Parámetros elásticos y acústicos Para la predicción de fluidos y litología en el lago de Maracaibo.

Se ha demostrado que las propiedades de las rocas del yacimiento y de los fluidos contenidos en su interior están relacionadas con los parámetros geomecánicos de éstas. En esta investigación, la dependencia entre los parámetros elásticos y acústicos de las rocas se obtuvieron por medio de la velocidad de la onda compresional (V_P), la velocidad de onda de cizalla (V_S) y la densidad (r) obtenida a través de registros de pozo. Como resultado del análisis, se demuestra que los parámetros anteriormente mencionados tienen que ser tomados en conjunto y no por separado, para clasificar las litologías estudiadas. Sin embargo, dos de los parámetros estudiados pueden ser utilizados para indicar las diferencias entre litologías, a través de gráficos correlacionados pero no para discriminar el contenido de fluidos en las arenas.

Elastic and acoustic parameters for the prediction of fluids and lithology in the lake of maracaibo.

It has been demonstrated that the properties of reservoir rocks and the fluids contained in their interior are related to their geomechanical parameters. In this study, the relationship between the elastic and acoustic parameters of the rocks was obtained by means of the velocity of the compressional wave (V_P), the velocity of the shear wave (V_S) and the density (r) as result of well log analysis. As a result, it is shown that the previously mentioned parameters have to be taken as a whole and not separately in order to classify the studied lithology. However, two of the studied parameters can be used to indicate the differences between lithologies, through correlated graphics but not to discriminate the content of fluids in the sands.

Este estudio se lleva a cabo utilizando registros de pozo, ya que los atributos que se extraen de los datos sísmicos también pueden calcularse de ellos. Esto permite que se puedan analizar los cambios en las propiedades del yacimiento tales como litología y fluidos de una manera rápida (González et al. 2002a). Asimismo, para los estudios de caracterización de yacimientos de hidrocarburos no sólo se puede hacer uso de estos atributos sísmicos (Santos et al. 2002), sino también, de los a tributos sísmicos físicos, que se definen como los que pueden ser extraídos de las trazas sísmicas o calculados a partir de los valores de V_P, V_S y r, los cuales son obtenidos a partir de registros de pozo (Fernández et al. 2002).

En este artículo se calculan algunos parámetros elásticos y acústicos con el objetivo de ayudar en la interpretación litológica, estado físico y grado de saturación de las rocas en el subsuelo; aplicando una variación de la metodología desarrollada por Mukerji et al. (2001), en el estudio de la física de rocas.

Estudios realizados por González et al. (2002a, 2002b) y por Fernández et al. (2002), aplicando esta técnica; extendieron los resultados a la calibración de la inversión sísmica, al estudio de ciertas anomalías en los datos sísmicos y para identificar litologías y fluidos, obteniéndose excelentes resultados en la identificación de las litologías, no así, para la diferenciación de los fluidos.

Se observa que para medios elásticos continuos (isótropo y homogéneo) las velocidades de propagación de las ondas P y S dependen de los módulos elásticos dinámicos. Por consiguiente, si se conocen las velocidades de propagación de las ondas P y S se pueden determinar estos módulos de la siguiente manera (Vásquez, 2001):

G = r V_s²   (1)

(3)

(5)

«G» mide la resistencia al movimiento de los planos de un sólido al deslizarse sobre otro. «E» mide la resistencia de un sólido a un cambio en su longitud. «K» mide la resistencia de sólidos y líquidos a los cambios de volumen. Estos son los Módulos Elásticos (Serway, 1997). Igualmente, «l» es útil para describir el comportamiento elástico de los materiales, pero no tiene ningún significado físico (Smith y Gildow, 2000), y a «G» y «l» se les conoce como parámetros elásticos de Lamé (Sun, 1999); «v», se define como la relación entre la fracción de contracción transversal y la fracción de extensión longitudinal.

El producto de propagación de una onda compresional V_P por la densidad r de un medio se denomina impedancia acústica (IA) (PDVSA – CIED, 2000) y se puede expresar por:

IA = V_p r = (6)

La impedancia elástica (IE) (Connolly, 1999) es una generalización de la impedancia acústica para un ángulo de incidencia diferente de cero (Whitcombe et al. 2000), obtenida de la linealización de las ecuaciones de Zoeppritz.

   (8)

El concepto de Impedancia de Reflexión IR, es en esencia una generalización de la Impedancia Acústica (Santos et al. 2002; Chen, 1994; Santos y Tygel, 2003), al igual que la Impedancia Elástica, se encuentra:

  (9)

b ≈ ( Δρ/ ρ) (ΔV_s /V_s) (10)

Igualmente, en el caso de una incidencia normal la IR se reduce a la IA.

El área de estudio esta limitada al Bloque III, éste se encuentra ligeramente desplazado al este del área Centro-Sur del Lago de Maracaibo (PDVSA Intevep, 2005), como se muestra en la figura l. Este bloque cubre una sección del campo Ceuta, que forma parte del alineamiento regional de Pueblo Viejo.

El rango de profundidad de cada pozo está entre los 8.575 pies y los 14.220 pies de profundidad (tabla 1). Estos atraviesan acumulaciones productoras del Eoceno B, Eoceno C-Superior y Eoceno C-Inferior de la Formación Misoa. La estructura general constituye un monoclinal este-oeste de suave buzamiento de 3° a 5° hacia el sur. Las capas eocenas, reposan sobre la Formación Guasare, separadas por una discordancia, y consisten en una serie alternante de arenas y lutitas, que representan ciclos transgresivos (PDVSA Intevep, 2005; WEC, 1997).

Se estudian los registros de los pozos disponibles del área de estudio y se clasifican en grupos (González et al. 2002a; Fernández et al. 2002; Mukerji et al. 2001; González et al. 2002b), como se describe a continuación:

Grupo IV: Arenas con Hidrocarburos: este grupo está definido por valores del registro de rayos gamma menores a 40º API y S_w menor al 60 %.

G, E, l, v, IA, IE e IR. Para IE e IR, para θ, se toman valores de 30º y 35º, ya que son los considerados óptimos para el cálculo de estas impedancias (Connolly, 1999; Chen, 1994; Santos y Tygel, 2003).

Posteriormente, se realizan gráficos cruzados de combinaciones de los parámetros en base al análisis de frecuencia: se analiza la respuesta para distintas litologías y fluidos según la clasificación establecida por grupo, y se establece qué combinación permite caracterizar los grupos.

a. El pozo A es el único que contiene arenas pertenecientes a todos los grupos; los pozos B, C y D contienen arenas pertenecientes a los grupos III y IV; y el pozo E sólo tiene arenas pertenecientes al grupo IV.

b. En el pozo A se encontraron 40 intervalos de arenas con un espesor total de 322,5 pies. Y el espesor de las arenas pertenecientes al grupo II del pozo A es de 177 pies, lo cual representa aproximadamente el 55 % del espesor total de las arenas.

c. El espesor total de las arenas en el pozo D es de apenas 28 pies, que corresponde al 1,26 % del espesor total de los registros disponibles del pozo.

En el pozo B el espesor de las arenas es de 56,75 pies que representa aproximadamente el 6 % del espesor total de los registros.

El intervalo de frecuencia de los valores alcanzados por las lutitas para los módulos de Rigidez G y de Young E, por lo general solapa totalmente los intervalos de valores tomados por las arenas de los grupos II y III y casi totalmente a las arenas del grupo IV; esta tendencia es similar para todos los pozos en ambos módulos. En la figura 3a se observa el gráfico del ajuste de la curva Gaussiana a los intervalos de frecuencia para G correspondiente al pozo A. Para el módulo Volumétrico K, en la figura 3b del pozo A, los intervalos de las lutitas se desplazan hacia la derecha más que el resto de los grupos; es decir, toman valores más altos.

Para la constante de Lamé l  se tiene que: para los pozos A, C y E las arenas se desplazan hacia valores bajos, en especial las de los grupos II y IV, disminuyendo el solapamiento entre las lutitas y estas arenas. En los pozos B y D los intervalos de frecuencia de las arenas están solapados por las lutitas. El rango de valores tomados por l en las arenas en estos pozos es amplio y no contribuye a una buena diferenciación entre las lutitas y las arenas, como se muestra en la figura 4a. Los pozos B y D son los de espesores totales de arenas más bajos, consecuentemente el bajo espesor de arenas afecta el calculo de l.

Con respecto a la relación de Poisson de los pozos A, C y E los valores tomados por las arenas del grupo IV están bien diferenciados, las arenas grupo II toman valores más altos de í que las arenas del grupo III; notando que este parámetro está bastante afectado por el contenido de fluido en los poros. Para los pozos B y D se observa la misma tendencia pero en mucho menor grado; en este caso también el poco espesor total de las arenas afecta el cálculo de υ, como se nota en la figura 4b para el pozo A.

Para la Impedancia Acústica (IA) (figura 5a), las arenas toman un rango de valores pequeño y esto hace que se agrupen y su intervalo de frecuencia resalte, con excepción del pozo D, formando un pico muy estrecho y alto. La IA también la afecta el poco espesor de arenas, pero en menor grado. Aunque casi todos los valores de las arenas están solapados por los de las lutitas.

La Impedancia de Reflexión (IR) evaluada en 30º y 35º, a pesar de que es una generalización de la impedancia acústica, no se observa una mejoría en la identificación de los grupos con respecto a ésta. Igualmente, al cambiar el ángulo de estudio de 30º a 35º afecta muy poco los intervalos de valores tomados por los grupos definidos, y muestra un leve desplazamiento de estos intervalos a valores más bajos.

Los gráficos cruzados de la constante de Lamé l en función de los módulos elásticos G, E y K, son prácticamente iguales, los grupos están bien definidos y separados unos de otros, con la excepción de las arenas correspondientes al grupo III, que están solapadas por las arenas del grupo IV en todo momento. El grafico cruzado l v_s u, tiene el mismo comportamiento de los gráficos cruzados de  l y los módulos elásticos, pero de manera inversa. Esto se puede apreciar en las figuras 6a y 6b.

El gráfico IA- l tiene una buena separación entre los diferentes grupos (figura 7a), linealizando los valores de los diferentes grupos, en especial el de las lutitas. La  l y IR (30º y 35º) tienen un comportamiento muy similar al de IA-  l, pero acentuando el alineamiento de los puntos y reduciendo la separación entre las arenas y las lutitas.

Para IE(30º) y  l, en la figura 7b se observa una ligera separación entre lutitas y arenas, pero las arenas de los diferentes grupos forman un solo conjunto, agrupándose sin importar el fluido con el que están saturadas. Tomando IE(35º) - l muestra un comportamiento donde los grupos tienden a agruparse aún más, y la separación entre las arenas de diferentes grupos desaparece por completo y tienden a alinearse en un intervalo de valores de IE pequeño.

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