Metodología para la evaluación de pozos petroleros en la región de Kansas, Estados Unidos.

Transcripción

1 Tlamati Sabiduría, Volumen 7 Número Especial 2 (2016) 4 Encuentro de Jóvenes Investigadores CONACYT Acapulco, Guerrero 21, 21 y 23 de septiembre 2016 Memorias Metodología para la evaluación de pozos petroleros en la región de Kansas, Estados Unidos. María Alicia Díaz García (Becario) Unidad Académica de Ciencias de la Tierra de la UAGro. Programa de Verano AMC alicia_o_1994@hotmail.com Área en la que participa: I Físico-Matemáticas y Ciencias de la Tierra Dr. Enrique Coconi Morales (Asesor) Investigador del Instituto Mexicano del Petróleo. ecoconi@imp.mx Resumen En las últimas décadas a nivel mundial la obtención de hidrocarburos ha sido de gran relevancia, esto debido a las necesidades de la humanidad que día con día incrementan. Uno de los grandes campos petroleros productores en Norteamérica se encuentra ubicado en el estado de Kansas, Estados Unidos, es por ello que este proyecto de investigación, se enfoca a la re caracterización petrofísica de dos de los pozos pertenecientes al Campo Irvin, ubicado en el condado de Ellis, en el estado antes mencionado, esto se realizó a través de la integración de Registros Geofísicos de Pozo (RGP), en conjunto con los datos geológicos del área proporcionados por el Servicio Geológico de Kansas, con la finalidad de conocer un aproximado de cuánto potencial de extracción le queda al Campo Irvin. Palabras Clave: Registros geofísicos de Pozo, Hidrocarburos, Re caracterización, Campo Irvin.

2 Introducción 4 Encuentro de Jóvenes Investigadores CONACYT Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016 A través de los años, la humanidad va requiriendo de servicios, materias primas y herramientas para poder mantenerse e ir avanzando como sociedad, es por ello que las naciones y sobre todo las industrias petroleras se han visto a la necesidad de conseguir lo esencial para proveerlos los hidrocarburos. Es por ello que el hombre se las ha ingeniado y creado técnicas que le permitan obtener tan preciado oro negro, para esto se tiene que conocer el subsuelo, y para ello cuentan con los Registros Geofísicos de Pozo (RGP). Los RGP se definen como una herramienta que mide a profundidad propiedades petrofísicas del subsuelo, (e.g porosidad, densidad, permeabilidad resistividad, entre otras). Los primeros trabajos en el desarrollo de los RGP se dieron por los hermanos Schlumberger en (Ruíz-Martínez, 2012). Desde entonces los RGP han experimentado un gran avance científico y tecnológico, así como también las metodologías para su interpretación y obtención de resultados ha evolucionado de manera notoria, haciéndolos así una herramienta poderosa, útil y esencial en el proceso de caracterización de un yacimiento de interés petrolífero y en la evaluación de reservas, es ahí su importancia, ya que en conjunto con un buen análisis pueden lograr resultados muy satisfactorios en el ámbito de interés petrolero. Existen gran variedad de RGP, pero los más comunes (y utilizados para la realización de este proyecto), son los siguientes: Rayos Gamma, Potencial Espontáneo, Sónico, Densidad, entre otros (véase la Figura 1). Todos ellos en conjunto con información geológica, sísmica y de núcleos, generan la caracterización y evaluación de los yacimientos petroleros. Es por ello que en este proyecto se presentan dos de los pozos pertenecientes al campo Irvin ubicado en el estado de Kansas, Estados Unidos, los cuales se trabajaron con la finalidad de re caracterizar el área para obtener una nueva evaluación sobre la cantidad de hidrocarburo que se encuentra en ella.

3 Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016) Figura 1. Diagrama de la clasificación de los principales Registros Geofísicos de Pozo (RGP) de acuerdo al tipo de principio que sigue cada herramienta. Fuente: Galicia-Andrés, 2014.

4 4 Encuentro de Jóvenes Investigadores CONACYT Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016 Área del Campo Irvin En la región Oeste de los Estados Unidos se encuentra ubicado uno de los estados más importantes económicamente del país, el estado de Kansas; que se divide en 105 condados, entre ellos el condado Ellis en el que se encuentra el campo Irvin (Kansas, 2016). El campo Irvin se localiza entre las coordenadas "N, "W a "N, "W y "N, "W a los "N, "W y tiene un área de km 2 (Kansas, 2016) (véase la Figura 2). Se han perforado 355 pozos en éste campo en total desde 1966 cuando comenzó la producción, caracterizados principalmente por ser productores de aceite. Para febrero del año 2016 se tenía un total de 12, 970, barriles de aceite acumulado, produciendo 6,734 barriles y el campo tenía 117 pozos activos (Kansas, 2016).

5 Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016) El Campo Irvin consta de más de 300 pozos, de los cuales ocho de ellos se decidió trabajar en este proyecto, pero solamente dos son los que se mostrarán en este escrito, los cuales son: Clayton Engle y G.E Riedel (véase la Figura 3). Figura 3. Ubicación de todos los pozos que constituyen al Campo Irvin. Los tres pozos que se trabajaron en este proyecto son los que se encuentran encerrados en los recuadros rojos. Fuente: KANSAS GEOLOGICAL SURVEY. Geología La geología juega un papel muy importante en el análisis, ya que en conjunto con los RGP, se determinan las bases y cimas de cada formación, así como la litología perteneciente a cada uno de los pozos, por lo que se puede deducir el por qué los registros registran determinadas señales. En el área de estudio se encuentran presentes entre 7 a 6 formaciones geológicas esto depende de la ubicación del pozo, a continuación se describen cada una de ellas de la más joven a la más antigua: 1.- Formación Sumner: Esta constituida en su mayor parte de calizas y dolomita, también cuenta en menor cantidad con arcilla, yeso y sal (Kansas, 2016). 2.- Formación Shawnee: Principalmente está constituida de lutita, cuenta con intercalaciones de caliza y lentes de arenisca (Kansas, 2016).

6 4 Encuentro de Jóvenes Investigadores CONACYT Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre Formación Lansing: Está constituida por caliza y lutita. Su contacto superior es discordante (Kansas, 2016). 4.- Formación Kansas City: Principalmente está constituida de calizas masivas y laminares, también cuenta con lutitas que cuentan con coloraciones negras, grises y amarillas (Kansas, 2016). 5.- Formación Marmaton: Está constituida únicamente por roca caliza y lutita (Kansas, 2016). 6.- Formación Arbuckle: Cuenta con pedernal en la parte superior, mientras que en la parte inferior cuenta con capas de arenisca en las cuales hay presencia de pirita y glauconita, así como también cuenta con una parte de calizas. Esta Formación cuenta con una excelente porosidad y permeabilidad (Kansas, 2016). Como se mencionaba, debido a que es un campo sumamente importante en el ámbito petrolero de los Estados Unidos, es que se conoce que la Formación Arbuckle es en la que se está extrayendo el hidrocarburo, por lo que con esta re caracterización se sabrá si aún es rentable para continuar extrayendo. Materiales y Métodos Para la realización del análisis de los pozos, se desarrolló una metodología en general (véase Figura 4 ), la cual consiste en tres pasos generales: Reconocimiento del área, procesamiento e interpretación. A continuación se describen de manera general en que consistió cada uno de ellos. Figura 4. Diagrama donde se muestra la metodología general para la re caracterización de los pozos pertenecientes al Campo Irvin. Fuente: Propia. Reconocimiento del área Este consta de la recopilación de información del área de estudio, en la cual se recabaron datos geológicos, los RGP y los trabajos previos a esta área, esto con la finalidad de buscar los pozos con los cuales se trabajaría, ya que estos deben de contar con determinada información para poder ser analizados de una manera más eficaz.

7 Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016) Procesamiento Este se realiza con el uso de software, el cual por cuestiones de confidencialidad no puede ser mencionado su nombre; en el cual se realiza una metodología predeterminada, la cual consta de catorce pasos a realizar (véase Figura 5 ), pero por cuestiones de falta de datos de núcleo es que sólo se realizaron trece, los cuales serán descritos uno a uno a continuación. Figura 5. Metodología que se sigue en la parte del Procesamiento, la cual consta de catorce pasos. Fuente: Propia. 1.- Carga de datos: Esta consta de subir los archivos LAS antes descargados al software, esto con la finalidad de observar si los registros vienen completos, y comenzar con la edición de ellos. 2.- Presentación de los registros: Consta de que los registros que contienen los archivos LAS comiencen a ser proyectados a manera de curvas en el software, lo que permite que sean ya visibles las propiedades físicas y petrofísicas a una profundidad, también ya se comenzarán a editar su escala, rango y otras propiedades como el color de cada registro. 3.- Cálculo de Temperatura: Aquí generamos la gráfica de temperatura, esto para controlar que la Temperatura de los datos vaya coincidiendo con la de los registros. 4.-Zonificación: Este paso es el más importante, debido a que aquí delimitan las cimas y bases de cada formación geológica presente en cada pozo, esto datos se obtuvieron en la recopilación de información, y en el transcurso de procesamiento de los datos se van a verificar. 5.- Cálculo del Volumen de Arcilla (VCL): Este paso es uno de los más importantes, ya que mediante ello determinamos que tan libre de arcilla se encuentra cada formación, lo que nos va indicando 6.- Definición de matriz (gráficas cruzadas): Consta de la creación de gráficas conocidas como Crossplots, donde a partir de dos variables (Neutrón-Densidad, Sónico-Densidad, Neutrón-

8 4 Encuentro de Jóvenes Investigadores CONACYT Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016 Sónico) es posible conocer la matriz definida (definición geofísica que determina abundancia de cierta roca en esa zona), la cual es aquella en la que se observe mayor concentración de datos en una de las rectas del diagrama según sea la que pertenece a esa parte del yacimiento, que son: arenisca, caliza o dolomita. 7.-Cálculo de la porosidad: Esta se obtiene mediante cálculos que realiza el software de las diferentes áreas delimitadas. 8.- Cálculo del exponente de cementación (m): Este se calcula dependiendo de la litología que el software vaya reconociendo, es por ello que este dato es predeterminado. 9.- Cálculo de Resistividad del agua de formación (Rw): El agua de formación es aquella que no está contaminada por el lodo de perforación ya que se encuentra en una zona verdadera. Este dato se requiere para el cálculo de saturaciones Determinación de la Saturación de Agua (Sw): Este parámetro es de gran importancia debido a que con este se determinará el cálculo de saturación de agua, por lo tanto la saturación de hidrocarburo, ya que estos dos se completan Cálculo del Volumen de Matriz (VMA): Este es importante ya que es el componente principal en la roca. Este el software lo determina mediante una ecuación que es en función de la toma de la roca de yacimiento como unidad, y toma como principales elementos: VCL y la porosidad. 12.-Determinación de la litología: Este pasó es uno de los más relevantes, debido a que aquí se crean los modelos de la litología específica que se quiere proyectar en cada una de las zonas Estimación de la permeabilidad (Calibración con datos de núcleo): Este paso se omitió debido a que no se contó con datos de núcleo Estimación de las Zonas de Paga: Este es de suma importancia ya que aquí se puede observar mediante gráficas y reportes la estimación de hidrocarburos que se encuentra en cada parte del pozo. Interpretación Esta es la parte final y más importante, debido a que se realiza un análisis de los resultados generados después de aplicar la secuencia en el software, lo que dará una aproximación de la cantidad de hidrocarburo con la que cuenta cada parte del pozo y por lo tanto cuál es la que cuenta con mayor potencial extracción. Resultados Los resultados obtenidos para el campo Irvin, del condado de Ellis, Kansas, fueron muy favorables ya que con los diversos resultados de los RGP y los Crossplots, se lograron generar registros compuestos, con un porcentaje mínimo de error, lo que muestra la litología exacta perteneciente a cada una de las áreas, lo que permite tener una mejor visualización de la composición del pozo, y por ende saber dónde son las áreas que cuentan con mayor hidrocarburo.

9 Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016) Para el pozo Clyton Engle se generaron siete Croosplots pertenecientes las zonas en las que se dividió, con estas gráficas se determinó la matriz de cada una de ellas, siendo esta en su mayoría calizas con presencia de lulitas (véase la Figura 6). También logró generar una imagen completa (véase la Figura 7), en la cual se pueden observar de izquierda a derecha, los RGP básicos, los compuestos, las curvas de error, así como también se logró de una manera muy favorable detectar la ubicación de zona de paga de este pozo, siendo esta la Formación Arbuckle (véase la Figura 8). En el reporte generado se obtuvo una cifra de 1.8 de saturación de hidrocarburo en la formación antes mencionada (véase la Figura 9). Figura 6. En esta imagen se observan los siete Crossplots conseguidos para el pozo de Clayton Engle. Donde se puede apreciar la tendencia de cada una de las zonas del pozo. Fuente: Propia.

10 4 Encuentro de Jóvenes Investigadores CONACYT Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016 Figura 7. En esta imagen se observan (de izquierda a derecha) los registros básicos, de Rayos Gamma, Resistividad y Densidad, en los siguientes trece carriles se muestran los registros compuestos, el carril nueve y diez muestran la litología, el once, doce y trece son las curvas en las que se observa que tanto error se generó con los datos, y por último en el catorce se encuentran las zonas de paga. Fuente: Propia. Figura 8. Esta imagen es un zoom a la zona de paga perteneciente a la Formación Arbuckle, en la cual aparecen de color rojo el hidrocarburo que se puede extraer, mientras que en verde es el hidrocarburo residual, por lo que se comprueba que existe un alto potencial de extracción en este pozo. Fuente: Propia.

11 Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016) Para el pozo G.E Riedel se generaron cinco Croosplots pertenecientes las zonas en las que se dividió, con estas gráficas se determinó la matriz de cada una de ellas (véase la Figura 10). se generó una imagen (véase la Figura 11 )en la cual se observan de izquierda a derecha, los RGP básicos, algunos de los compuestos, las curvas de error, y las zonas de paga en las cuales también se logra la comprobación de que la Formación Arbuckle es también la zona de paga de dicho pozo. En el reporte generado se obtuvo una cifra de 0.13 de saturación de hidrocarburo (véase la Figura. 12). Figura 9. Esta es una imagen del reporte de las zonas de paga, en donde PhiSo es la cantidad de hidrocarburo que se puede extraer, el cual la cantidad de este pozo es de 1.8 (se encuentra encerrado en el rectángulo rojo). Fuente: Propia.

12 Figura 10. En esta los cinco Crossplo el pozo de G.E puede apreciar la una de las zonas Propia. 4 Encuentro de Jóvenes Investigadores CONACYT Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016 Figura 11. En esta imagen se observan (de izquierda a derecha) los registros básicos, de Rayos Gamma, Resistividad y Densidad, en los siguientes tres carriles se muestran los registros compuestos, el carril siete y ocho muestran la litología, el nueve, diez y once son las curvas en las que se observa que tanto error se generó con los datos, y por último en el ce se encuentran las zonas de paga. Fuente: Propia.

13 Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016) Figura 12. Esta imagen es un zoom a la zona de paga perteneciente a la Formación Arbuckle, en la cual aparecen de color rojo el hidrocarburo que se puede extraer, mientras que en verde es el hidrocarburo residual, por lo que se comprueba que existe un potencial menor de extracción en este pozo que al del pozo Clayton Engle, Fuente: Propia. Figura 13. Esta es una imagen del reporte de las zonas de paga, en donde PhiSo es la cantidad de hidrocarburo que se puede extraer, el cual la cantidad de este pozo es de 0.13 (se encuentra encerrado en el rectángulo rojo). Fuente: Propia.

14 Discusión y conclusiones 4 Encuentro de Jóvenes Investigadores CONACYT Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016 Al analizar los resultados obtenidos de los dos pozos se observa y se confirma que la zona de paga es la Formación Arbuckle, la cual cuenta con una gran cantidad de hidrocarburo; el pozo Clayton Engle cuenta con una cifra de 1.8 de hidrocarburo extraíble, lo cual equivale a barriles; mientras que el pozo G.E Riedel cuenta con una cantidad de 0.13 de hidrocarburo extraíble lo cual equivale a barriles. La posible varianza en cada pozo se debe a la posible forma que tenga el yacimiento petrolífero, así como las formaciones geológicas que se encuentran en el pozo. Con lo anterior se concluye que la re caracterización por medio de los RGP de cada uno de los pozos fue exitosa, ya que se puede observar que aún la Formación Arbuckle cuenta con el potencial requerido de extracción de hidrocarburo, debido a que se pueden obtener alrededor de barriles en tan solo estos 2 pozos, de los 300 que conforman al Campo Irvin, en el Condado de Ellis, en Kansas, Estados Unidos. Agradecimientos Primeramente a la Academia Mexicana de Ciencias por permitirme ser becaria y participar en la edición número XXVI de la estancia de Verano de Investigación. A la Universidad Autónoma de Guerrero, por ofrecer la oportunidad de involucrarnos en el mundo de la investigación y abrirnos nuevas oportunidades en un futuro cercano para continuar nuestra preparación profesional. Al Dr. Enrique Coconi Morales por aceptarme como parte de su equipo de trabajo en el Instituto Mexicano del Petróleo, así como por brindarme su conocimiento acerca de la Geofísica, Resgistros de Pozo y todo acerca del ámbito petrolero, así como me brindó su tiempo y apoyo en la buena comprensión del tema. A mis compañeros y amigos Abisai, Karen, Valeria, Edy, César y Margarita por brindarme su punto de vista, su conocimiento y su orientación en esta travesía. Muchas gracias también al Dr. Velasquillo, que se portó de la forma más amable, brindó su conocimiento y aconsejó en esta estadía de Investigación. A la comunidad IMP por permitirme entrar a sus instalaciones para poder llevar a cabo esta estadía de verano de investigación. A mis padres y mi hermano, por sus consejos, sabiduría y apoyo incondicional en todo momento. Y a mí compañero, novio, mejor amigo y mayor crítico Emmanuel Escorcia Ocampo que me brindó su apoyo, me soportó y sobre todo me acompañó en esta nueva aventura magnífica que vivimos. A TODOS GRACIAS, SIN USTEDES NO HUBIERA VIVIDO UNA DE LAS MEJORES EXPERIENCIAS DE MI VIDA.

15 Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016) Referencias Galicia-Andrés, C. (2014). MODELO GEOLÓGICO DEL CAMPO SCHABEN, KANSAS A PARTIR DEL ANÁLISIS Y PROCESAMIENTO DE DATOS DE REGISTROS GEOFÍSICOS DE POZOS. D.F., MÉXICO. Hernández-Bernal, P. (2012). Guía de técnicas utilizadas en el procesado de muestras de canal para el anallsis bioestratlgrafico con nanofosiles calcáreos. Villahermosa, Tabasco, México: Sociedad Geológica Mexicana. Kansas, T. U. (Agosto de 2016). KANSAS GEOLOGICAL SURVEY. Obtenido de Ruíz-Martínez, M. A. (Marzo de 2012). DESARROLLO Y APLICACIONES DE LOS REGISTROS ACÚSTICOS. D.F., México. Sánchez-Corona, C. Y. (Marzo de 2012). EVOLUCIÓN DE LOS REGISTROS DE RESISTIVIDAD Y SU APLICACIÓN EN LA ESTIMACIÓN DE LA SATURACIÓN DE FLUIDOS (AGUA E HIDROCARBUROS). D.F, México.