Oilfield Review. Resistividad detrás del revestimiento. Yacimientos virtuales. Cultura de intercambio de conocimientos

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1 Oilfield Review Verano de 2001 Resistividad detrás del revestimiento Yacimientos virtuales Cultura de intercambio de conocimientos Administración del manejo del conocimiento

2 Extensión del alcance de las mediciones Este número narra una fascinante historia ( Medición de la resistividad detrás del revestimiento, página 2) acerca de un equipo de profesionales que enfrentó desafíos aparentemente inalcanzables y que finalmente, como usted verá, resultó éxitoso. La historia comenzó a mediados de la década de 1980, cuando una fuerte contracción del gasto de la industria de exploración y producción (E&P, por sus siglas en inglés) nos hizo pensar seriamente en la innovación a bajo costo. Fueron convocados varios grupos de trabajo que produjeron 117 nuevas ideas, de las cuales se han implementado 91. El tema más candente fue la obtención de registros de un modo efectivo desde el punto de vista de los costos. No ha de sorprender que la idea más apreciada de las 117 presentadas fue la adquisición de registros durante la perforación, la cual se comenzó a adoptar a partir de entonces. Pero la idea número 12 parecía tan interesante como aquélla: por qué no obtener registros cuando ya se ha asentado el revestimiento y el tiempo del equipo de perforación no representa un impedimento? El entusiasmo se atemperó cuando varios nos dimos cuenta de que las dos mediciones más importantes serían la resistividad y la presión, las cuales parecían obstáculos imposibles de superar. También era una época en que debíamos administrar con prudencia nuestros fondos de investigación y desarrollo. Estudiamos ambas ideas, pero no construimos prototipos. A principios de la década de 1990, aumentó el gasto de E&P y nuevamente dirigimos la mirada hacia nuestra cartera de buenas ideas no llevadas a la práctica. Aquella idea de las mediciones de resistividad detrás del revestimiento era una de las tres principales. Al mismo tiempo, un equipo de profesionales que trabajaba en Clamart, Francia, bajo la dirección de Paul Béguin recién había terminado la primera fase de un programa muy alentador que había logrado un éxito técnico, pero había sido un completo fracaso de comercialización. Queríamos ofrecerle al equipo la posibilidad de desarrollar un proyecto que fuera un triunfo de comercialización si superaba con éxito los aspectos técnicos. No fue fácil convencerlos, pues todos ellos conocían claramente las dificultades del desafío. Por fin, la confianza del equipo en si mismo prevaleció y el proyecto comenzó en Fue evidente desde un principio que este proyecto sería mucho más arduo que el que acababan de finalizar. Como se explica en el artículo, la cuestión no es el principio de la medición en sí, que se basa en medir la corriente que se fuga fuera del revestimiento, sino el nivel de ruido extraordinariamente bajo que puede tolerar cualquier técnica de medición. Recuerdo que cuando visité al equipo a fines de 1993 y observé el cartucho de la electrónica de la herramienta bajo una montaña de ropa en el laboratorio, les pregunté si estaban preocupados acerca del espionaje industrial. Me respondieron que el cambio de temperatura que se producía al abrir la puerta del laboratorio generaba un ruido varias veces mayor que el que puede tolerar la medición. Un prototipo podía dar buenos resultados, pero el siguiente, aunque idéntico a los ojos del observador, podía entregar lecturas totalmente inexactas: un verdadero zoológico lleno de problemas sin resolver. Recuerdo el Desplazamiento de Paul y el Factor K de Marie-Therese, entre muchos otros de estos especímenes. Estos problemas no resueltos, que básicamente tenían que ver con fuentes de ruido que ninguno de nosotros comprendía, impidió que la herramienta avanzara a la siguiente fase clave de nuestro proceso de desarrollo del producto. Los gerentes comenzaron a preocuparse acerca de si finalmente lograríamos hacerla funcionar. En ese entonces, pensaba que un buen manejo de riesgos era un factor clave para el éxito del desarrollo de un producto, y aún pienso así. Sin embargo, nuestra gente de manejo de riesgos de procesos consideraba este proyecto como el más riesgoso, y tuvimos que dedicarle horas para convencerlos de que no debíamos renunciar. Afortunadamente, el equipo seguía pensando que podía hacer funcionar la herramienta. Un progreso lento pero constante permitió crear un prototipo exitoso, y esto alentó al equipo y a los gerentes lo suficiente como para mantener vivo el proyecto. Varios miembros con mucha experiencia clave del área técnica comenzaron a contribuir con el proyecto, y nuestra comprensión de las distintas fuentes de ruido mejoró notablemente como para reducir la confusa multitud de problemas a unos pocos problemas predecibles. Finalmente, el equipo lo logró! El resultado es la herramienta que se presenta en el primer artículo de este número. El siguiente capítulo de la historia será similar: otro equipo, en otro centro tecnológico, está lidiando con las mediciones de presión a través del revestimiento. Tras varios altibajos parecidos a los de la medición de la resistividad detrás del revestimiento, el equipo también ha de tener éxito. Otras mediciones se hallan en camino, las que seguramente plantearán tantos desafíos como las dos primeras. Philippe Lacour-Gayet Científico en Jefe, Schlumberger Limited Philippe Lacour-Gayet ingresó como ingeniero en el centro de investigación y desarrollo (R&D, por sus siglas en inglés) de Schlumberger en 1974, en Clarmant, Francia. Se ha desempeñado en el manejo de las operaciones en Londres, Inglaterra; y Tokio, Japón; y ha dirigido los centros de investigación y desarrollo de Clamart; Fuchinobe, Japón; Palo Alto, California, EUA; y Ridgefield, Connecticut, EUA. Actualmente se desempeña como Científico en Jefe, a cargo de los centros de investigación y desarrollo para todo Schlumberger. Philippe obtuvo un doctorado en física de la Universidad de Paris-Sud en Orsay, Francia.

3 Consejo editorial Terry Adams Azerbaijan International Operating Co., Bakú Syed A. Ali Chevron Petroleum Technology Co. Houston, Texas, EUA Antongiulio Alborghetti Agip S.p.A Milán, Italia Svend Aage Andersen Maersk Oil Kazakhstan GmbH Almaty, República de Kazakhstán George King BP Houston, Texas David Patrick Murphy Shell E&P Company Houston, Texas Richard Woodhouse Consultor independiente Surrey, Inglaterra Editor ejecutivo Denny O Brien Editor consultor Lisa Stewart Editor senior Mark E. Tell Editores Gretchen M. Gillis Mark A. Andersen Matt Garber Colaboradores Rana Rottenberg Stephen Prensky Distribución David E. Bergt Diseño y producción Herring Design Steve Freeman Karen Malnart Ilustraciones Tom McNeff Mike Messinger George Stewart Impresión Wetmore Printing Company Curtis Weeks Traducido y producido por LincED Int l, Inc. y LincED Argentina, S.A. mail@linced.com; Edición Antonio Jorge Torre Subedición Nora Rosato Miriam Sitta Diagramación Pablo Rojas Diego Sánchez Revisión de la traducción Jesús Mendoza R. Departamento de Mercadotecnia México y América Central (MCA) Oilfield Review es una publicación trimestral de Schlumberger destinada a los profesionales de la industria petrolera, cuyo objetivo consiste en brindar información acerca de los adelantos técnicos relacionados con la búsqueda y producción de hidrocarburos. Oilfield Review se distribuye entre los empleados y clientes de Schlumberger y se imprime en los Estados Unidos de Norteamérica. Cuando se menciona sólo el lugar de residencia de un colaborador, significa que forma parte del personal de Schlumberger Schlumberger. Todos los derechos reservados. Ninguna parte de esta publicación puede ser reproducida, archivada o transmitida en forma o medio alguno, ya sea electrónico o mecánico, fotocopiado o grabado, sin la debida autorización escrita de Schlumberger. Dirigir la correspondencia editorial a: Oilfield Review 225 Schlumberger Drive Sugar Land, Texas USA (1) Facsímile: (1) obrien@sugar-land.oilfield.slb.com Dirigir las consultas de distribución a: David E. Bergt (1) Facsímile: (1) dbergt@sugar-land.oilfield.slb.com

4 Schlumberger Oilfield Review Verano de 2001 Volumen 13 Número 1 2 Medición de la resistividad detrás del revestimiento Desde que los registros miden las propiedades de las formaciones, obtener la resistividad de la formación detrás del revestimiento ha constituido una meta fundamental pero inalcanzable; hasta ahora. Una nueva herramienta para pozos entubados supera las dificultades del diseño y de la adquisición de datos que han eclipsado el éxito de los intentos anteriores. Los ejemplos de campo muestran cuán estrechamente coinciden las nuevas mediciones a través del revestimiento con las herramientas de adquisición de registros a pozo abierto, y cómo se está utilizando la herramienta con el fin de identificar zonas productivas previamente inadvertidas, así como para hacer un seguimiento de los cambios de saturación en los yacimientos en explotación. 26 Mejoramiento de los yacimientos virtuales Los simuladores de yacimientos han evolucionado en dos direcciones: una interfaz simple para novatos y una herramienta sofisticada para usuarios con experiencia. Los estudios de casos ilustran la innovadora opción del pozo de múltiples segmentos, la cual ofrece un mejor vínculo entre el pozo y las retículas de yacimientos. Para simular los campos de gran tamaño y complejidad se utilizan el procesamiento en paralelo y el modelado composicional. En algunos casos, la mejor solución está dada por un modelo que rastrea el movimiento de los frentes de fluidos a través del modelado de líneas de corrientes. 48 Creación de una cultura de intercambio de conocimientos A partir de la entera explotación de los datos y de la información disponible, las empresas de E&P pueden aumentar la eficiencia, mejorar los resultados financieros, maximizar el valor de los activos y fortalecer la posición competitiva en un mercado dinámico. El éxito depende de la posibilidad de transformar datos e información en conocimiento comprobable y de acceso instantáneo, como base para la toma de decisiones en tiempo real. Esto sólo se puede lograr creando una cultura empresarial estructurada en torno a la captación y al intercambio de conocimientos. 66 Administración del manejo del conocimiento Un grupo de gerentes de la industria analiza temas relacionados con el intercambio de conocimientos en el actual entorno de E&P. Ellos estudian la forma en que sus empresas se iniciaron en el manejo del conocimiento y los elementos de negocios que impulsan sus iniciativas, las que incluyen redes y comunidades, tecnologías de la información y herramientas para la colaboración global, así como iniciativas de comercio electrónico (e-business). Estos expertos analizan las formas de medir el progreso, el valor del capital intelectual y los intercambios de conocimientos, y luego contemplan los desafíos y oportunidades que vislumbran para el futuro. 84 Colaboradores 87 Próximamente en Oilfield Review 88 Nuevas publicaciones 1

5 Medición de la resistividad detrás del revestimiento La detección y evaluación de la saturación de hidrocarburos han sido por mucho tiempo un problema en los pozos entubados. Después de 60 años de sueños y proyectos, la medición de la resistividad detrás del revestimiento se convierte hoy en una realidad. Karsani Aulia Bambang Poernomo William C. Richmond Ari Haryanto Wicaksono PT. Caltex Pacific Minas, Riau, Indonesia Paul Béguin Dominique Benimeli Isabelle Dubourg Gilles Rouault Peter VanderWal Clamart, Francia Austin Boyd Ridgefield, Connecticut, EUA Sherif Farag Yakarta, Indonesia Paolo Ferraris Abu Dhabi, Emiratos Árabes Unidos Anne McDougall París, Francia Michael Rosa David Sharbak Occidental Oil and Gas Company Elk Hills, California, EUA Por su colaboración en la preparación de este artículo, se agradece a Eric Bonnin, David Foulon y Gregory Joffroy, TOTAL ABK, Abu Dhabi, EAU; Bob Davis, Bakersfield, California, EUA; Alison Goligher y Don McKeon, Clamart, Francia; Russ Hertzog, Laboratorio Nacional de Ingeniería y Ambiente de Idaho, Idaho Falls, Idaho, EUA; Pam Rahmatdoost, Sugar Land, Texas, EUA; y Lukas Utojo Wihardjo, Duri, Indonesia. AIT (herramienta de Inducción de Arreglo), CBT (herramienta de Adherencia del Cemento), CET (herramienta de Evaluación de la Cementación), CHFR (Resistividad de la Formación en Pozo Entubado), CPET (herramienta de Evaluación de la Corrosión), ELAN (Análisis Elemental de Registros), HRLA (Sonda de Lateroperfil de Alta Resolución), Platform Express, RST (herramienta de Control de Saturación del Yacimiento), SCALE BLASTER, SpectroLith, TDT (Tiempo de Decaimiento Termal) y USI (herramienta de Imágenes Ultrasónicas) son marcas de Schlumberger. TCRT (herramienta de Resistividad a través del Revestimiento) es una marca de Baker Hughes. En busca de mejorar la productividad de los campos, ampliar su vida útil y aumentar las reservas, las compañías petroleras necesitan ser capaces de identificar hidrocarburos aún no detectados, monitorear los cambios en la saturación de los fluidos y detectar el movimiento de los contactos de fluidos de los yacimientos. Muchas de las reservas de petróleo y gas descubiertas y que aún existen están contenidas en campos viejos, descubiertos entre la década de 1920 y la de En aquellos días, por lo general los hidrocarburos se detectaban sólo a través de registros eléctricos obtenidos a pozo abierto; a menudo los únicos registros disponibles. Incluso hoy, los registros de resistividad adquiridos a pozo abierto todavía son las mediciones más comúnmente 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 saturación en yacimientos viejos requiere efectuar mediciones a través del revestimiento de acero, lo que no ha sido posible con las herramientas de resistividad convencionales. Hasta hace poco, la evaluación de la saturación de hidrocarburos en un pozo entubado sólo era posible con herramientas nucleares. Estas herramientas tienen una reducida profundidad de investigación y su aplicación efectiva está limitada a altas porosidades y altas salinidades. Desde la invención de los registros de resistividad de pozo abierto, los expertos de todo el mundo se han esforzado por desarrollar una herramienta que pueda medir la resistividad detrás del revestimiento. Hoy, 60 años después de haberse concebido esta idea, la medición exacta y confiable de la resistividad de formaciones no sólo es posible en pozos entubados, sino que también ya se encuentra disponible como servicio estándar. Las considerables dificultades de diseño y medición planteadas por la medición de la resistividad de la formación detrás de revestimientos de acero han sido superadas (véase Historia de la medición de la resistividad en pozos entubados, página 12). Con la ayuda de innovadores dispositivos electrónicos, 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 combinar para proporcionar una mejor evaluación de la saturación. Además del monitoreo de yacimientos y la identificación de zonas productivas previamente inadvertidas, este servicio proporciona una medición 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 adquisición exitosa de los datos. Este artículo revela cómo funciona la nueva herramienta, cómo su diseño derriba obstáculos anteriormente insuperables para obtener la resistividad detrás del revestimiento, y de qué manera supera las limitaciones de la técnica. Los ejemplos de campo indican con cuánta fidelidad la nueva medición corresponde a los resultados de las herramientas de adquisición de registros a pozo abierto y cómo se está utilizando para monitorear cambios de saturación y de contactos de fluidos. Principio de la medición La herramienta de Resistividad de la Formación en Pozo Entubado CHFR es, en efecto, una herramienta de lateroperfil, es decir, un dispositivo con electrodos que miden las diferencias de voltaje que se crean cuando una corriente emitida fluye hacia la formación alrededor del pozo. La manera usual de calcular la resistividad R t de la formación a partir de una herramienta de lateroperfil requiere medir la corriente I emitida y el voltaje V de la herramienta. Para obtener la resistividad, la 2 Oilfield Review

6 R t R cem R c R c R cem R t relación de ambos parámetros se multiplica por un coeficiente constante conocido como el factor K de la herramienta, el cual depende de la geometría de la herramienta misma: R t = KV/I. La medición de la herramienta CHFR es un poco más complicada debido a la presencia del revestimiento de acero, pero aún así se reduce a determinar R t a partir de V e I. Los lateroperfiles de pozo abierto utilizan electrodos para enfocar la corriente emitida dentro de la formación. Una diferencia significativa en la física que rige la medición 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 eléctrico, y cuando la opción es pasar a través de acero de baja resistencia o a través de la tierra, la mayor parte de la corriente fluirá a través del acero. La corriente alterna de alta frecuencia (CA) permanecerá casi enteramente en el interior del acero, pero con CA de baja frecuencia o con corriente continua (CC), una pequeña parte de la corriente se filtra hacia la formación. Para fluir desde la fuente de la herramienta hasta la conexión eléctrica a tierra en un electrodo de retorno ubicado en la superficie, la corriente pasa a través del revestimiento y se filtra gradualmente hacia la formación circundante, al pasar a través del terreno hasta la conexión eléctrica a tierra. La fuga hacia la formación que se encuentra alrededor del pozo ocurre a lo largo de todo el revestimiento, de modo que la cantidad de corriente que se filtra por cada metro es mínima. El mayor desafío de la medición de resistividad detrás del revestimiento consiste en medir esta pequeña cantidad de corriente que se fuga. La manera en que se realiza la medición se puede entender si se sigue el curso de la corriente a lo largo de los trayectos que toma hacia la conexión eléctrica a tierra. El electrodo de corriente está 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 dirección depende de la posición de la herramienta en el pozo y de la resistividad de la formación; mientras más alta sea la resistividad de la formación, menos corriente irá hacia abajo por 1. Informe del equipo de trabajo: Through-Casing Logging Tools Approach Commercialization, Gas Research Institute GRID, Verano de 1998: Blaskovich FT: Historical Problems with Old Field Rejuvenation, artículo de la SPE 62518, presentado en el Encuentro Regional Occidental de las SPE/AAPG, Long Beach, California, EUA, Junio 19-23, Verano de

7 Efecto de la posición de la herramienta en una formación homogénea para un pozo profundo de 3000 m [9840 pies] entubado con un revestidor de 7 pulgadas de diámetro 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 formación (arriba). La fuga de corriente también disminuye con el aumento de la resistividad de la formación. 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 fluye hacia la sección restante de la formación (abajo). > el revestimiento (derecha). Esto se debe a que la corriente descendente se conecta a tierra al pasar a través de la formación. También significa que la herramienta se hace menos sensitiva cuando la resistividad de la formación es mayor; entra menos corriente a la formación. A medida que la corriente fluye hacia abajo por el revestimiento, una pequeña parte penetra la formación. La fuga se puede describir como una cierta fracción de disminución de corriente por metro. Cuando la herramienta está cerca de la superficie, la mayor parte de la corriente va hacia arriba del revestimiento, ya que es el trayecto más corto y con menos resistencia, de modo que hay poca fuga hacia la formación. 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 filtra progresivamente hacia cada metro de formación, hasta el último metro, en el que toda la corriente descendente pasa a ese metro de formación, haciendo que la fuga sea considerable. De hecho, la fuga de corriente es máxima en la zapata del revestimiento. En general esto es una ventaja, ya que la mayor parte de los intervalos de interés se encuentra cerca del fondo del revestimiento. La dificultad para medir la resistividad detrás del revestimiento, durante los 60 años que se extendió el desarrollo de esta técnica, ha radicado en la medición misma. Es sencillo medir la corriente que va hacia abajo por el revestidor, ya que el diseño de la herramienta puede incluir Componentes de la medición CHFR Valor (aproximado) Voltaje diferencial (V 1 -V 2 ) 5 a 500 nv Voltaje superior e inferior (V 1,V 2 ) 20 a 100 µv Voltaje del revestimiento (V 0 ) 10 a 100 mv Corriente de calibración 0.5 a 3.0 A Resistencia del segmento del revestimiento (R c ) 20 a 100 µohm Corriente aplicada (I) 0.5 a 6.0 A Corriente de la formación ( I) 2 a 20 ma Corriente descendente del segmento del revestimiento (I d ) 0 a 3 A > Valores típicos registrados con mediciones de la herramienta CHFR. Corriente, A Corriente, ma/m Corriente descendente Corriente de la formación 5 Profundidad, m R t = 1 ohm-m R t = 10 ohm-m R t = 100 ohm-m R t = 1 ohm-m R t = 10 ohm-m R t = 100 ohm-m electrodos que hacen contacto con la tubería de revestimiento. Es imposible medir directamente la corriente que fluye hacia la formación, ya que los electrodos no entran en contacto con el terreno. La corriente de la formación se debe inferir de la corriente del revestimiento, efectuando una substracción. 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 pequeña cantidad a partir de la diferencia de dos cantidades mucho mayores, particularmente cuando hay ruido en los datos. Las dificultades técnicas relacionadas con la medición de la resistividad detrás del revestimiento han sido superadas mediante un cuidadoso diseño de la herramienta y la mayor exactitud y precisión de las mediciones. Los dispositivos electrónicos ubicados en el fondo del pozo hoy son lo suficientemente precisos y estables como para determinar la resistividad de la formación detrás del revestimiento conductivo. Pero, cómo se efectúa la medición? La primera etapa de la medición utiliza una fuente en la herramienta para aplicar corriente alterna de baja frecuencia al revestimiento (página siguiente a la izquierda). Bajo el punto de inyección se encuentran cuatro electrodos de voltaje con una separación de 2 pies [0.6 m]. Tres de ellos se utilizan en cada medición. La caída de voltaje entre pares de electrodos es una combinación de las pérdidas debidas a la fuga de corriente hacia la formación, más las pérdidas resistivas en el revestimiento. Se requiere un segundo paso, llamado paso de calibración, para determinar las pérdidas resistivas en el revestimiento. El circuito del paso de calibración comienza en el mismo punto de aplicación de la corriente, pero fluye hacia abajo del revestimiento a un electrodo de corriente ubicado cerca de 10 m [33 pies] más abajo en la herramienta (página siguiente a la derecha). Hay una fuga muy poco significativa hacia la formación, ya que la corriente no necesita fluir a través de la formación para completar el circuito. La resistencia del revestimiento se puede determinar con los mismos electrodos de voltaje que se usan en el paso de medición. De este modo, la resistividad de la formación se puede obtener básicamente 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 Evaluación de la Corrosión CPET. El alto contraste de resistividad entre el acero y la formación determina la dirección de la fuga de corriente hacia la formación (perpendicular al revestimiento), debido a que el revestimiento es esencialmente una superficie equipotencial. Esta herramienta es más sensible a la resistividad de la formación 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 formación, inmediatamente fuera del revestimiento. 4 Oilfield Review

8 Retorno Electrodo de superficie R c Revestimiento Revestimiento R c R t Electrodo superior de inyección de corriente R t Electrodo superior de inyección de corriente I I I V 1 R c V 0 I y R c V 2 Electrodo inferior de corriente > Primera etapa del principio de medición de dos etapas de la herramienta CHFR. En la etapa de medición, la corriente alterna de baja frecuencia (CA) asciende por la tubería de revestimiento hacia la superficie y desciende por el revestidor a través de la formación hacia un electrodo de retorno emplazado en la superficie. La herramienta mide la diferencia I en la corriente descendente entre pares de electrodos de voltaje. En cada estación, tres electrodos de medición contribuyen a una medición de resistividad (lado derecho de la figura). Con cuatro electrodos de medición disponibles, es posible realizar dos mediciones de resistividad a la vez. V o es el voltaje del revestimiento, y V 1 y V 2 son voltajes medidos en la formación entre dos pares de electrodos. R c es la resistencia del revestimiento. > Etapa de calibración de la herramienta CHFR. La corriente sólo fluye desde el electrodo de corriente superior hacia el inferior, permitiendo el cómputo de R c como la diferencia en la resistencia del revestimiento entre dos puntos de medición. Se requiere otro paso para obtener el voltaje del revestimiento V 0. Son necesarias mediciones de voltaje extremadamente precisas en el rango de los 10 a 100 mv (página anterior, abajo). No se pueden realizar en corriente alterna, como en los pasos de medición y calibración. En una secuencia separada, la corriente directa se envía desde el inyector superior a la superficie siguiendo el mismo trayecto utilizado en la medición de corriente de la formación. El voltaje se mide entre el inyector inferior y un electrodo de referencia distinto en la superficie. La medición se efectúa dos veces con polaridades negativas y positivas para eliminar errores sistemáticos, tales como la polarización o la deriva. Debido a que el voltaje varía muy lentamente con la profundidad, por lo general es suficiente una medición de voltaje por cada 10 estaciones de profundidad. El electrodo de referencia de superficie para la calibración de voltaje debe estar ubicado lo más 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 suficiente para el electrodo de referencia o un buen contacto eléctrico entre el electrodo de superficie y la tierra pueden afectar de manera adversa la calidad de la medición del voltaje y, en consecuencia, la confiabilidad de la medición de resistividad de la formación. Esta dificultad puede superarse utilizando una ecuación derivada empíricamente para estimar la resistividad sin una medición de voltaje. Cuando se utiliza este método, las resistividades de la formación de CHFR son aparentes, en lugar de absolutas. Un término de la ecuación compensa la presencia de la zapata del revestimiento, y un segundo término da cuenta de la geometría del revestimiento donde se toma la medición. Si bien esta fórmula no es aplicable universalmente, ha proporcionado resultados satisfactorios en muchos casos. Incluso cuando no funciona, el carácter 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 dispondrá de un registro de referencia adquirido a pozo abierto, el que permitirá el ajuste del factor K. Verano de

9 13 m Telemetría Electrodo superior de corriente Junta de aislamiento Electrónica Brazos de electrodos de medición Hidráulica Electrodo de corriente inferior La calibración de registros de CHFR con respecto a los registros de pozo abierto consiste en ajustar la ganancia de la medición de la corriente de formación de CHFR (efectivamente, el factor K) para desplazar el registro del pozo entubado y superponerlo al registro de pozo abierto. La determinación del desplazamiento adecuado requiere conocer la resistividad de una capa, como una zona de lutitas o una capa no abierta al flujo, cuya resistividad no se ha modificado desde la obtención de los registros de pozo abierto. Desafíos del diseño y la medición El principal objetivo del diseño de la herramienta CHFR fue medir de manera precisa y confiable la resistividad de la formación detrás del revestimiento, sin que se viera afectada por problemas de contacto del revestimiento, capas de cemento e invasión de fluidos en las cercanías del pozo. Se establecieron rigurosos objetivos adicionales para la detección de capas delgadas: determinar la resistividad de las capas adyacentes, tales como estratificación, contactos agua-petróleo y petróleo-gas, con una resolución vertical de 1 pie [0.3 m], y determinar un contraste de resistividades a través de las capas adyacentes del orden del 5%. Para diseñar una herramienta como ésta era necesario resolver, en primer lugar, importantes desafíos técnicos en tres áreas: física, electrónica y mecánica. El comportamiento físico de la corriente eléctrica en un pozo entubado es distinto al de un pozo abierto. El modelado y trabajo analítico proporcionaron una buena comprensión de los aspectos físicos y la mejor manera de manejar fuentes inherentes de error y ruido asociadas con los componentes electrónicos. Este trabajo permitió que los registros de resistividad pudieran derivarse de las mediciones básicas. Las formaciones típicas tienen resistividades cerca de 1000 millones de veces más altas que las del típico revestimiento de acero. Sin embargo, debido al gran volumen de roca de yacimiento, la relación entre la corriente de formación y la corriente aplicada está en el rango de 10-3 a 10-5, en vez de Puesto que el cable eléctrico limita la corriente total que puede ser aplicada al revestimiento a unos pocos amperios, las corrientes típicas de formación se encuentran en el rango de los miliamperios. Debido a que las corrientes de formación se miden a través de una caída en la resistencia del revestimiento de unas pocas decenas de µohm, la medición de CHFR se realiza en el rango de los nanovoltios. El principal desafío de diseño fue desarrollar un dispositivo que pudiera medir nanovoltios con precisión. La herramienta CHFR La herramienta CHFR consiste de un cartucho electrónico diseñado recientemente, un electrodo de inyección de corriente que también actúa como un centralizador, cuatro juegos de electrodos de medición de voltaje y un electrodo de retorno de corriente que también actúa como un centralizador (izquierda). La herramienta tiene una longitud de 43 pies [13 m] y un diámetro de pulgadas, lo que permite bajarla a través de tuberías de producción y cañerías de revestimiento de pulgadas (liners). Si bien la herramienta se puede bajar a través de la tubería de producción, no puede medir la resistividad de la formación a través de la tubería de producción, sino sólo a través de una sola sarta de revestimiento. La herramienta se puede utilizar en pozos con hasta 70 de desviación, utilizando un centralizador adicional, o incluso horizontalmente, utilizando separadores con propiedades aislantes. Cada juego de electrodos consta de tres placas 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 insuficiente en alguno de los electrodos, o en el caso de que un electrodo esté ubicado frente a un collar de revestimiento o un disparo. Un collar de revestimiento típico tiene una longitud de aproximadamente 2 pies, la misma distancia que separa cada juego de electrodos, y puede afectar la medición de CHFR. Los collares pueden aparecer como espigas en la curva de impedancia del revestimiento. Cuando una estación de la herramienta CHFR abarca o se superpone con un collar de revestimiento, la suma de espesores del acero puede afectar la medición de resistividad. En algunos casos, se ha minimizado el efecto del collar de revestimiento mediante una segunda carrera con una frecuencia de operación menor. Los pequeños electrodos de voltaje ubicados en la sonda están diseñados para atravesar pequeñas cantidades de incrustaciones y corrosión del revestimiento, a fin de establecer un buen contacto eléctrico con el revestimiento, lo cual es esencial para la medición de CHFR. La herramienta asciende por el pozo con los brazos de electrodos extendidos para mejorar el contacto con el revestimiento. El diseño de tres electrodos por nivel proporciona redundancia, de modo que pocas mediciones se han perdido a causa de fallas en un electrodo. > Elementos y módulos de la herramienta CHFR. 6 Oilfield Review

10 10 1 Respuesta de la invasión a la medición de CHFR R t = 10 ohm-m R xo = 1 ohm-m R sh = 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 Profundidad de investigación (DOI, por sus siglas en inglés) de la herramienta CHFR. La profundidad de investigación se define como el punto en el cual la mitad de las señales proviene de la zona invadida y la mitad de la zona virgen (J = 0.5). Para los parámetros de formación que se muestran zona virgen R t =10 ohm-m, zona invadida R xo =1 ohm-m, y capas adyacentes R sh =100 ohm-m la profundidad de investigación de la herramienta CHFR es aproximadamente 16 pies [5 m]. La profundidad de investigación de la herramienta CHFR, como la de todas las herramientas de lateroperfil, se ve afectada por la resistividad de las capas adyacentes. > DOI = 16.3 pies Profundidad de invasión, pies No hay correlación entre la calidad del contacto y la edad del pozo. Hasta la fecha, sólo 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 operación, mientras que en los otros tres, no fue posible un buen contacto eléctrico debido a la acumulación de incrustaciones en el revestimiento o corrosión del mismo. La calidad del contacto eléctrico está dada por las mediciones de impedancia de inyección y de resistencia del revestimiento. Antes de utilizar la herramienta CHFR, es recomendable efectuar un acondicionamiento preliminar del revestimiento para mejorar el contacto eléctrico, particularmente en pozos corroídos o cuando hay incrustaciones provocadas por la producción de agua. La preparación previa puede incluir una carrera con una barrena y un raspador flexible para remover la corrosión 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 tubería de producción y preparar el revestimiento antes de bajar la herramienta CHFR para reducir el riesgo de un contacto eléctrico pobre. La frecuencia de operación de la herramienta CHFR puede variar de 0.25 a 10 Hz, pero normalmente se mantiene en 1 Hz. Se necesita esta baja frecuencia para evitar la polarización y deriva que acompañan el uso de corriente CC y también el efecto skin del revestimiento que, dependiendo del espesor del revestimiento por lo general de 5 a 15 mm [0.2 a 0.6 pulgadas] puede convertirse en una preocupación, incluso a bajas frecuencias de CA. Cuando la frecuencia de operación es demasiado alta, la corriente inyectada se concentra en la parte interna del revestimiento y volverá directamente a la superficie durante la etapa de medición, sin descender primero. En estas circunstancias, no habrá corriente de formación y, por consiguiente, no habrá medición. La medición 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 duplicación del canal de adquisición principal hace posible obtener dos mediciones de resistividad, a 2 pies de distancia entre sí en cada estación de profundidad. La medición se efectúa con la herramienta estacionaria, por dos motivos. Primero, la magnitud de las cantidades medidas es muy pequeña y, por lo tanto, muy sensible al error. Segundo, el movimiento de los electrodos a lo largo del revestimiento introduce un nivel de ruido significativo; hasta 10 4 veces mayor que el de la señal de la formación. En el mejor de los casos, esto lleva a gruesos errores en el cálculo de la resistividad de la formación; en el peor de los casos, hace que sea imposible obtener mediciones confiables. Los tiempos de cada estación, incluida la calibración en el fondo del pozo, varían de dos a cinco minutos, dependiendo de la resistividad de la formación estimada, la precisión deseada y las propiedades del revestimiento. Las estaciones de dos minutos proporcionan una velocidad de adquisición de registros equivalente a 120 pies/hr [37 m/hr]. Una carrera de registros típica, 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 estación de la herramienta CHFR mejoran la precisión y amplían el rango de las resistividades medibles. Modelado de la respuesta de la herramienta Para herramientas de pozo abierto, la profundidad de investigación (DOI, por sus siglas en inglés) para una capa infinitamente espesa, se define como el punto en que la mitad de la señal proviene de la zona invadida y la otra mitad de la zona virgen. Con esta definición, la DOI de la herramienta CHFR tiene un rango de 7 a 37 pies [2 a 11 m], dependiendo de los parámetros de la formación (arriba). 2. Brondel D, Edwards R, Hayman A, Hill D, Mehta S y Semerad T: Corrosion in the Oil Industry, Oilfield 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 Remoción y prevención, Oilfield Review 11, no. 3 (Otoño de 1999): Verano de

11 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 características similares, tales como la curva de lectura profunda de la Sonda de Lateroperfil de Alta Resolución HRLA y las curvas de lecturas profundas de la Sonda de Lateroperfil Azimutal de Alta Resolución (HALS) (derecha). De manera similar a los lateroperfiles de pozo abierto, la herramienta CHFR mide las resistencias en series; por el contrario, las herramientas de inducción las miden en paralelo. En consecuencia, la medición 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 formación (página siguiente, arriba). En la medición de CHFR de pozo entubado, la capa de cemento cumple la misma función que la zona invadida en el pozo abierto. Por ello, los parámetros cruciales son el contraste entre las resistividades del cemento y la formación (R t /R cem ) y los espesores del cemento. Los resultados del modelado en 2D indican que el efecto del cemento en la medición de CHFR es insignificante en el caso de un cemento conductivo (R t /R cem mayor que 1), pero se hace significativo cuando se trata de un cemento de gran espesor o resistivo (R t /R cem menor que 1) (abajo). El modelado mostró 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 (página siguiente, abajo a la izquierda). Esto influyó en la decisión de fijar el límite más bajo del rango de resistividad de CHFR en 1 ohm-m. La medición en sitio de la resistividad del cemento no es posible, pero los estudios de laboratorio demuestran que la resistividad del cemento Resistividad, ohm-m Resistividad, ohm-m Resistividad, ohm-m Modelado de mediciones de CHFR Modelado de mediciones de HRLA Modelado de mediciones de HALS Profundidad, pies > Comparación de las respuestas computadas de las herramientas CHFR, HRLA y HALS para una formación sintética. El intervalo de profundidad entre 9280 y 9500 pies es representativo de una zona petrolífera, con una serie de capas resistivas invadidas (R t = 40 ohm-m, R xo = 4 ohm-m, radio de invasión de 20 pulgadas) de espesor variable y capas conductivas (1.5 a 2 ohm-m). El intervalo superior (9080 a 9250 pies) es característico de una zona de agua con capas conductivas e invasión resistiva (R t entre 1.5 y 3 ohm-m, R xo = 10 ohm-m, radio de invasión de 20 pulgadas) en un ambiente resistivo (20 ohm-m). En la zona de agua, el factor K del registro CHFR se desplaza levemente. Obsérvese el efecto insignificante (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 R CHFR/C (púrpura), en comparación con el registro calculado sin la presencia de cemento (curva en rojo sólido). < Modelos que muestran el efecto de la resistividad del cemento u otro material entre el revestimiento y la formación, en la respuesta de resistividad aparente de CHFR. El cemento de baja resistividad (izquierda) casi no tiene efecto en la medición de una formación de alta resistividad. La capa resistiva está a 500 pies [152 m] por sobre la zapata de un revestimiento de unos 10,000 pies [3048 m] de longitud y pulgadas de diámetro. En la situación inversa (derecha), la medición de la resistividad se ve afectada significativamente donde hay cemento de alta resistividad frente a una formación de baja resistividad. R t R xo R CHFR R CHFR/C R HRLA1 R HRLA2 R HRLA3 R HRLA4 R HRLA5 R HRLS R HRLD R HLLS R HLLD Resistividad, ohm-m 10 1 R t teórica Sin cemento 0.75 pulg R cem = 0.1 ohm-m 1.5 pulg R cem = 0.1 ohm-m 3 pulg R cem = 0.1 ohm-m Resistividad, ohm-m 10 1 R t teórica Sin cemento 0.75 pulg R cem = 1 ohm-m 1.5 pulg R cem = 1 ohm-m 3 pulg R cem = 1 ohm-m 0.75 pulg R cem = 10 ohm-m 1.5 pulg R cem = 10 ohm-m 3 pulg R cem = 10 ohm-m Profundidad, pies Profundidad, pies 8 Oilfield Review

12 Zona invadida o cemento Zona virgen Agujero o revestimiento Herramienta de registros R m R xo R m R t R xo Respuesta de las herramientas de inducción; en paralelo R t Respuesta de las herramientas de lateroperfil y CHFR; en serie > Diferencia entre las respuestas de las herramientas CHFR o de lateroperfil y las herramientas de inducción. Los dispositivos de lateroperfil, incluida la herramienta CHFR, miden las resistencias del pozo y la formación en serie, mientras que los de inducción miden estas resistencias en paralelo. varía por lo general entre 1 y 10 ohm-m. 3 Además, el cemento tiene una microporosidad de cerca de 35% que permite que el agua del cemento intercambie iones con el agua de la formación. El agua de alta salinidad de la formación puede reducir la resistividad del cemento y minimizar su efecto. Los resultados del modelado se han utilizado para desarrollar gráficas de sensitividad del cemento para revestimientos de 4 1 2, 7 y pulgadas de diámetro externo (abajo a la derecha). Para los valores típicos de espesor y resistividad del cemento (por ejemplo, 0.75 pulgadas, y entre 1 y 5 ohm-m respectivamente) y dentro del rango de medición de resistividad de CHFR (1 a 100 ohm-m), el error debido al cemento es de menos del 10%. En más de un 95% de los trabajos de adquisición de registros de CHFR no se ha requerido corrección por cemento. Hay dos factores adicionales relacionados con el cemento, cuyos efectos en la resistividad de formación 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 medición en sitio de la resistividad del cemento actualmente no es posible. El segundo factor es el efecto de la calidad del trabajo de cementación. En este caso, se re- 3. Klein JD, Martin PR y Miller AE: Cement Resistivity and Implications for Measurement of Formation Resistivity Through Casing, artículo de la SPE 26453, presentado en la Conferencia y Exhibición Técnica Anual de la SPE, Houston, Texas, EUA, Octubre 3-6, Klein JD y Martin PR: The Electrical Resistivity of Cement, Final Report, Gas Research Institute Report GRI-94/0273 (1994). 120 Efecto del cemento en las mediciones de CHFR 1.6 Gráfica de sensibilidad de lecturas de CHFR al cemento (revestimiento de 7 pulgadas) Error relativo en las lecturas de CHFR, % R cem ohm-m R t /R CHFR Sin cemento 0.5 pulgadas 0.75 pulgadas 1.5 pulgadas 3 pulgadas 5 pulgadas Resistividad de la formación, ohm-m > Error relativo en la medición de la resistividad de la formación debido a la resistividad del cemento. Para un revestimiento de 7 pulgadas de diámetro, una capa de cemento de resistividad igual a 0.75 ohm-m y formación cuya resistividad es menor a 1 ohm-m, el efecto del cemento es cada vez mayor. Por esta razón, se recomienda aplicar la herramienta CHFR en formaciones cuyas resistividades excedan 1.0 ohm-m R CHFR /R cem > Gráfica de sensibilidad de las mediciones de CHFR al cemento para un revestimiento de 7 pulgadas de diámetro externo. De manera similar a las gráficas de corrección para registros de lateroperfil de pozo abierto, esta gráfica muestra el coeficiente de corrección como una función del contraste de resistividad aparente R CHFR /R cem, para valores típicos de espesor de cemento. Verano de

13 Resistencia del revestimiento, Carrera 1 0 µohm 100 Resistencia del revestimiento, Carrera 2 0 µohm 100 Espesor del revestimiento 0 pulgadas 0.5 Profundidad, m Lateroperfil profundo de pozo abierto 1 ohm-m 1000 Resistividad de CHFR, Carrera 1 1 ohm-m 1000 Resistividad de CHFR, Carrera 2 1 ohm-m 1000 Imagen USI del Cemento > 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. También es visible en la imagen de cemento un canal en el revestimiento producido por el cable eléctrico. 10 Oilfield Review

14 Resistencia del segmento del revestimiento 0 ohm Rayos gamma 0 API 100 CCL Profundidad, m Resistividad aparente de CHFR 1 ohm-m 1000 Lateroperfil profundo de Platform Express 1 ohm-m 1000 Densidad 1.95 g/cm Porosidad de neutrones 0.45 m 3 /m > Gran coincidencia entre el registro CHFR y las mediciones de lateroperfil profundo de la sonda Platform Express obtenidas a pozo abierto (Carril 2), en la sección inferior de un pozo de gas en Austria. La coincidencia entre ambos registros es bastante alta. En el Carril 3, la densidad de la formación y la porosidad de neutrones muestra el cruce típico observado frente a las zonas de gas (sombreado). comienda que la calidad del cemento se evalúe utilizando la herramienta de Adherencia del Cemento CBT, la herramienta de Evaluación de la Cementación CET, o la herramienta de Imágenes Ultrasónicas USI. El espesor del cemento se puede calcular de manera aproximada a partir del calibre de pozo abierto y el tamaño 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 años de separación, con los registros de lateroperfil originales de pozo abierto adquiridos 30 años antes (página anterior). Los resultados de campo, tanto en los pozos viejos (30 años) como en los nuevos (9 días), no mostraron efectos notables causados por el cemento. Repetibilidad, confiabilidad y límites de la medición Los registros de campo de la herramienta CHFR han demostrado que la medición es repetible y comparable con la resistividad de la formación de pozo abierto registrada en el momento de la perforación. Los datos CHFR han identificado con claridad zonas vírgenes, agotadas y no barridas. Debido a problemas en el pozo, no se pudo obtener un registro de resistividad de pozo abierto en una sección intermedia de un pozo de gas en Austria, perforado por Rohoel Aufsuchungs AG (RAG), antes de asentar un revestimiento de 7 pulgadas. La perforación continuó en la zona más profunda y, después que se obtuvieron los registros de resistividad, se bajó una cañería de revestimiento de pulgadas de diámetro. Tras ello, la herramienta CHFR se corrió en ambas secciones (arriba). La coincidencia entre el lateroperfil profundo de la sonda Platform Express y la resistividad de CHFR en la sección inferior proporcionó un alto grado de confianza en la medición de CHFR, lo que permitió a RAG evaluar la sección intermedia sin realizar otras pruebas. (continuación en la página 14) Verano de

15 Historia de la medición de la resistividad en pozos entubados Medir la resistividad detrás del revestimiento ha sido por mucho tiempo un sueño en el campo petrolero. En la década de 1930, poco después de que Conrad y Marcel Schlumberger introdujeran los primeros registros eléctricos de pozo abierto, la industria reconoció la necesidad de una medición equivalente en pozos entubados para evaluar zonas productivas previamente inadvertidas y monitorear la producción en los miles de pozos completados antes de la llegada de la adquisición de registros. Para obtener la resistividad detrás del revestimiento, es necesario medir la corriente que se fuga a través del revestimiento de acero hacia la formación adyacente. Aunque en teoría esto es relativamente simple, resulta extremadamente difícil en la práctica debido al enorme contraste entre las propiedades electromagnéticas del acero y las formaciones geológicas. El revestimiento de acero tiene de 10 7 a más conductividad que las formaciones del subsuelo y posee una permeabilidad magnética 10 a 200 veces mayor. El efecto neto de este amplio rango dinámico es que la señal débil de la formación queda enmascarada por la señal del revestimiento que es mucho mayor. Durante los últimos 60 años, se han emitido numerosas patentes para teorías, métodos y aparatos diseñados para medir y obtener la resistividad de la formación para pozos entubados. Entre estas patentes se encuentran propuestas de métodos galvánicos electrodos o lateloperfiles así como también métodos de inducción. 1 Muchos de los métodos propuestos no logran reconocer y contrapesar una cantidad de factores que afectan la medición. Entre ellos se incluyen el espaciado óptimo 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 formación es una pequeña fracción de 1. Entre los ejemplos de métodos galvánicos 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 (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 fabricación, composición química, corrosión y fracturas. En teoría, algunos de los métodos propuestos podrían producir datos válidos. Sin embargo, la extremadamente baja relación señal-ruido y la limitación de la tecnología disponible en el momento en que se otorgaron estas patentes hacía prácticamente imposible medir de manera precisa la casi imperceptible señal de nanovoltios de la formación. Hasta la fecha, sólo los métodos con electrodos han demostrado ser factibles. Los principios básicos de la medición se propusieron independientemente en una patente otorgada por la URSS a Alpin en 1939 y una patente otorgada a Stewart por los EUA en En 1972, una patente otorgada por Francia propuso un diseño de seis electrodos, utilizando una medición de dos etapas que se aproxima mucho a la utilizada por la primera herramienta de demostración, desarrollada por Vail, casi 20 años después. 3 No fue sino hasta principios de la década de 1990 que los avances en la tecnología de dispositivos electrónicos permitió el desarrollo de esta herramienta operada a cable eléctrico. A fines de la década de 1980, ParaMagnetic Logging (PML) diseñó el montaje y los métodos de adquisición que tuvieron como resultado su primera herramienta de demostración. 4 Durante el mismo período, Alexander Kaufman, trabajando independientemente, logró una solución similar a la de Vail. 5 Los estudios iniciales de factibilidad, el desarrollo de la herramienta y la evaluación del cemento estuvieron respaldados y financiados por un grupo diverso que incluía empresas operadoras, empresas de servicios, el departamento de Energía de los Estados Unidos de Norteamérica (DOE, por sus siglas en inglés), 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). Protección del Ambiente de los EUA y el Instituto de Investigación del Gas (GRI, por sus siglas en inglés, ahora conocido como Instituto de Tecnología del Gas, GTI). 6 Los primeros registros experimentales de la herramienta PML obtenidos en 1992 probaron el concepto de medición y demostraron varios puntos de importancia. 7 En primer lugar, las mediciones confirmaron la teoría de operación y los datos obtenidos, por lo general, reproducían las características del lateroperfil 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 parecía afectar la medición. Finalmente, la resolución vertical era de varios espaciamientos entre electrodos. La primera prueba exitosa en un campo petrolífero tuvo lugar en el pozo de investigación MWX-2 del DOE en Rifle, Colorado, EUA, en En esta prueba se utilizó un diseño perfeccionado de la herramienta PML. 8 En 1995, Western Atlas comenzó el desarrollo de una herramienta comercial en conjunto con el GRI y, dos años más tarde, adquirió PML y su tecnología. 9 La herramienta de Resistividad a través del Revestimiento (TCRT, por sus siglas en inglés) de Baker Atlas es en la actualidad un prototipo en etapa de pruebas de campo. 10 El interés de Schlumberger en los registros de resistividad de pozos entubados fue una consecuencia natural del desarrollo de la herramienta de Evaluación de la Corrosión CPET. Esta herramienta aplica cuatro niveles de electrodos al revestimiento para medir su resistencia y corriente. La investigación comenzó a fines de la década de 1980 en Schlumberger-Doll Research (SDR), Ridgefield, Connecticut, EUA, y en 1992 se inició un proyecto sobre medición de la resistividad de la formación en pozos entubados, en el Centro de Productos Riboud de Schlumberger Entre los ejemplos de métodos de inducción 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 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 Académicas Superiores, Petróleo y Gas) no. 7 (1987): (en Ruso). 12 Oilfield Review

16 > Primer plano de los electrodos de medición de la herramienta CHFR. (SRPC, por sus siglas en inglés) en Clamart, Francia. En 1995, el equipo del proyecto de SRPC evaluó la tecnología de PML en relación con sus propias iniciativas de diseño y escogió continuar el desarrollo de la tecnología para medir la Resistividad de la Formación en Pozo Entubado CHFR de Schlumberger. A través de un intenso esfuerzo de investigación e ingeniería se desarrollaron nuevos dispositivos electrónicos y métodos de procesamiento de señales, así como también métodos para suministrar energía 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 En 1998, se introdujo una herramienta experimental de segunda generación, utilizando un diseño de dos canales. Los prototipos de ingeniería y herramientas comerciales creados posteriormente emplean este diseño de dos canales. 11 Con el servicio CHFR, se han obtenido con éxito registros en más de 100 pozos en todo el mundo, y la producción de esta herramienta está incrementándose para satisfacer la creciente demanda mundial (izquierda). La herramienta CHFR proporciona una medición que investiga una mayor profundidad con respecto a lo que se logra con el monitoreo convencional de saturación de pozos entubados con herramientas nucleares. Mientras las mediciones de CHFR leen hasta unos 2 m [6.6 pies] dentro de la formación, las mediciones nucleares penetran sólo unos 25 cm [10 pulgadas]. A diferencia de las mediciones nucleares, la medición de la resistividad de la herramienta CHFR puede efectuarse en zonas de baja porosidad de la formación o baja salinidad del fluido de formación, y permite una comparación fácil y directa con los registros de resistividad de pozo abierto. 4. Vail, referencia Kaufman, referencia 1. Kaufman AA: The Electrical Field in a Borehole with a Casing, Geophysics 55, no. 1 (1990): Kaufman AA y Wightman WE: A Transmission-Line Model for Electrical Logging Through Casing, Geophysics 58, no. 12 (1993): Schenkel CJ y Morrison HF: Effects of Well Casing on Potential Field Measurements Using Downhole Current Sources, Geophysical Prospecting 38 (1990): 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): 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, Peveraro RCA y Klein JD: Formation Resistivity Measurements Through Metal Casing, Transcripciones del 34 Simposio Anual sobre Registros de la SPWLA, Calgary, Alberta, Canadá. Junio 13-16, 1993, artículo F. 8. Vail WB, Momii ST y Dewan JT: Through Casing Resistivity Measurements and Their Interpretation for Hydrocarbon Saturations, artículo de la SPE 30582, presentado en la Conferencia y Exhibición Técnica Anual de la SPE, Dallas, Texas, EUA. Octubre 22-25, Vail WB, Momii ST, Haines H, Gould JF Jr y Kennedy WD: Formation Resistivity Measurements Through Metal Casing at the MWX-2 Well in Rifle, Colorado, Transcripciones del 36 Simposio Anual sobre Registros de la SPWLA, París, Francia. Junio 26-29, 1995, artículo Tabarovsky LA, Cram ME, Tamarchenko TV, Strack K-M y Singer BS: Through-Casing Resistivity (TCR Physics, Resolution and 3-D Effects, Transcripciones del 35 Simposio Anual sobre Registros de la SPWLA, Tulsa, Oklahoma, EUA. Junio 19-22, 1994, artículo TT. Singer BS, Fanini 0, Strack K-M, Tabarovsky LA y Zhang X: Through-Casing Resistivity: 2-D and 3-D Distortions and Correction Techniques, Transcripciones del 36 Simposio Anual sobre Registros de la SPWLA, París, Francia. Junio 26-29, 1995, artículo PP. Singer BS, Fanini 0, Strack K-M, Tabarovsky LA y Zhang X: Measurement of Formation Resistivity Through Steel Casing, artículo de la SPE 30628, presentado en la Conferencia y Exhibición Técnica Anual de la SPE, Dallas, Texas, EUA. Octubre 22-25, Maurer H-M, Fanini 0 y Strack K-M: GRI Pursues Goal of Commercial Through-Casing Resistivity Measurement, Gas Research Institute Gas Tips 2, no. 2 (1996): Singer BS y Strack K-M: New Aspects of Through- Casing Resistivity Theory, Geophysics 63, no. 1 (1998): Maurer HM y Hunziker J: Early Results of Through Casing Resistivity Field Tests, Petrophysics 41, no. 4 (2000): Wu X y Habashy TM: Influence of the Steel Casings on Electromagnetic Signals, Geophysics 59, no. 2 (1994): Béguin P, Benimeli D, Boyd A, Dubourg I, Ferreira A, McDougall A, Rouault G y VanderWal P: Recent Progress on Formation Resistivity Measurement Through Casing, Transcripciones del 41 Simposio Anual sobre Registros de la SPWLA, Dallas, Texas, EUA. Junio 4-7, 2000, artículo CC. Verano de

17 Rayos gamma 0 API 100 Resistencia del segmento del revestimiento 0 ohm Repetición de la resistencia del segmento del revestimiento Profundidad, m Resistividad aparente de CHFR 1 ohm-m 1000 Repetición de la resistividad aparente de CHFR 0 ohm ohm-m > Excelente repetibilidad de la medición de CHFR (Carril 2) en una sección más somera del mismo pozo de Austria. Una segunda carrera efectuada sobre el intervalo entre 1220 y 1250 m ilustra la excelente repetibilidad de la medición (arriba). Debido a la física de la medición y a la profundidad de investigación, la resistividad de CHFR no se ve afectada por los derrumbes del pozo. Un ejemplo tomado de Medio Oriente muestra cómo la herramienta CHFR lee de manera confiable las resistividades, incluso en los pozos agrandados (página siguiente). La herramienta CHFR mide un rango de resistividad de 1 a 100 ohm-m con un ±10% de precisión. El límite inferior de 1 ohm-m está fijado por la influencia del cemento. El límite superior de 100 ohm-m está fijado por la relación señal-ruido y el tiempo aceptable por estación. Dependiendo del diámetro, el espesor y el peso del revestimiento, y de la distancia a la zapata del revestimiento, el límite superior real puede ser mayor a 100 ohm-m. La planificación previa al trabajo puede determinar si las propiedades del yacimiento son adecuadas para la utilización de la herramienta CHFR, así como la relación entre la máxima resistividad medible de la formación y el tiempo de adquisición de la estación requeridos para lograr la precisión y exactitud deseadas. 14 Oilfield Review

18 Resistividad de CHFR 0.2 ohm-m 2000 R xo 0.2 ohm-m 2000 Calibre 6 pulgadas 16 Rayos gamma Profundidad, pies Lateroperfil somero de Platform Express 0.2 ohm-m 2000 Lateroperfil profundo de Platform Express Porosidad de neutrones 0.6 pies 3 /pies 3 0 Tiempo de tránsito 0 API ohm-m µseg/pies 40 X400 X450 X500 X550 Derrumbe X600 > Comparación 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 diámetro del pozo cercano a las 16 pulgadas [41 cm]. En el Carril 2, la resistividad de CHFR (círculos abiertos de trazo negro) se superpone al lateroperfil 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 tránsito) se ven afectados de manera significativa. Verano de

19 Rayos gamma 0 API 150 Corriente de la formación 0 µa/cm Voltaje µohm/m Corriente total 7 µa/cm 2 8 Profundidad en m Resistividad de CHFR recalculada utilizando voltaje 0.1 ohm-m Resistividad de CHFR corregida por cemento ohm-m Resistividad de CHFR ohm-m 100 Resistividad del pozo abierto 0.1 ohm-m 100 XX30 Revestidor de 7 pulgadas XX50 Cañería de revestimiento de 4 1 /2 pulgadas XX70 > Comparación del procesamiento de las lecturas de CHFR con y sin medición de voltaje y corrección por cemento en un pozo marino de Medio Oriente. La corrección por cemento se vuelve muy pequeña por encima de los 1.5 ohm-m e insignificante sobre los 3.0 ohm-m, como lo indica la superposición de las líneas amarillas y rojas (Carril 2). El recuadro muestra la menor corriente por encima de la tubería de revestimiento de pulgadas, debido al contacto eléctrico insuficiente entre las tuberías de 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 adquisición completa de datos y la corrección por la presencia del cemento para ampliar los límites de operación de la herramienta CHFR (arriba). La observación de otros datos del campo indicó que la distribución de la corriente aplicada al revestimiento en este pozo, varió significativamente respecto del modelado de las mediciones CHFR: el componente descendente de la corriente aplicada fue mucho mayor que el componente ascendente. Esta situación podía atribuirse al contacto eléctrico insuficiente entre la tubería de revestimiento de pulgadas y el revestidor de 7 pulgadas, por encima del punto de inyección, lo que impedía que la corriente fluyera hacia abajo por el trayecto esperado para un revestimiento homogéneo. Un contacto eléctrico insuficiente entre las secciones del revestimiento puede provocar un error significativo en el cálculo de la resistividad de CHFR, particularmente cuando el voltaje se estima en lugar de medirse. En este caso, la medición de voltaje de CC se había obtenido en la misma carrera de la herramienta y se pudo incluir en el nuevo cálculo de la resistividad de CHFR. Los resultados del nuevo cálculo están más cercanos a los datos del pozo abierto, pero aún son altos. En la zona acuífera, entre XX45 y XX70 m, la resistividad del pozo abierto está en el rango de 0.2 a 0.3 ohm-m, bastante por debajo del rango normal de funcionamiento de la herramienta CHFR. Se sabe que la resistividad del cemento está dentro del rango aceptable. Sin embargo, frente a estas bajas resistividades de formación, no se puede ignorar la influencia del cemento en las mediciones de CHFR. Se calculó una corrección 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 resistividades de CHFR resultantes ahora coinciden con los datos del pozo abierto sobre este intervalo, el que inicialmente se había pensado que estaba fuera del rango operativo de la herramienta CHFR. Además de las restricciones respecto de la resistividad de la formación y del cemento, la resolución vertical de las mediciones de CHFR tiene algunas limitaciones. La resolución vertical es una función del espaciamiento de los electrodos de voltaje. El valor de 4 pies [1.2 m] representa el espesor mínimo de la capa para que la lectura sea correcta en la mitad de ella. Se puede localizar un contacto agua-petróleo (CAP) a ±1 pies, incluso con un espaciamiento de estación de 2 pies. La profundidad de investigación es de 7 a 37 pies [2 a 11 m], prácticamente ilimitada en comparación con los estándares de la mayoría de las herramientas de registros operadas a cable. Varía levemente con el contraste entre la resistividad de la formación y del cemento. 16 Oilfield Review

20 Aplicaciones Las aplicaciones básicas para las mediciones de resistividad en pozos entubados fueron reconocidas en la década de 1930, y abarcan: la adquisición de registros primarios, la adquisición de registros de contingencia, la identificación de zonas productivas previamente inadvertidas y el monitoreo del yacimiento. Registros primarios La adquisición de registros primarios es una decisión planificada de reemplazar todos o la mayor parte de los servicios de pozo abierto con mediciones de pozo entubado. Esta decisión se origina en un deseo de reducir riesgos asociados con la inestabilidad del pozo o malas condiciones para la adquisición de registros, o quizás para mejorar los aspectos económicos. Por ejemplo, en un campo en explotación donde la geología ya ha sido bien caracterizada a través de pozos existentes, una combinación 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 Saturación del Yacimiento RST para estimar la porosidad, pueden proporcionar un análisis completo de la saturación de la formación. Registros de contingencia Este tipo de registros es apropiado para situaciones no planificadas en las cuales las condiciones del pozo abierto, tales como la inestabilidad del hueco o la falla de la herramienta impiden la adquisición 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 adquisición de registros durante la perforación (LWD, por sus siglas en inglés) fallaron y no había otros registros de pozo abierto disponibles. Sin la evaluación proporcionada por la herramienta CHFR, el operador podría haber abandonado el pozo. En otro caso, las condiciones del pozo impedían la adquisición de registros de pozo abierto; sin la evaluación del pozo entubado proporcionada por la herramienta CHFR, el operador habría tenido que perforar otro pozo para realizar una evaluación 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 detrás del revestimiento. Identificación de zonas productivas previamente inadvertidas Estas zonas constituyen un porcentaje significativo de las reservas potenciales en muchos campos petrolíferos. Esta categoría incluye no sólo zonas que fueron inadvertidas o que fueron mal identificadas, sino las que fueron deliberadamente inadvertidas y otras que han Rayos gamma 0 API 200 Profundidad, m X750 X800 X850 X900 Densidad volumétrica 1.65 g/cm Lateroperfil profundo de pozo abierto 0.2 ohm-m 200 Lateroperfil somero de pozo abierto 0.2 ohm-m 200 Resistividad de MSFL 0.2 ohm-m 200 Resistividad de CHFR 0.2 ohm-m 200 > Zona productiva previamente inadvertida. En este pozo de Indonesia, el lateroperfil del pozo abierto subestimó la resistividad debido a una invasión 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 después de la perforación, sugirió que esta misma zona contenía hidrocarburos. Tras ello, el intervalo fue completado y puesto en producción. experimentado resaturación después de años de producción. En estos casos, los pozos pueden haber sido perforados antes de la disponibilidad de herramientas de adquisición de registros de pozos o herramientas modernas. La evaluación del pozo entubado facilita la identificación de estas zonas y permite la estimación de reservas adicionales. La invasión profunda a veces oculta zonas productivas. El registro lateroperfil de un pozo de Indonesia fue intensamente afectado por la invasión y se subestimó la resistividad (arriba). Puesto que la separación de las curvas entre los X725 y X950 pies sugería una zona húmeda, ésta no fue perforada. Poco tiempo después de terminar el pozo, éste producía cerca de un 100% de agua de las zonas más profundas y el pozo fue cerrado. Unos cuantos meses después, una vez que el lodo filtrado tuvo tiempo de dispersarse, un registro de CHFR indicó que esta zona en realidad sí contenía hidrocarburos. La zona fue completada en base a la interpretación del registro de CHFR y quedó produciendo petróleo a una tasa de 200 bppd [32 m 3 /d]. Monitoreo del yacimiento El monitoreo del yacimiento consiste en la adquisición de registros por lapsos de tiempo adquisición de registros en distintos momentos para hacer un seguimiento de los cambios en la saturación de los fluidos y monitorear la posición de los contactos de los mismos durante la producción y los proyectos de inyección de agua. Esta técnica ha sido exitosa en otro pozo de Indonesia, en donde el registro de CHFR mostró un contacto aguapetróleo inesperado a 12 pies [3.5 m] por debajo Verano de