Asociación de Ingenieros Petroleros de México (AIPM) Delegación Villahermosa Jornadas Técnicas 2012

Asociación de Ingenieros Petroleros de México (AIPM) Delegación Villahermosa Jornadas Técnicas 2012 Aplicación de MRIL-3C en los Aceites Pesados de Samaria Terciario: Tres situaciones diferentes con Resultados sobresalientes e innovadores Baltazar Ponce y Gelmunt Escamilla Halliburton de México Villahermosa, México Luis Granado Cruz, Juan C. Sosa Sánchez y Juan A. Galicia Cortes PEMEX Villahermosa, México Noviembre del 2012

Introducción Este trabajo esta basado en Registros de Resonancia Magnética Nuclear (MRIL) y el Triple Combo (3C) tomados y analizados en pozos del Terciario del campo Samaria. La idea es dar a conocer las Aplicaciones hasta ahora implementadas, para hacer mas su uso extensivo, en el mismo campo, y en campos Análogos de Arenas con Aceites Pesados en Terrígenos. Realmente los resultados obtenidos son novedosos e innovadores, que inclusive en otros campos del mundo, con similares características, no han sido aplicados o lo son de manera parcial. La identificación y explotación de este tipo de hidrocarburos es todo un reto tecnológico. Para mejorar y optimizar la producción de cada tipo de aceite tiene que serlo de manera diferente, principalmente el extrapesado. 2009 Halliburton. All Rights Reserved. 2

Las siguientes son las 3 principales Aplicaciones que hasta momento se han implementado: a) Identificación de los diferentes tipos de Aceites Pesados con MRIL-3C, aun en ambientes de lodo OBM. b) Corrección de las Porosidades y Volúmenes de fluidos arrojados por el MRIL, en los cuerpos de arenas con Aceites Pesados y Extrapesados con el uso de Redes Neuronales. c) Comprobación con el MRIL-3C que las arenas someras, con relativamente altas resistividades, contienen agua dulce. 2009 Halliburton. All Rights Reserved. 3

Generalidades Con el MRIL es factible determinar los diferentes tipos de hidrocarburos: entre los aceites pesados, extrapesados y los que fluirán libremente Es posible tipificar hidrocarburos, aun con el empleo de lodos OBM; ya que en presencia de aceites pesados y extrapesados la invasión del OBM es mínima o nula; por lo que no afectan a los hidrocarburos vírgenes de la formación Los objetivos tradicionales que se buscan al correr el Registro MRIL se cumplen y son confiables en las zonas de arcillas, arenas con agua 100% y arenas con aceites ligeros: Porosidad Total y Porosidad efectiva Fluidos móviles y ligados (ligados a la arcilla y capilares) Estimación de la Permeabilidad 2009 Halliburton. All Rights Reserved. 5

Generalidades (Cont.) Con el empleo de los Registros Convencionales, en general, se tienen identificadas las arenas con hidrocarburos; sin embargo, NO ES POSIBLE identificar el tipo de aceite. En arenas con aceite pesado y extrapesado, la porosidad es subestimada y la estimación de agua ligada resulta anormalmente alta; pero esta supuesta anomalía o limitación, derivada de la naturaleza de la medida de RMN (que solo lee fluidos) es explotada para la tipificación de hidrocarburos La presencia de arenas con 100% de agua registradas con el MRIL y los registros convencionales permiten calibrar la interpretación 2009 Halliburton. All Rights Reserved. 6

Características de RMN para cada tipo de Fluido Sólidos Fluidos Matriz Seca Arcilla Seca Agua Ligada Arcllia Agua Ligada Agua Libre Hidrocarburo Hidrógeno Invisible Hidrógeno Visible Agua Ligada Agua Libre Aceite Pesado Aceite Ligero Gas Polarización T1 Muy Corto Medio-Largo Corto Largo Largo ( Depende de la Viscosidad) Decaimiento T2 Muy Corto Medio-Largo Corto Largo Corto Difusión Do Lenta Media Lenta Medio Muy Rápido Índice de Hidrogeno HI 1.0 1.0 ~ 1.0 Bajo Muy Bajo 2009 Halliburton. All Rights Reserved. 8

Porosidad % Variación de la Señal de RMN T 2 respecto al cambio de Viscosidad del aceite Interpretación NMR Sensitivo a la Viscosidad de Fluido Incrementa la Viscosidad Aceite Pesado Aceite Ligero T 2GM 0.5 4 33 500 T 2 mseg 2009 Halliburton. All Rights Reserved. 9

Como Distinguir una Zona de Agua? Resultados del Proceso = AGUA Señal T 2 de agua Volumen de Agua ligada a la Arcilla (verde) y Capilar (gris) relativamente bajos Gran Volumen de Fluido Libre, FFI (amarillo) Spec T2 A T2DW D NOTAR porosidades del MRIL y Crossplot Densidad-Neutrón (PHIX) casi iguales en zonas con agua MRIL MRIAN Interpretación Tradicional: Por ser una arena limpia, con buena porosidad, y resistividades bajas, menores a 1 ohm-m, y salinidad mayor a 15kppm AGUA 2009 Halliburton. All Rights Reserved. 11

Como distinguir una Zona de Aceite Semiviscoso o Ligero (1-50 cp)? Señal T2-A de agua o aceite semiviscoso Señal T2-D a la derecha de línea amarilla (T2DW) Aceite semiviscoso Inducir Difusión Volumen de Agua ligada a la arcilla (verde) y capilar (gris) bajos relativamente Gran Volumen de Fluido Libre, FFI (amarillo) Spec T2 T2DW A D MRIL MRIAN NOTAR porosidades del MRIL y PHIX casi iguales, similar a las zonas con agua 2009 Halliburton. All Rights Reserved. 12 Interpretación Tradicional: Por ser una arena limpia, con buena porosidad, buena resistividad y salinidad mayor a 100kppm HIDROCARBUROS

Como distinguir una Zona de Aceite Pesado? NOTAR porosidades del MRIL y PHIX casi iguales en zonas con agua NOTAR el volumen de agua irreductible aproximado en un cuerpo de arena limpia Diferencias de porosidades PHIX MRIL y Vclay ligeramente mas alto Exagerado volumen de agua capilar Señal T2 del aceite pesado metido en los tiempos del agua irreductible Spec T2 T2DW A D MRIL MRIAN 2009 Halliburton. All Rights Reserved. 13 El volumen de fluido libre es menor o casi el 50% de la porosidad efectiva Interpretación Tradicional: Por ser una arena limpia, con buena porosidad, buena resistividad y salinidad mayor a 100kppm HIDROCARBUROS

Como distinguir una Zona de Aceite Extrapesado? Diferencias de porosidades PHIX MRIL Pérdida de porosidad por aceite extrapesado Vclay anormalmente alto Señal T2 del aceite extrapesado metido en tiempos de la arcilla Exagerado volumen de agua capilar en una arena limpia Señal T2 del aceite pesado metido en los tiempos del agua irreductible Pocos fluidos libres, menor al 30% de EPOR Mínimos fluidos se moverán, por lo que tienen que extraerse con otras tecnologías Spec T2 A T2DW D MRIL MRIAN NOTAR porosidades del MRIL y PHIX casi iguales en zonas con agua. T2 2009 Halliburton. All Rights Reserved. 14 Interpretación Tradicional: Por ser una arena limpia, con buena porosidad, buena resistividad y salinidad mayor a 100kppm HIDROCARBUROS

RESUMEN CARACTERISTICAS OBSERVADAS EN LA INFORMACION DEL REGISTRO MRIL PARA LA TIPIFICACION DE ACEITES PESADOS - ACEITE EXTRAPESADO Subestimación de la Porosidad, Mínimo volumen de fluido libre, Volumen de arcilla y de agua capilar anormalmente alto - ACEITE PESADO Volumen de agua ligada a la arcilla y de agua capilar anormalmente alto, volumen de fluidos libres menor al 50% del total de la porosidad - ACEITES SEMIVISCOSOS Y LIGEROS Porosidades Total y Efectiva similar al crossplot Neutron-Densidad, Volumen de agua capilar similar al de una arena adyacente con agua 100% 2009 Halliburton. All Rights Reserved. 15

Aceites Semiviscosos y ligeros a profundidades mayores a 1450m 1450 Registros de Porosidad Saturación De Agua LITOLOGIA Samaria-816 1850 2000 Samaria-823 2050 Registros de Porosidad Saturación De Agua LITOLOGIA Samaria-868 1850 2009 Halliburton. All Rights Reserved. 17

Aceites Pesados y Extrapesados a profundidades de 1380 a 1625m Registros de Porosidad Saturación De Agua LITOLOGIA Samaria-816 Samaria-823 Registros de Porosidad Saturación De Agua LITOLOGIA Samaria-868 2009 Halliburton. All Rights Reserved. 18

Aceites ExtraPesados a profundidades desde 600m a 1625m Registros de Porosidad Saturación De Agua LITOLOGIA Samaria-816 650 950 Samaria-823 Registros de Porosidad Saturación De Agua LITOLOGIA Samaria-868 2009 Halliburton. All Rights Reserved. 19

CORRECCION DE POROSIDADES Y VOLUMENES DE FLUIDOS DE LOS DATOS DE RESONANCIA MAGNETICA NUCLEAR (MRIL) POR LA PRESENCIA DE ACEITES PESADOS Y EXTRAPESADOS, MEDIANTE EL EMPLEO DE REDES NEURONALES Paper: SPE-139135 2009 Halliburton. All Rights Reserved. 20

DIAGRAMA DE FLUJO Se describen sistemáticamente los cinco pasos para la obtención de una estimación mas realista de la porosidad total, porosidad efectiva y agua capilarmente ligada. 1.- Definir los registros (curvas) a emplear en el entrenamiento y aplicación de la Red Neuronal; además de verificar que todos los registros involucrados estén puestos propiamente en profundidad. 2.- Determinar las Zonas de Entrenamiento. En este paso la idea es determinar visualmente zonas con agua o en su defecto zonas con presencia de hidrocarburo relativamente menos pesado (móvil). 3.- Entrenar la Red Neuronal. Una vez seleccionada la Zona de interés se procede al proceso de entrenamiento, usando una ANN de Tres capas (Quirein et al., 2003; Chen, et al., 2004) mostrado en la siguiente Figura. 2009 Halliburton. All Rights Reserved. 21

4.- Aplicación de la Red Neuronal a las Zonas con Aceite Pesado y Extrapesado. Una vez entrenada la red se procede a inspeccionar visualmente las zonas de aceite pesado y aplicar la Red Neuronal ya entrenada. 5.- Determinar las Zonas con presencia de Aceite Pesado y Extrapesado. El siguiente paso es determinar las zonas de aceite pesado y extrapesado y efectuar la substitución de las nuevas curvas estimadas (MSIG_HAT MPHI_HAT y MBVI_HAT), pero solo en las zonas donde se tenga aceite pesado y extrapesado. Esto se puede hacer automáticamente calculando una pseudo viscosidad a partir de la relación propuesta por Chevron (La Torraca, et al., 1999); o bien, las usadas en la relación Kern River (Galford, et al., 2000); así, en el caso Chevron: 2009 Halliburton. All Rights Reserved. 22

Eligiendo Zonas de Entrenamiento y Aplicación; así como los registros a usar ZONA de Entrenamiento THOR, RHOB, NPHI, RT, POTA, URAN MPHITA MSIGTA MBVITA Intervalo de arena con aceite pesado ZONA de Aplicación 2009 Halliburton. All Rights Reserved. 23

Porosidad Capilar Porosidad Total Porosidad Efectiva Resultados de un ENTRENAMIENTO de una Red Neuronal Curvas de salida de la zona de Entrenamiento: usando Rt, RHOB, NPHI y THOR 2009 Halliburton. All Rights Reserved. 24

Resultados de la APLICACION de una Red Neuronal Correcto BVI (Capilar) Porosidad Total recuperada MSIG Porosidad Efectiva recuperada MPHI Apparently Recovery Effective Porosity (MRIAN) Apparently Recovery Total Porosity (MRIAN) Curvas de salida de la zona de Aplicación: usando Rt, RHOB, NPHI y THOR 2009 Halliburton. All Rights Reserved. 25

Porosidad Capilar Porosidad Total Porosidad Efectiva Resultados de la Aplicación de una Red Neuronal, en un intervalo mayor Zona con Agua Curvas de salida de la zona de Aplicación: usando Rt, RHOB, NPHI y THOR 2009 Halliburton. All Rights Reserved. 26

Resultados de la Aplicación de una Red Neuronal, en dos intervalos diferentes. Y su comparación entre los resultados originales de campo contra los nuevos obtenidos. Datos de Campo Datos de Proceso Sustitución de curvas de porosidad y volúmenes de fluidos solo en las arenas con presencia de aceites pesados y extrapesados exclusivamente. Paper: SPE-139135 2009 Halliburton. All Rights Reserved. 27

Samaria - 901 100 200 Resistividad afectada por correrse en agujero grande (al parecer de 26 ) Análisis de Registros de OH en Samaria Terciario Samaria - 903 200 300 400 Las deflexiones positivas del SP están indicando los cuerpos de arenas con agua dulce. Notar gradiente del SP indicando cambio de la salinidad del agua de formación, de dulce a salobre 300 400 Notar gradiente de la Resistividad indicando cambio de la salinidad del agua de formación, de dulce a salobre 500 Traslape de 2 corridas 500 600 600 Inicio de las arenas con aceite pesado 700 700 800 800 2009 Halliburton. All Rights Reserved. 29

Samaria - 915 Análisis de Registros tomados con LWD en Samaria Terciario Samaria 917H 300 300 Registro de Densidad afectado y NO confiable 400 Notar gradiente de la Resistividad indicando cambio de la salinidad del agua de formación, de dulce a salobre 400 El registro del Neutrón también se ve afectado 500 500 Arenas con GAS 600 600 Inicio de las arenas con aceite pesado 700 700 800 800 2009 Halliburton. All Rights Reserved. 30

Samaria - 816 500 500 550 550 600 600 HIDROCARBUROS HIDROCARBUROS 650 650 700 700 Arenas con agua. Ver gradiente de No hay perdida de porosidad (MSIGTA = PHIX) y se tienen correctos la Resistividad, haciéndose el agua volúmenes de agua capilar y ligada a la arcilla del MRIL; lo que 2009 Halliburton. All Rights Reserved. 31 mas salobre relativamente. implica no haber aceites pesados y por lo tanto es agua dulce. Arena con hidrocarburos. Perdida de porosidad, anormal agua capilar y agua ligada al arcilla del MRIL, por ser aceites extrapesados

Samaria - 868 500 500 550 550 600 600 650 650 HIDROCARBUROS HIDROCARBUROS 700 700 Arenas con agua. Ver gradiente de No hay perdida de porosidad (MSIGTA = PHIX) y se tienen correctos la Resistividad, haciéndose el agua volúmenes de agua capilar y ligada a la arcilla del MRIL; lo que 2009 Halliburton. All Rights Reserved. 32 mas salobre relativamente. implica no haber aceites pesados y por lo tanto es agua dulce. Arena con hidrocarburos. Perdida de porosidad, anormal agua capilar y agua ligada al arcilla del MRIL, por ser aceites extrapesados

Samaria - 823 500 500 550 550 600 600 650 650 HIDROCARBUROS HIDROCARBUROS 700 700 Arenas con agua. Ver gradiente de No hay perdida de porosidad (MSIGTA = PHIX) y se tienen correctos la Resistividad, 2009 Halliburton. haciéndose All Rights el Reserved. agua volúmenes de agua capilar y ligada a 33 la arcilla del MRIL; lo que mas salobre relativamente. implica no haber aceites pesados y por lo tanto es agua dulce. Arena con hidrocarburos. Perdida de porosidad, anormal agua capilar y agua ligada al arcilla del MRIL, por ser aceites extrapesados

Samaria - 827 500 500 550 550 600 HIDROCARBUROS 600 HIDROCARBUROS 650 650 700 700 No hay perdida de porosidad (MSIGTA = PHIX) y se tienen Arenas con agua. Ver gradiente correctos volúmenes de agua capilar y ligada a la arcilla del de la Resistividad, haciéndose el agua mas 2009 salobre Halliburton. relativamente. All Rights Reserved. MRIL; lo que implica no haber aceites 34 pesados y por lo tanto es agua dulce. Arena con hidrocarburos. Perdida de porosidad, anormal agua capilar y agua ligada al arcilla del MRIL, por ser aceites extrapesados

RESUMEN Samaria - 816 Samaria - 868 Samaria - 823 Samaria - 827 500 500 600 600 700 700 Situaciones a destacar para diferenciar las arenas con Agua (Dulce) de las de aceite pesado y/o extrapesado, con solo el registro de Resonancia Magnética Nuclear (MRIL): Notar la contribución de los Bins de porosidad, son tiempos medios y largos en las arenas con agua, y cortos en las de aceite pesado. Notar el Espectro-T2A (sombreado amarillo), son mas largos en las arenas de agua. No hay perdida de porosidad respecto al crossplot N-D (PHIX), son casi iguales MSIGTA y PHIX. Igualmente los volúmenes de agua capilar y del ligado a la arcilla no se ve alterado en arenas con agua; además de presentar gran cantidad de fluido libre (sombreado amarillo) En las arenas con aceite pesado y extrapesado, se tiene perdida de porosidad respecto a PHIX, hay un anormalmente alto volumen de agua ligada a la arcilla (sombreado verde) y del agua capilar (sombreado gris); así como el fluido libre también se ve disminuido. La permeabilidad se vera subestimada por lo del punto anterior en zonas de aceite pesado. Donde la permeabilidad en zonas de agua es totalmente valida. El Espectro- T2D (sombreado azul), en las zonas con agua, contrae la señal T2 a tiempos mas cortos por la alta difusión del agua. Donde el aceite pesado y extrapesado casi no tienen cambios por no ser muy difusibles. 2009 Halliburton. All Rights Reserved. 35

Conclusiones La supuesta anomalía de los datos de la RMN, en los cuerpos de aceites pesados y extrapesados, debido a la propia naturaleza de la medida, la cual solo ve o lee fluidos, es aprovechada para la tipificación de hidrocarburos. Es posible la tipificación de los diferentes tipos de aceites (extrapesados, pesados, semiviscosos y móviles) con el solo empleo de los datos del MRIL contrastándolos con una curva derivada del crossplot Neutrón-Densidad. Dicha interpretación (Tipificación) es corroborada con datos de laboratorio, en cuanto a ºAPI y viscosidades de los aceites, en varios pozos con MRIL. Con los registros convencionales NO ES POSIBLE identificar el tipo de aceite, sólo con la Resonancia Magnética (MRIL), aun en lodos base aceite (OBM). Los objetivos principales del MRIL, es decir, la obtención de la Porosidad Total y Efectiva, Fluidos móviles y no móviles (ligados a la arcilla y capilares), así como la estimación de la Permeabilidad, son logrados y confiables en las arenas con agua al 100%, e inclusive en los cuerpos con aceite móvil (ligero y semiviscoso < 50cp). Una determinación mas realista de las porosidades y volúmenes de fluidos de los datos del MRIL, en las arenas con aceites pesados y extrapesados, es logrado con el empleo de Redes Neuronales calibrándolas en zonas de agua o aceites móviles. Así también puede recalcularse una Permeabilidad mas próxima. Útil para mejor calculo de reservas. 2009 Halliburton. All Rights Reserved. 36

Conclusiones Con los registros de Resistividad y SP es factible inferir la presencia de arenas con agua dulce en la parte mas superficial del campo Samaria (hasta entre 500 y 600m), pero es muy arriesgado afirmarlo; sin embargo, nuevamente el uso del MRIL-3C, contrastando las respuestas en las zonas de aceites pesados (a profundidades mayores a 600m) respecto a las zonas con agua dulce; podemos ver las grandes diferencias, siendo esto ultimo lo que da mas certeza afirmar la presencia de agua dulce en las arenas mas superficiales. Dentro de los beneficios destacan: - Se detectan las arenas con aceites extrapesados que deben explotarse, posteriormente, lo mas eficientemente posible, con nuevas y mas avanzadas tecnologías. - Podrán programarse con alto grado de certidumbre los intervalos a probar sucesivamente, así como las intervenciones y reparaciones futuras. - Se ahorrarán disparos innecesarios al seleccionar una arena con aceite extrapesado o pesado, y por lo tanto también se ahorrará en inducciones y estimulaciones innecesarias. - El calculo de reservas también será mas realista usando los datos de porosidades y volúmenes del MRIL, ya corregidos en las zonas de aceites pesados y extrapesados. - Evitar probar zonas, con relativamente buenas resistividades, pero que en realidad son arenas con agua dulce, esto en las partes mas superficiales. Se sugiere un uso mas extensivo del empleo de estos Registros y Metodologías; los resultados, beneficios y ahorros lo ameritan con creces; así como su empleo en campos Análogos, como podrían ser los campos Carrizo, Artesa, entre otros. 2009 Halliburton. All Rights Reserved. 37