Tlamati Sabiduría, Volumen 7 Número Especial 2 (2016) 4 Encuentro de Jóvenes Investigadores CONACYT 11 Coloquio de Jóvenes Talentos en la Investigación Acapulco, Guerrero 21, 21 y 23 de septiembre 2016 Memorias Conociendo la geología del subsuelo utilizando estudios bioestratigráficos y datos geofísicos. Emmanuel Escorcia Ocampo (Becario) Unidad Académica de Ciencias de la Tierra de la UAGro Programa de Verano AMC manolo070794@hotmail.com Área en la que participa: I Físico-Matemáticas y Ciencias de la Tierra Resumen Dr. Luis Germán Velasquillo Martínez (Asesor) Investigador del Instituto Mexicano del Petróleo lgvelas@imp.mx Al Sureste de México, en el estado de Veracruz, la geología de campo es muy importante en el ámbito petrolero y su aplicación para conocer la geología del subsuelo es de gran relevancia para construir modelos geológicos que permitan la exploración y explotación de hidrocarburos. Los datos que se obtienen al perforar las rocas del subsuelo, se procesan para llevar a cabo distintos análisis que permitan tener un panorama amplio de lo que hay bajo la superficie e indicar los horizontes de interés económico. Se utiliza la bioestratigrafía para elaborar correlaciones cronoestratigráficas, para determinar la profundidad a la que se encuentra cada formación y correlacionarla con los resultados de otros pozos. Con esta primera interpretación es posible identificar la ausencia de un intervalo de tiempo geológico, que pueden representar discontinuidades (e.g., erosión, hiatus, discordancias). Los datos sísmicos son una herramienta para interpretar la geología del subsuelo con exactitud. Estos datos se pueden visualizar e interpretar con software comercial especializado. Para este trabajo se utilizó el software Petrel para identificar las distintas estructuras geológicas (horizontes estratigráficos, fallas, pliegues y discontinuidades) que afectan a las formaciones rocosas del subsuelo. Así mismo, este software permite hacer correlaciones litoestratigráficas con registros geofísicos y otras funciones necesarias para conocer el arreglo de las capas y su importancia productora. Los registros geofísicos muestran las características de las rocas a profundidad, mediante respuestas únicas que presenta cada litología; por ejemplo, nos indican tipo de litología, la porosidad, densidad, resistividad, entre otras propiedades, lo cual ayuda a identificar los horizontes importantes para la industria petrolera. Con los datos obtenidos de los métodos de análisis ya mencionados, se hace una interpretación final para posteriormente elaborar un modelo geológico del área de estudio. Palabras Clave: Geología del subsuelo, bioestratigrafía, sísmica, registros geofísicos.
4 Encuentro de Jóvenes Investigadores CONACYT 11 Coloquio de Jóvenes Talentos en la Investigación Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016 Introducción La geología de campo es aquella que se desarrolla en terreno (campo) esencialmente para la obtención de datos (información geológica). Las rocas, minerales, sedimentos y suelos están en terreno y es allí donde pueden observarse. Entonces, la geología de campo consiste en los métodos para observar, describir e interpretar las estructuras y materiales de los afloramientos (Maksaev, 2007). Esta disciplina no se limita a ser empleada en la superficie, su uso en el subsuelo (mediante registros geofísicos y datos sísmicos) es de gran ayuda para la interpretación geológica en la exploración de hidrocarburos. Para llevar a cabo correlaciones cronoestratigráficas, se utilizan registros bioestratigráficos que se obtienen al analizar las muestras de canal de un pozo, estas se consiguen durante el desarrollo de la actividad de perforación. En la superficie se emplean torres de perforación, éstos tienen la finalidad de hacer girar una barrena que va unida con tubos de acero, que se van agregando a medida que se va avanzando en la perforación del pozo, lo que origina recortes o esquirlas (muestras de canal) que son eliminadas a través de un fluido llamado lodo de perforación. Éste se bombea desde la superficie mediante equipo de gran capacidad, el cual hace que el fluido y recortes lleguen a la superficie donde son separados por medio de mallas vibratorias, recolectados y finalmente transportados a las bodegas de muestras (Hernández- Bernal, 2012). Los registros geofísicos de pozos son herramientas útiles y poderosas en la obtención de información petrofísica necesaria para el proceso de caracterización de los yacimientos. Los principales parámetros físicos necesarios en la evaluación de los yacimientos, son: la porosidad, la saturación de hidrocarburos, los espesores de capas permeables, y la permeabilidad. Estos parámetros pueden ser inferidos de los registros eléctricos, nucleares y acústicos (Sánchez- Corona, 2012). Los levantamientos de sísmica de pozos se encuentran actualmente entre las técnicas más versátiles de mediciones de fondo de pozo utilizadas en el campo petrolero. El amplio espectro de energía sísmica que se registra hoy en día, se combina con las diversas geometrías actualmente posibles de los levantamientos de sísmica de pozos para ofrecer resultados de los que no se disponía previamente. A partir de estos datos, se obtiene información importante sobre la profundidad, el alcance y la heterogeneidad de los yacimientos, además del contenido de fluidos, las propiedades mecánicas de las rocas, la presión de poro, el desempeño de los métodos de recuperación mejorada de petróleo, la anisotropía elástica, la geometría de las fracturas inducidas, y la orientación y densidad de las fracturas naturales (Ruíz-Martínez, 2012). La información obtenida con estos métodos son de gran importancia para comparar las correlaciones cronoestratigráficas y con registros geofísicos que se elaboraron de dos maneras distintas. En este marco, el presente proyecto tiene como finalidad elaborar modelos geológicos para la caracterización de yacimientos petroleros en el estado de Veracruz, que a su vez, indiquen la importancia económica del área de estudio.
Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016) Materiales y Métodos Como primera actividad, se recopiló información del área de estudio para tener un conocimiento base del proyecto. Se elaboraron correlaciones cronoestratigráficas en Excel y PowerPoint versión 2013, (Figura 1) para esto se manejaron datos de profundidad y bioestratigrafía que se tenían en la base de datos del proyecto. Los registros bioestratigráficos utilizados en este trabajo, se obtuvieron por geólogos de pozo, con ayuda del lodo de perforación, el cual tiene dos funciones principales: Lubricar la barrena y enfriarla para perforar. Transportar recortes de roca hacia la superficie, estos recortes son conocidos como muestras de canal. Las muestras de canal son analizadas con microscopios para identificar fósiles índices, en su mayoría Foraminíferos. Estos organismos son utilizados para dar edad a las rocas (plasmados en la correlación cronoestratigráfica) que se van perforando en el subsuelo, así se tiene una mejor herramienta para identificar los horizontes importantes económicamente. Los horizontes que son de gran importancia para la industria petrolera en México pertenecen al Jurásico y Cretácico. Por lo tanto el geólogo va a tomando muestras cada 5 metros de avance de perforación. En el terciario (formaciones más jóvenes) se maneja de diferente forma, esto se debe a que este intervalo no es de gran interés económico-petrolero en la zona de estudio, es por esto que se toman muestras cada 10 metros. Todas las muestras se guardan en bolsas de tela para que no se contaminen y posteriormente son analizadas en el laboratorio para observar los microfósiles y ver si se encuentra presente en la muestra un fósil índice. Posteriormente, se cargaron los datos de los registros geofísicos (RGP) y cubo sísmico en el software Petrel versión 2013, este software permite visualizar el campo de trabajo en 2D y 3D mediante diversos métodos. Los RGP consisten en medición de señales a partir de una sonda que va recorriendo la trayectoria del pozo y de un equipo superficial que traduce la información enviada por la sonda a través de un cable que se registra en una cinta magnética o película fotográfica (Sánchez-Corona, 2012). Los registros sísmicos son captados por receptores (i.e., geófonos) que se colocan en un arreglo determinado prediseñado por especialistas (geofísicos), que se conoce como adquisición sísmica, los datos son procesados por los analistas geofísicos y corrigen los errores que se presentan. Con estos datos se llevó a cabo una cartografía detallada para poder identificar estructuras geológicas que afectan a las formaciones presentes en el área. Además los datos se manejaron en el software para comparar las secciones de correlación sísmica, así se puede indicar con mayor claridad la geometría de las formaciones rocosas, las estructuras geológicas como la erosión (discontinuidades) canales erosivos y fallas. Los métodos de realización de esta actividad fueran instruidas por el asesor (figuras 2 y 3).
4 Encuentro de Jóvenes Investigadores CONACYT 11 Coloquio de Jóvenes Talentos en la Investigación Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016 Resultados Al realizar la correlación cronoestratigráfica, se observa que algunas formaciones rocosas no se encuentran perforadas por los tres pozos exploratorios, esto nos indica que hay una discontinuidad, es decir probablemente una erosión. Algunos pozos no contaban con estudios bioestratigráficos detallados, por lo que la labor del geólogo es interpretar con los datos que se tienen e inferir la correlación cronoestratigráfica entre pozos, esto se confirma o se descarta con ayuda de los registros geofísicos que se muestran en la figura 2. Pozo 1 Pozo 2 Pozo 3 0 200 8097 m 3813m LINEA DATUM CIMA DEL TERCIARIO 0 200 N 400 600 Palma Real Inferior?? 400 600 Pozo 1 Pozo 2 Pozo 3 800 1000? Velasco Medio Velasco Basal?? 800? 1000 SIMBOLOGÍA 1200 1400 1600 1800 2000 Méndez Tamaulipas Superior Tamaulipas Inferior San Felipe Agua Nueva Otates 1200 1400 1600 1800 2000 Palma Real Velasco Medio Velasco Basal Méndez San Felipe Agua Nueva Tamaulipas Superior Otates Contacto inferido Discordancia reportada Discordancia inferida Datos de Bioestratigrafía 2200 2400 2600 2800 Pimienta Chipoco Santiago Cahuasas San Andrés? 2200 2400 2600 2800 Tamaulipas Inferior Pimienta San Andrés Chipoco Santiago Cahuasas 3000 3000 Figura 1.- Correlación cronoestratigráfica de tres pozos exploratorios del estado de Veracruz. Se observan las formaciones presentes que se perforan en cada pozo y se correlacionan, se observan discordancias (erosión) de color rojo (reportadas previamente) y azul (interpretadas en este trabajo). Fuente propia.
Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016) Pozo 1 Pozo 2 Pozo 3 Figura 2.- Correlación con registros geofísicos, donde se tienen análisis de resistividad, densidad, rayos gamma, sónico y caliper. Fuente propia.
4 Encuentro de Jóvenes Investigadores CONACYT 11 Coloquio de Jóvenes Talentos en la Investigación Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016 Al desarrollar la sección de correlación con registros geofísicos, se compararon los datos obtenidos con los que se tenían previamente en la correlación cronoestratigráfica, para corroborar los datos interpretados previamente con los registros bioestratigráficos y de núcleos. La sección de correlación se llevó a cabo de acuerdo a las características de la roca observada en cada registro: El registro de rayos gamma ayuda a conocer la litología presente en el subsuelo mediante análisis de Th, K y U, estos elementos se encuentran presentes en rocas con alto contenido de materia orgánica (e.g., lutitas, carbonatos) con estos registros es posible elaborar correlaciones y conocer los límites de cada horizonte. La densidad nos ayuda a diferenciar las rocas que presenten valores similares en rayos gama para determinar el tipo de litología que se va perforando, se utiliza también para calcular la porosidad total de las rocas. La resistividad es de gran importancia para conocer el tipo de fluido (i.e., agua, aceite, gas) que se encuentra dentro de los poros de las rocas, con ayuda de otros registros, también es indicador del tipo de litología presente en el subsuelo. Los datos de registro caliper nos indican el diámetro del pozo que se va perforando, mediante este registro se distinguen derrumbes o cavernas a lo largo de la perforación, el registro sónico es de gran importancia para conocer la litología que se va perforando, detección de gas y la calibración sísmica. Los registros muestran presencia de lutitas, areniscas y carbonatos, los cuales corresponden a las formaciones registradas con los estudios bioestratigráficos. Se corrigieron los datos de profundidad a la que aparecen las formaciones litológicas, puesto que en la correlación cronoestratigráfica hay un pequeño rango de error y se modifica con los registros geofísicos, observando las respuestas de cada uno de ellos en el software Petrel v.2013. La sección de correlación con RGP muestra el acuñamiento de las formaciones terciarias, puesto que en el pozo número 2 no se observa la perforación de rocas que pertenezcan a esta edad geológica, esto se compara con la correlación cronoestratigráfica donde se infería la posible aparición de formaciones terciarias en el pozo 2, lo cual queda descartado en la interpretación. La importancia de utilizar los registros geofísicos para realizar secciones de correlación, radica en que se obtienen los datos de profundidad exacta a la que aparece cada formación litológica del subsuelo. Además se corrobora el tipo de litología que ha sido reportada previamente en los registros bioestratigráficos por el geólogo. Sin embargo, al correlacionar los registros, se observan líneas rectas que no muestran el arreglo real de los horizontes que se encuentran bajo la superficie. Esto requiere información más precisa como la sísmica, para llevar a cabo una correlación de la litología con su geometría correspondiente. Los resultados obtenidos con los datos sísmicos, incrementan nuevos registros confiables para determinar el comportamiento de las rocas en el subsuelo. Se puede observar la geometría de los horizontes de cada formación presente en cada pozo exploratorio, se encuentran grandes
Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016) estructuras geológicas como fallas y canales de erosión afectando a las rocas. La erosión es un factor importante en la correlación de los datos sísmicos, puesto que muestra como se acuñan las formaciones rocosas. Se cartografiaron los horizontes del subsuelo con los datos sísmicos, esta actividad se conoce como interpretación sísmica, la cual requiere un análisis detallado para realizar con exactitud el arreglo geológico de cada horizonte, se llevaron a cabo diferentes correcciones en el software Petrel v.2013, debido a que se necesita una gran destreza para concluir esta actividad. Así mismo, concluida la interpretación, se observa el comportamiento de las cimas de cada formación rocosa. Se presenta una mayor dificultad al interpretar los horizontes en el Terciario, esto se debe a que en este intervalo de tiempo se llevaron a cabo acontecimientos geológicos que dieron como resultado erosión en el área de estudio. Las fallas geológicas identificadas en este trabajo se cartografiaron con métodos distintos para observar su dirección a lo largo de los horizontes estratigráficos, canales erosivos que contribuyeron a la interpretación de la zona. La sección de correlación con datos sísmicos se comparó con la que se obtuvo mediante los RGP y la correlación cronoestratigráfica para aportar nuevas características de las formaciones rocosas que se encuentran en el subsuelo, así se observa la ausencia de ciertas unidades del Terciario, resultado de un evento de erosión que se desarrolló en este tiempo. Al concluir las correlaciones con los estudios bioestratigráficos, los registros geofísicos de pozo y datos sísmicos, se reitera la elaboración en conjunto de ellas para poder dar una mejor interpretación, además es posible observar con mayor claridad y precisión la aparición de cada formación geológica a determinada profundidad y edad. Para elaborar el modelo geológico correspondiente al área de estudio, se necesita realizar más estudios petrofísicos de los pozos exploratorios para proponer un modelo que exponga el arreglo geológico-estructural de las formaciones litoestratigráficas presentes en el subsuelo, así pues, se pretende conocer su geometría que servirá para proponer nuevos proyectos de explotación de hidrocarburos. Cabe señalar que en este trabajo se observó la importancia de utilizar softwares comerciales para trabajar los datos geofísicos, puesto que son de gran beneficio para los geólogos y geofísicos al momento de interpretar el arreglo litológico del subsuelo. Se logra llevar a cabo un modelado en tercera dimensión para tener una mejor visualización del área de interés petrolero que requiera su evaluación para encontrar y estimar el volumen de producción que posea un posible yacimiento de hidrocarburos. Su costo de estos softwares es elevado para obtener la licencia que permita laborar a los expertos en el ámbito petrolero, sin embargo, los resultados que se obtienen son eficaces para poder llevar a cabo la explotación de esta materia prima, con la que el país se ha enriquecido por años.
Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016) Figura 3.- Correlación con datos sísmicos, se observa la geometría de los horizontes en el subsuelo y diferentes estructuras geológicas que afectan a las rocas. Fuente propia.
Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016) Discusión y conclusiones Al analizar detenidamente los resultados obtenidos mediante los métodos que se trabajaron en los pozos de exploración, se corrobora la necesidad de utilizar diversos métodos geológicos y geofísicos para hacer correlaciones, con la finalidad de observar detalladamente la geometría de los horizontes en el subsuelo y hacer una mejor interpretación geológica para determinar si se encuentra presente un posible yacimiento además de su carácter económico. Los datos sísmicos y los registros se calibran con los reportes bioestratigráficos y estudio de núcleos. Es importante mencionar que los estudios más precisos son los bioestratigráficos pero se necesitan complementar con los registros geofísicos para tener una mejor interpretación. Al llevar a cabo las correlaciones se observan diversas estructuras como fallas, erosión y discontinuidades que se pueden cartografiar para determinar su longitud a lo largo del subsuelo, la dirección que tienen y la manera en que afectan a las rocas. Una vez calibrada la información geofísica se realizan secciones de correlación cronoestratigráficas que se requieren para establecer los modelos geológicos para la caracterización de yacimientos petroleros. Los estudios correspondientes al área donde se llevó a cabo este análisis, se continuarán trabajando con la finalidad de obtener el mayor número de datos posibles, puesto que se necesita evaluar el potencial que presentan las rocas de las formaciones de interés petrolero. Conocer la geología del subsuelo, es de gran importancia para determinar el potencial petrolero en México, debido a que se analizaran otras áreas donde se observan evidencias para encontrar yacimientos petroleros que incrementen las reservas de hidrocarburos del país. Agradecimientos Este trabajo se llevó a cabo gracias a la Academia Mexicana de Ciencias por brindar las atenciones necesarias para cumplir con los requisitos de la convocatoria en tiempo y forma. Además por el apoyo económico necesario para realizar la estancia de investigación. Al Doctor - Investigador Luis Germán Velasquillo Martínez, por aceptarme como becario para realizar la estancia de investigación en el Instituto Mexicano del Petróleo, por compartirme conocimiento, tiempo necesario y la atención requerida para llevar a cabo las actividades que me asignó.
4 Encuentro de Jóvenes Investigadores CONACYT 11 Coloquio de Jóvenes Talentos en la Investigación Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016 A María Alicia Díaz García, mi novia y compañera de estudios, quien me apoyó y brindó sus conocimientos adquiridos en su verano de investigación acerca de registros geofísicos, que fueron de gran utilidad en este trabajo para la interpretación de los mismos. A la Unidad Académica de Ciencias de la Tierra, por apoyarme en el trámite y facilitando los documentos necesarios para cumplir con los requisitos de la convocatoria para el XXVI Verano de la Investigación científica AMC. Por último 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. Referencias 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. Maksaev, V. (2007). Geología de campo II. Plan de trabajo Semestre de Otoño, 3p. Ruíz-Martínez, M. A. (Marzo de 2012). DESARROLLO Y APLICACIONES DE LOS REGISTROS ACÚSTICOS. Tesis de Ingeniería, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México 1p. 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).Tesis de Ingeniería, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México,1p.