LabN°1-Laboratorio de Nucleos-UNI

MÉTODOS PARA DETERMINAR LA

POROSIDAD DE UNA ROCA RESERVORIO

FECHA DE ENTREGA: 24/09/2015 SECCIÓN: B PROFESOR: ING DANIEL CANTO ALUMNO: MALVACEDA REQUEJO CHRISTIAN ANDRE CÓDIGO: 20131425J

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA DE PETRÓLEO, GAS NATURAL Y PETROQUÍMICA

1.INTRODUCCIÓN

El análisis de núcleos es una parte muy importante en la evaluación general de un yacimiento, pues facilita la evolución directa de sus propiedades y provee bases para la calibración de otras herramientas de exploración, como los perfiles eléctricos, etc. Durante la fase exploratoria no se puede tomar núcleos de todos los pozos, ya que este proceso es costoso sin embargo, los planes iniciales para el desarrollo de un yacimiento deben tomar en cuenta la extracción de núcleos en un numero razonable de pozos.

Los datos obtenidos de muestras de rocas recuperadas de formaciones de interés, juegan un papel vital en los programas de exploración, así como en la evaluación de estos y de yacimiento. Estos datos los proporciona el análisis de núcleos e indica una evidencia positiva de la presencia del petróleo, la capacidad de almacenamiento de los fluidos del yacimiento (porosidad), y la capacidad de distribución del flujo (permeabilidad).



2.OBJETIVOS

o Reconocer y aprender a operar correctamente los instrumentos de laboratorio que me permitan obtener cálculos de porosidad mediante los diversos métodos ya sea el Eléctrico, Picnómetro o Russell y el porosímetro Helium.

o Familiarizarse con las propiedades petrofísicas del núcleo, como por ejemplo: porosidad, saturación, permeabilidad, capilaridad, etc.

o Finalizando los laboratorios, el alumno estará en la capacidad de analizar los volúmenes obtenidos por los distintos métodos y determinar cuál de estos métodos es más efectivo.



3.Fundamento teórico

Porosidad:

Es una medida de la capacidad de almacenamiento de fluido que pose la roca y se define como la fracción del volumen total de la roca que corresponde a espacios que pueden almacenar fluido.

Como el volumen de espacio para almacenar fluido no puede ser mayor al volumen total de la roca, la porosidad será una fracción y el máximo valor teórico que podría alcanzar es 1. Muchas veces la porosidad se expresa en porcentaje, esto facilita un poco la interpretación de estos valores.

Clasificación

1. Según su origen

De acuerdo a su origen puede clasificar se en primaria o intergranular y en secundario o inducida. La porosidad primaria es aquella que se origina durante el proceso de deposición de materiales. Por otro parte la porosidad secundaria es aquella que se origina por algunos procesos artificiales o naturales posteriores al momento en el cual los sedimentos dieron origen a la roca fueron depositados.

Por lo general las rocas con porosidad primaria presentan características más uniformes que aquellas que presentan porosidad secundaria.

2. Según la comunicación de sus poros



∅=Volumendeespacios paraalmacenar fluidoVolumen total

Dependiendo de cómo sea la comunicación de estos poros, la porosidad puede ser clasifica de la siguiente manera:

Porosidad total o absoluto: se define como la fracción de volumen total de la misma que no está ocupado por matriz.

Porosidad interconectada o efectiva: se define como el volumen total de la roca que presentan espacios que pueden contener fluido y se encuentran comunicados entre sí.

Porosidad no interconectada o no efectiva: es la porosidad que representa la fracción de volumen total que está conformada por los espacios que pueden contener fluido pero no están comunicados entre sí.

Factores que afectan la porosidad

1. Tipo de empaquetamiento

Si se tiene un medio poroso compuesto por esferas de igual tamaño (caso hipotético), las cuales se encuentran formando un arreglo cubico, la porosidad obtenida es de 46,64% si modificamos la disposición espacial de las esferas manteniendo el tamaño de las mismas, podemos obtener diversos tipos de arreglos, cada uno de los arreglos presentara una porosidad diferente. Algunos de los arreglos que se pueden obtener son el arreglo ortorrómbico y el arreglo romboédrico



Ortorrómbico Romboédrico

2. Presencia de material cementante

La presencia de material cementante afecta la firmeza y compactación de la roca, por lo tanto afecta la porosidad de la misma. A medida que aumenta la cantidad de material cementante, la porosidad del sistema disminuye, debido a que este material se aloja en los espacios disponibles para almacenar fluido.

3. Geometría y distribución del tamaño de los granos

Dependiendo del ambiente depositacional en el cual se originó la roca, los granos que la conforman presentaran una determinada distribución en su tamaño. Esta variación en el tamaño de los granos se conoce como escogimiento y es un factor que afecta la porosidad de los granos.

La forma de los granos también afecta la porosidad de una roca. Un sistema compuesto por granos perfectamente redondeados presentara una porosidad mayor que una con granos alargados.

4. Presión de las capas supra yacentesA medida que aumenta la profundidad, la presión ejercida por la columna de sedimentos aumenta, esto genera una fuerza que tiende a deformar los granos y a reducir el volumen de espacio vacío entre ellos, por lo tanto se origina una reducción de la porosidad.



Distribución del tamaño de los granos Distribución de la forma de los granos

4.Equipo y Materiales



Equipo rockwell modelo ruska drill press con broca de tungsteno de ¾

y flujo de agua

Calentador tipo 2600 hot plate thermolyne HV. Kessel USA Balanza electrica



Equipo de limpieza de core con tolueno y tetracloruro de

carbono

Volumetro Russell

Olla de saturación con kerosene

Bomba de vacíoPicnómetro

Mercurio

Herramienta para hallar el volumen bruto

(método eléctrico)

Celda con sus respectivos dedales

5.Procedimiento

Obtención de core:

1. Utilizamos un equipo rockwell modelo ruska drill pres con broca de tungsteno de ¾ con flujo de agua.

2. Colocamos un núcleo, una muestra obtenida de fondo del pozo (bottom coring), en el equipo rockwell.

3. Procedemos a cortar el núcleo, ejerciendo lentamente cada vez un poco más de presión sobre la broca en rotación.

4. Una vez llegado a la profundidad requerida, procedemos a la extracción del core, mediante un desarmador, para poder romper la base de este y separarlo del núcleo.

Limpieza de los cores:

1. Se introducen los cores en el equipo de limpieza al calentar el tolueno este se evapora, fluyendo atraves de todo el equipo, el vapor de tolueno pasa a través de los poros del core, quitando cualquier impureza que pueda haber, limpiándolo. Con el flujo de



Equipo de Porosimetro Helium

agua fría del condensador el vapor de tolueno se condensa (comienza a gotear).

2. Una vez alcanzado el nivel limite, el tolueno condensado se regresa al balón inferior enjuagando a los cores, volviendo a comenzar el proceso.

3. Luego del procedimiento de limpieza, los cores se secan en un horno de aire a 110 °C aproximadamente.

Método de saturación con el volumetro Russell

Este método consiste en saturar nuestro core con kerosene, colocarlo tubo graduado y por diferencia de medidas calcular el volumen bruto.

1. Primero saturamos nuestra muestra, colocándola en un baño de kerosene en la olla de saturación, luego con la ayuda de la bomba de vacío saturamos la muestra.

2. Llenamos hasta una altura determinada nuestro volumetro Russell, lo invertimos y tomamos nota de la medida de referencia.

3. Luego introducimos la muestra saturada en el volumetro, lo invertimos otra vez y tomamos nuevamente la medida.

Método del picnómetro:

Este método se basa en el volumen desplazado obtenido al sumergir el core en un picnómetro lleno de mercurio, debido a que dos cuerpos no pueden ocupar un mismo espacio.



1. Primeramente pesamos el plato metálico en el cual se va a colocar el picnómetro lleno de mercurio para posteriormente por diferencia de masas podamos calcular el peso del mercurio desplazado.

2. Enrasamos el picnómetro con mercurio y luego colocamos el core, por diferencia de densidades este flotara.

3. Tapamos el picnómetro cuidadosamente, de tal manera que el core quede totalmente sumergido.

4. Por diferencias de masa calculamos la masa del mercurio desplazado.

Método eléctrico:

Este método sirve para la obtención del volumen bruto, se basa en la conducción del mercurio al hacer contacto con el clavo.

1. Primeramente procedemos a calibrar el instrumento, de esta forma minimizamos el error. Esto ocurre cuando el foco que se encuentra en el instrumento prende procediendo a anotar el valor del error de la calibración (Ecalibración).

2. Luego introducimos muestra y giramos la tapa, tomamos nuevamente la medida (Vmuestra).

3. Para la lectura aparente del equipo consta de dos partes: una parte entera y una parte decimal, la cual es leída en la parte superior de la tapa del equipo.

Porocimetro Helium:



1. Primeramente suministramos al equipo con nitrógeno a partir de un tanque con una presión de 100 PSI aproximadamente.

2. Luego calibramos el equipo, este cuenta con dos perillas para su calibración, una para calibrar al 0 PSI y la otra para calibrar al 100 PSI, usando dos a su vez dos válvulas llamadas source (origen) y supply (suministro).

3. Una vez que el equipo ya está calibrado, procedemos a medir el volumen de la celda vacía (Vcv) colocando está en la pota celda y abriendo la válvula core holder.

4. Luego medimos el volumen de la celda con el core en su interior más los dedales de acero que nos ayudan a minimizar el error.

5. Medimos los volúmenes de los dedales con la ayuda del vernier, luego por diferencia calculamos el volumen de la muestra.

6.Calculo y resultados

a. Método de saturación con el volumetro Russell

Wmuestra seca=36,5011 gr

Wmuestra saturada=36,8132 gr

También podemos calcular el volumen de los poros de la siguiente manera:

W kerosene=Wmuestra saturada−W muestra seca=0,3121

Además sabemos por tablas que, densidad del kerosene: 0,8169gr

cm3

entonces haciendo relación:



W kerosene

ρkerosene=0,31210,8169

=V kerosene=V poroso0,38205

Entonces obtenemos:

V poroso=0,38205cm3

Utilizando el volumetro de Russell, obtuvimos los siguientes resultados:

V referencia=24,3cm3

V kerosene+core=11,6 cm3

Hallamos el volumen bruto mediante diferencia de medidas:

V bruto=V referencia−V kerosene=12,7 cm3

b. Método del picnómetro

W plato=135,8534 gr=W 1

W plato+volumen desplazadode Hg=334,1 gr=W 2

Donde:

W Hg=W p+Hg−W p

W Hg=W 2−W 1=198,2466 gr

Ahora podemos determinar el volumen bruto del core:

V b=V desplazadode Hg=W Hg

ρHg

ρHg=13,6gr

cm3



V b=198,2466 gr

13,6gr

cm3

=14,5769cm3

c. Método eléctrico

Ecalibracion=−0 ,1

Decimales=0,82

Entero=14

V muestra=14+0,82=14,82−0,1=14,72cm3

Entonces el volumen bruto será:

V bruto=14,72cm3

d. Porosimetro Helium

V cv=Volumende lacelda vacia=31cm3

V leido=Volumende los espacios vacios en lacelda=9,27cm3

V g=Volumende los granos

V D1=Volumendel1° dedal=6,1716cm3

V D2=Volumendel2 °dedal=1,5272cm3

Calcularemos el volumen de los granos igualando volúmenes:

V cv=V D 1+V D2+V leido+V g, donde;

V g=V cv−(V D1+V D 2+V leido)

V g=31cm3−(6,1716cm3+1,5272cm3+9,27 cm3)

V g=14,0312cm3



Usando el V poroso encontrado con el método de saturación obtenemos el volumen bruto:

V b=V g+V poroso=14,0312+0,38205=14,41325cm3

7.Resultados finales

Obtención de la porosidad para todos los métodos:

o M. Russell:∅ 1=V p

V b

=0,38205cc12,7cc

×100%=3,008%



o M. Picnómetro:∅ 2=V p

V b

=0,38205cc14,5769cc

×100%=2,621%

o M. Eléctrico:∅ 3=V p

V b

=0,38205 cc14,72cc

×100%=2,595%

o M. Porosimetro Helium:∅ 4=V p

V b

= 0,38205cc14,41325cc

×100%=2,651%

8.Errores de los métodos usados Ya que no tenemos el volumen bruto hallado geométricamente, por la complejidad de la forma del core. Los errores los tomamos respecto al resultado del método del picnómetro ya que es uno de los más exactos.

o Error(M .Electrico )=0,99%o Error(M .Rusell )=14,76%o Error(M .Porosimetro Helium )=1,14%

9.Observaciones y recomendaciones

o Durante la extracción del core con el equipo rockwell (cortadora de núcleos)

debemos sujetar firmemente el núcleo para poder obtener una muestra



adecuada, es decir obtener un core lo más cilíndrico posible, con el fin de obtener un buen valor de volumen bruto.

o Durante la utilización del equipo rockwell para la extracción del core el agua

cumple la función de lubricante y refrigerante para que la punta de la broca de tungsteno se mantenga en condiciones óptimas.

o El uso de tolueno en el proceso de limpieza del core es por su poder de extraer

agua que podría estar presente en el core, además el tetracloruro de carbono ayuda a extraer cualquier impureza

o Los métodos de saturación de Russell deben efectuarse con

rapidez debido a que el kerosene saturado es muy volátil.

o Tener cuidado al invertir el equipo para el método de Russell

ya que durante este proceso puede haber derrame de petróleo, el cual variaría las lecturas de volúmenes.

o debido a la toxicidad del mercurio, es necesario realizar las

mediciones con guantes y tratar de no recostarse sobre la mesa debido a que pueden quedar pequeñas cantidades de mercurio expuestas al ambiente.

o Para el método del Porosimetro de Helium usaremos una

presión superior a los 100 PSI para asegurar el flujo de nitrógeno al equipo.

10. Conclusiones



o Analizando los volúmenes brutos de los 4 métodos llagamos a la conclusión de que los resultados de los tres últimos métodos (método picnómetro, eléctrico y porosimetro Helium) no varían mucho a excepción del primero (método Russell) que su volumen bruto es mucho menor en comparación con los otros tres.

o Llegamos a la conclusión de que el volumen bruto más exacto en tomar en cuenta para nuestros resultados es el obtenido por el método del picnómetro ya que es el que tiene menor error.

o El error que puede presentar el método de saturación (método Russell), puede ser originado por la pérdida de kerosene al maniobrar el core, generando así una pérdida de volumen en el volumetro Russell, además de la formación de burbujas en el interior del Russell lo cual dificulta la lectura.



11. Bibliografía o Manual de TAGo Análisis de núcleos de Ing. Cesar Tipiano Laboratorio de Hidrocarburos



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