Fundamentos y Aplicaciones de Registros de Densidad y Neutrones en Geofísica de Pozos
Introducción a los Registros Nucleares
1. ¿Qué mide el registro de densidad (LDT)? Explique su principio físico y a qué es sensible.
El registro de densidad (LDT) mide la densidad media de la formación (ρb en gr/cc) y su factor fotoeléctrico (Pef en barns/electrón) en las proximidades de la pared del pozo.
Principio Físico del LDT
Su principio físico se basa en la colocación de una fuente radiactiva en la sonda. La radiación que la formación permite llegar a dos detectores, ubicados a pocas pulgadas de la fuente en la herramienta, permite determinar estos parámetros.
Sensibilidad del LDT
Es sensible a los lodos cargados de barita (principalmente), a la arcillosidad, a pozos en mal estado y a la presencia de hidrocarburos ligeros.
2. ¿Cuál es el fenómeno inherente a los registros nucleares?
Las variaciones estadísticas son una característica inherente a todos los registros nucleares. Estos nunca se repiten exactamente (al pasar dos veces por el mismo intervalo) debido a pequeñas variaciones u oscilaciones alrededor del verdadero valor de respuesta del registro.
3. Ecuación de respuesta del registro de densidad para arenisca arcillosa
4. Herramientas de Neutrones: Tipos de detectores y espaciamiento
Existen los siguientes tipos de detectores de neutrones:
- Neutrones epitermales: Herramientas SNP (Sidewall Neutron Porosity).
- Neutrones termales: Herramientas CNT (Compensated Neutron Porosity).
- Neutrones termales y rayos gamma de captura: Antigua herramienta GNT (Gamma-Neutron Tool).
El espaciamiento corto es de 6 pulgadas (enjarre) y el espaciamiento largo es de 12 pulgadas (zona lavada).
5. Espaciamiento entre los detectores del registro de densidad
El registro de densidad consta de dos detectores, uno a 15 cm y otro a 30 cm.
6. Factores que afectan el registro de densidad
El registro de densidad es sensible a los lodos cargados de barita, a la arcillosidad, a pozos en mal estado y a la presencia de hidrocarburos ligeros.
7. ¿Qué mide el registro de neutrones y a qué es sensible? Fórmula para calcular la porosidad neutrón (Øn)
Mide el índice de hidrógeno de la formación, expresado como ØN o porosidad neutrón en unidades de porosidad (pu o “porosity-units”).
Sensibilidad del Registro de Neutrones
Es sensible al diámetro del pozo, al espesor del enjarre, a la salinidad del lodo y de la formación, a la densidad y temperatura del lodo, así como a la separación entre la herramienta y la formación. Para una formación limpia, la ecuación es:
11. Significado de SPI y esquema de la herramienta
SPI significa ‘Indicador de Porosidad Secundaria’ (Secondary-Porosity-Index). Representa la diferencia entre la porosidad densidad-neutrón y la porosidad sónica:
SPI= 
12. Afectación y utilidad del factor fotoeléctrico (PEF)
Si la curva del PEF está afectada, generalmente se debe a que el registro se corrió en un lodo bentonítico. Cuando funciona correctamente, este parámetro indica principalmente la litología de la roca, con muy poca influencia de la porosidad o del tipo de fluido en la formación.
13. Medición de cuarzo, caliza y dolomía por el registro de neutrones
El registro de neutrones mide el índice de hidrógeno en la formación. Dado que el cuarzo, la caliza y la dolomía no contienen hidrógeno en su composición mineralógica principal, el registro de neutrones indicará una porosidad muy baja o nula en estas litologías puras.
14. Significado de U (Índice Volumétrico de Absorción Fotoeléctrica)
La curva del ‘índice volumétrico de absorción fotoeléctrica’ (U) es un parámetro calculado (no registrado directamente). Se define como el producto, nivel a nivel, de las curvas de densidad y del factor fotoeléctrico (PEF).
15. Fórmula para calcular la porosidad neutrón y descripción de sus términos
Para una formación limpia, la ecuación es:
- ØNLlog: Índice de hidrógeno de la formación (matriz caliza, en pu).
- Ø: Porosidad de la formación.
- ØNLmf: Índice de hidrógeno del filtrado (matriz caliza, en pu).
- vma: Fracción de la roca ocupada por la matriz limpia.
- ØNLma: Índice de hidrógeno de la matriz limpia (matriz caliza, en pu).
16. Valores típicos de PEF para areniscas, calizas y dolomías
Los valores típicos del factor fotoeléctrico (PEF) son:
- Arenisca: 1.8
- Caliza: 5.08
- Dolomía: 3.14
18. Descripción de los efectos de interacción de rayos gamma: Fotoeléctrico, Compton y Producción de Pares
Estos son los principales efectos que ocurren por la interacción entre los rayos gamma y la formación:
- Efecto Fotoeléctrico: Ocurre con rayos gamma de baja energía.
- Dispersión Compton: Se produce a niveles de energía intermedios. Los rayos gamma pierden energía por colisión con los electrones de los átomos de la formación hasta que, finalmente, son absorbidos.
- Generación de Pares: Ocurre con rayos gamma de muy alta energía.
19. Diferencia entre las curvas NPHI y TNPH
La principal diferencia es que la curva TNPH (True Neutron Porosity, o Porosidad Neutrón Verdadera) tiene en cuenta los efectos combinados de la litología y la salinidad en la respuesta del registro. Esta nueva transformación obtiene una curva de porosidad de neutrón de mejor calidad que la obtenida con la transformación tradicional NPHI (Neutron Porosity Index).
20. Comportamiento de la porosidad en presencia de hidrocarburos ligeros
En presencia de hidrocarburos ligeros:
- El registro de neutrones indicará una porosidad aparente bastante menor que la verdadera porosidad.
- El registro de densidad indicará una porosidad aparente bastante mayor que la verdadera porosidad.
Esto se debe a que los hidrocarburos ligeros tienen un índice de hidrógeno menor que el agua y una densidad menor que el agua, afectando las lecturas de ambos registros de manera opuesta respecto a la porosidad real.
21. Efecto de la arcillosidad en las formaciones y su impacto en las densidades
El efecto de las arcillas en la formación, especialmente a altas profundidades, puede afectar menos la medición de densidad debido a que estas se encuentran más compactadas por la presión ejercida sobre ellas. Sin embargo, la arcillosidad siempre introduce una complejidad en la interpretación de los registros, ya que las arcillas tienen una densidad y un índice de hidrógeno diferentes a los de la matriz y los fluidos.
22. Principal uso del registro de neutrones
El principal uso del registro de neutrones es para definir la porosidad neutrón de la formación. Adicionalmente, es una herramienta clave para la localización de zonas de gas, ya que los hidrocarburos gaseosos tienen un índice de hidrógeno significativamente menor que los líquidos.
23. Principio físico del registro de neutrones
El principio físico del registro de neutrones se basa en la colocación de una fuente radiactiva natural de neutrones en la herramienta de registro. Los neutrones emitidos por esta fuente se dispersan tanto en el pozo como en la formación circundante. Un descentralizador elástico apoya la herramienta contra la pared del pozo para maximizar la interacción de los neutrones con la formación y minimizar su dispersión en el fluido del pozo. Los neutrones que la formación permite llegar a dos detectores, ubicados a pocas pulgadas de la fuente en la herramienta, permiten obtener el índice de hidrógeno de la formación.
24. Esquema de la herramienta del registro de neutrones
25. Definición de siglas clave en registros nucleares
- APS: Accelerator Porosity Sonde.
- SPN: Sidewall Neutron Porosity.
- CNL: Compensated Neutron Log.
- GNT: Gamma-Neutron Tool.
26. Principales correcciones ambientales para el registro de neutrones
Las principales correcciones ambientales aplicadas al registro de neutrones incluyen:
- Salinidad del lodo: Corrección por el efecto del cloro en el lodo, debido a su gran sección transversal de captura para neutrones termales.
- Densidad del lodo: Corrección por el efecto de la densidad del lodo, que tiende a disminuir el valor de porosidad registrado. Su importancia aumenta con la porosidad y la densidad del lodo.
- Presión hidrostática: Corrección por el efecto de la presión hidrostática dentro del pozo, que puede aumentar el valor de porosidad registrado. Su importancia aumenta con la porosidad y la presión hidrostática del lodo.
- Temperatura del lodo: El efecto de la temperatura del lodo puede ser apreciable en la lectura del registro, siendo mayor a altas porosidades y aumentando con la temperatura.
- Espesor del enjarre: Existe un efecto residual por el espesor del enjarre, ya que la relación de conteos (ratio) no es completamente insensible a su presencia.
28. Ecuación de respuesta del registro de densidad ponderado por volúmenes
En el caso de una formación limpia con porosidad y una zona lavada de más de 30 cm de extensión, la ecuación de respuesta es:
La porosidad aparente de densidad (φDa) se calcula como:
En el caso de que la formación sea arcillosa, la ecuación es:
En esta ecuación, la suma de la porosidad, el volumen de la matriz y el volumen de lutita constituyen el total de la roca; por lo tanto, se debe cumplir que:
