros ELAN de los registros de monitoreo del yacimiento de CHFR y RST. En este pozo de Indonesia, los resultados de la relacin C/O estn afectados por los efectos de la zona circundante al pozo. Esto ocasiona la subestimacin del petrleo remanente debido a la invasin. La mayor profundidad de investigacin de las mediciones de CHFR ayuda a efectuar una mejor estimacin del petrleo remanente.

la cementacin forzada y de tener que esperar que la zona invadida volviera a las condiciones residuales (arriba). La primera carrera de la herramienta CHFR fue la ms precisa, ya que se efectu antes de la cementacin forzada, durante la cual se inyect una gran cantidad de agua a la formacin. La segunda y tercera carrera mostraron menores resistividades, debido al gran volumen de agua

inyectada a la formacin. El registro de la relacin C/O obtenido al mismo tiempo que la tercera carrera del registro CHFR subestima, en gran medida, la saturacin del petrleo remanente, debido a su incapacidad para investigar ms all de la zona invadida. La primer carrera de la herramienta CHFR muestra que ms all de la invasin, este intervalo ha conservado casi la saturacin original de petrleo. En comparacin

con el registro de la relacin C/O, la herramienta CHFR proporcion un registro ms preciso y una lectura ms profunda de la formacin, as como tambin considerables ahorros en el tiempo y los gastos de produccin. En la mayora de los yacimientos de Medio Oriente se utilizan mtodos para mejorar la recuperacin de petrleo en los yacimientos carbona- tados. Los proyectos de inyeccin de agua utilizan la inyeccin de agua, gas o ambos para desplazar el petrleo hacia los pozos en explotacin. Los registros de los pozos de monitoreo generalmente indican un buen drenaje en los car- bonatos de alta permeabilidad y soportados por los granos, pero con frecuencia indican un drenaje inconsistente en las zonas carbonatadas de permeabilidades ms bajas y mixtas, soportadas por el lodo. Las unidades de ujo individuales de estas zonas de permeabilidad ms baja, a menudo estn cubiertas por capas delgadas de alta permeabilidad que facilitan la penetracin del agua o el gas durante las inundaciones e impiden una buena recuperacin.5 Histricamente, el progreso de estas inundaciones ha sido evaluado a travs de pozos dedi- cados exclusivamente al monitoreo, utilizando mediciones de Sigma a partir de registros nucleares

Herramientas de Medición de Resistividad - Práctico 4

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