PROPIEDADES ACUSTICAS DE LA ROCA

UNIVERSIDAD ESTATAL DE LA PENÍNSULA DE SANTA ELENA CARRERA INGENIERÍA EN PETRÓLEOS PERFILAJE DE POZOS ALUMNO: GUEVARA MANZANO LENIN ALEXIS CURSO: 4/1 PETRÓLEO FECHA; 03-02-2017 INSTRUCTOR: ING. ROMEL ERAZO BONE 2016 – 2017 INDICE INTRODUCCIÓN 3 OBJETIVOS 4 General 4 Especifico 4 DESARROLLO 4 1.- Propiedades Acústicas de las Rocas 4 2.- Efecto de la reflexión y refracción de las ondas. 7 Reflexión 7 Refracción 8 3.- Comportamiento de las velocidades en los diferentes tipos de Rocas utilizando los registros sónicos. 9 4.- Análisis de la velocidad crítica. 12 5.- Análisis de propagación de las ondas en los pozos llenos de fluidos de petróleo. 13 6.- Relación entre la porosidad y el tiempo de tránsito. 14 7.- Modelo matemático para determinar el esfuerzo de tensión y deformación de las rocas utilizando el registro sónico. 16 Módulo de rigidez o de cizallamiento(Ley de Hooke). 16 ANÁLISIS DE RESULTADOS 18 CONCLUSIÓN 18 BIBLIOGRAFÍA 19  INTRODUCCIÓN El presente informe se basa en la catedra impartida en clases de manera teórica con el fin de reforzar los conocimientos mediante la presente investigación, este trabajo el cual abarca el estudio del comportamiento acústica de la roca, tema que es importante porque nos permite la comprensión para el análisis de registros. La propagación del sonido en un pozo es un fenómeno muy complejo que está regido por las propiedades mecánicas de ambientes acústicos diferentes. Estos incluyen la formación, la columna de fluido del pozo, y la herramienta del pozo. El sonido emitido por el transmisor choca contra las paredes del pozo . Este emite ondas de compresión y de cizallamiento dentro de la formación, emite ondas de superficie a lo largo de la pared del pozo y ondas dirigidas dentro de la columna de fluido. En el caso de registros de pozos, la pared, rugosidad, las capas de la formación y las fracturas pueden representar significativas discontinuidades acústicas. Por lo tanto los fenómenos de refracción y reflexión dan presencia de muchas ondas acústicas dentro del pozo cuando se está corriendo un registro sónico. Tomando en cuenta estas consideraciones, muchas ondas acústicas son captadas por los receptores de una herramienta de registro sónico. OBJETIVOS General Interpretar, estudiar y determinar el comportamiento de las rocas mediante mediciones acústicas. Especifico Comprender el uso de la acústica en las rocas. Conocer los comportamientos y efectos de las propiedades acústicas. Analizar la propagación de las ondas acústicas así como el proceder de la velocidad en las rocas. Relacionar la porosidad y el tiempo. Utilizar los métodos geofísicos para investigar zonas sin acceso para el ser humano, como el interior de la tierra (pozos). DESARROLLO 1.- Propiedades Acústicas de las Rocas La propagación del sonido en un pozo, es un fenómeno complejo que está regido por las propiedades mecánicas de ambientes acústicos diferentes. Estos incluyen la formación, la columna de fluido del pozo y la misma herramienta del registro. El sonido emitido del transmisor choca contra las paredes del agujero. Esto establece ondas de compresión y de cizallamiento dentro de la formación, ondas de superficie a lo largo de la pared del agujero y ondas dirigidas dentro de la columna del fluido. En el caso de registros de pozos, la pared y rugosidad del agujero, las capas de la formación, y las fracturas pueden representar discontinuidades acústicas significativas. Por lo tanto, los fenómenos de refracción, reflexión y conversión de ondas dan lugar a la presencia de muchas ondas acústicas en el agujero cuando se está corriendo un registro sónico. Teniendo en cuenta estas consideraciones, no es sorprendente que muchas llegadas de energía acústica sean captadas por los receptores de una herramienta sónica. En su forma más sencilla, una herramienta sónica consiste de un transmisor que emite impulsos sónicos y un receptor que capta y registra los impulsos. El registro sónico es simplemente un registro en función del tiempo t, que requiere una onda sonora para atravesar un pie de formación. Esto es conocido como tiempo de transito Δt, t es el inverso de la velocidad dela onda sonora. El tiempo de tránsito para una formación determinada depende de su: Porosidad y Litología Los tiempos de transito sónico integrados también son útiles al interpretar registros sísmicos. Las ondas sísmicas producidas por la detonación de una carga explosiva o por cualquier otro sistema se transmite a través de la tierra en forma de vibraciones u ondas que transitan a diferentes velocidades, estas velocidades están influenciadas por: la litología, profundidad, porosidad del material, compactación, litificación, contenido de fluidos, entre otros. Estas velocidades dependen del módulo elástico y de la densidad. Tales parámetros son importantes para el análisis de la velocidad en la interpretación de datos sísmicos. A continuación se presenta una tabla de velocidades de propagación de ondas sísmicas, estas velocidades se refieren a las ondas longitudinales. Tras observaciones de estos datos muestra que las rocas ígneas, en general, tienen velocidades mayores que las rocas sedimentarias. Estas velocidades varían entre los límites indicados dependiendo de la profundidad y de las constantes elásticas. En general, para un mismo tipo de roca, las velocidades aumentan con la edad geológica y para una misma roca y edad aumentan por la profundidad 2.- Efecto de la reflexión y refracción de las ondas. Reflexión La reflexión de una onda es el rebote que experimenta cuando llega a un obstáculo grande, como una pared. Aunque el obstáculo absorba parte de la energía recibida (incluso vibrando si entra en resonancia) se produce también reflexión en la que se transmite de vuelta parte de la energía a las partículas del medio incidente. En la figura adjunta se representa un frente de ondas plano llegando a una superficie horizontal con un cierto ángulo i de incidencia (se mide con respecto a la dirección normal, (N) De acuerdo con el principio de Huygens, cuando el frente de ondas empieza a "tocar" la superficie, el punto A se convierte en un nuevo foco que emite ondas secundarias y según transcurre el tiempo y el frente AB va incidiendo, repiten este comportamiento todos los puntos de la superficie comprendidos entre A y C. El frente de ondas reflejado, DC, es el envolvente de las ondas secundarias que se han ido emitiendo durante un tiempo igual al periodo desde el tramo AC de la pared. Como la onda no cambia de medio, la velocidad de propagación de la onda incidente es igual a la de la onda reflejada. Además, el intervalo de tiempo Δt que la onda secundaria emitida por B emplea en llegar a C es igual al empleado por la primera onda secundaria reflejada emitida por A en llegar D. Por tanto AD = BC. En los triángulos ABC y ADC, tenemos: sen i ˆ = BC/AC sen rˆ = AD/AC Como BC = AD sen i ˆ = sen rˆ i ˆ = rˆ Esta expresión es la ley de la reflexión. Refracción La refracción de una onda consiste en el cambio de dirección que experimenta cuando pasa de un medio a otro distinto. Este cambio de dirección se produce como consecuencia de la diferente velocidad de propagación que tiene la onda en ambos medios. Se representa la refracción de una onda plana desde un medio 1 a otro medio 2, suponiendo que la velocidad de propagación es menor en el segundo. A medida que el frente de ondas AB va incidiendo en la superficie de separación, los puntos AC de esa superficie se convierten en focos secundarios y transmiten la vibración hacia el medio 2. Debido a que la velocidad en el segundo medio es menor, la envolvente de las ondas secundarias transmitidas conforma un frente de ondas EC, en el que el punto E está más próximo a la superficie de separación que el B. En consecuencia, al pasar al segundo medio los rayos se desvían acercándose a la dirección normal N. Para obtener una ley cuantitativa sobre este proceso, tenemos en cuenta que en la figura anterior, el intervalo de tiempo entre B y C es el mismo que entre A y E. Por lo tanto: BC = v1·Δt AE = v2·Δt Nos fijamos en los triángulos ABC y AEC, para escribir: sen iˆ = BC/AC sen rˆ' = AE/AC 3.- Comportamiento de las velocidades en los diferentes tipos de Rocas utilizando los registros sónicos. En las formaciones sedimentarias la velocidad del sonido depende de varios factores, estos factores son principalmente el tipo de litología (caliza, dolomita, arenisca, lutita etc.), la porosidad de las formaciones y el tipo de fluido que ocupa el espacio poroso de las mismas, el amplio rango de las velocidades del sonido e intervalos de tiempo de tránsito por las rocas más comunes fluidos y revestimientos. Uno de los parámetros característicos de las rocas, que se determina con los métodos sísmicos es la velocidad de las ondas p y s, en esta propiedad de las rocas influyen los siguientes parámetros: Petrografía, contenido en minerales. Porosidad = porcentaje o proporción de espacio vacío (poros) en una roca. Relleno del espacio vacío o es decir de los poros. Textura y estructura de la roca. Temperatura. Presión. Una variación en una de esta propiedad de la roca puede ser relacionada por ejemplo con un límite entre dos estratos litológicos, con una falla o una zona de fallas, con un cambio en el relleno del espacio poroso de la roca. Estas son las ecuaciones de las velocidades de propagación de ondas de compresión (VP) y de corte (VS) Las velocidades de las ondas en diferentes medios: Velocidades de las ondas p y s de algunas rocas Las velocidades de las diferentes ondas dependen de las características del medio; por ejemplo, en rocas ígneas la velocidad de las ondas P es del orden de 6 Km/s, mientras que en rocas poco consolidadas es de aproximadamente 2 Km/s o menor. La secuencia típica de un terremoto es: primero el arribo de un ruido sordo causado por las ondas ("P"), luego las ondas ("S") y finalmente el "retumbar" de la tierra causado por las ondas superficiales. 4.- Análisis de la velocidad crítica. Velocidad mínima de flujo de un fluido que se requiere para poner en movimiento una partícula. Análisis de velocidad crítica de la roca: Se simulan las tronaduras, de modo de predecir las vibraciones que se generen tras la última fila de tiros. Es necesario definir el valor máximo de velocidad de partículas que se ocupará y a que distancia de la cara libre. Para definir la malla se controlan las variables diámetro de perforación y factor de carga Una consideración muy importante dentro de esta propiedad es la velocidad. Estas velocidades dependen del módulo elástico y de la densidad. Tales parámetros son importantes para el análisis de la velocidad en la interpretación de datos sísmicos en cualquier medio. La siguiente tabla representa las velocidades de propagación de ondas sísmicas estas velocidades se refieren a las ondas longitudinales en los medios sedimentarios de interés. La técnica de registro de un registro sónico de pozo, en el sentido de una medición de cualquiera de las propiedades acústicas existentes en el pozo o alrededor de éste. La medición sónica estándar, basada en la detección del primer movimiento, generalmente sólo puede ser utilizada para determinar la lentitud de las ondas compresionales de la formación. Para todas las demás mediciones sónicas, tales como las lentitudes y las amplitudes de las ondas de corte, flexurales y de Stoneley, es necesario registrar la forma de onda completa utilizando una herramienta sónica de arreglo y procesar con una técnica tal como la de coherencia-tiempo-lentitud. 5.- Análisis de propagación de las ondas en los pozos llenos de fluidos de petróleo. El lodo de perforación produce una oleada inicial a través de la columna de perforación y sale por la barrena, limpiando el pozo y llevando los recortes a la superficie. Si bien las herramientas LWD están diseñadas para tolerar estos ambientes, las herramientas sónicas LWD también deben adquirir datos en ambientes inundados de ruidos y vibraciones. Las mediciones derivadas de la propagación de las ondas acústicas a través de los medios porosos proporcionan información de utilidad sobre las propiedades geológicas y geofísicas. Se han desarrollado métodos para utilizar las mediciones acústicas en tiempo real a fin de determinar los atributos de las formaciones, entre los que se encuentran la presión de poro y los gradientes de sobrecarga, la litología y las propiedades mecánicas. También se utilizan los datos sónicos para la detección de gas, la evaluación de las fracturas y la calibración de la sísmica. Estas herramientas miden el tiempo que requiere un pulso acústico audible para propagarse desde un transmisor, a través del lodo, y finalmente hasta un arreglo de receptores a lo largo del cuerpo de la herramienta. Este tiempo medido equivale al tiempo de viaje acumulado a través de los diversos medios atravesados. El lodo de perforación produce una oleada inicial a través de la columna de perforación y sale por la barrena, limpiando el pozo y llevando los recortes a la superficie. 6.- Relación entre la porosidad y el tiempo de tránsito. Una de las ecuaciones utilizadas para determinar la relación entre la porosidad y el tiempo de tránsito, es la ecuación de tiempo promedio de Wyllie y propuso luego de muchos experimentos de laboratorio, una relación lineal entre el tiempo de tránsito y la porosidad a la cual se la denomina también formula del tiempo de transito promedio, ya que el tiempo que se utiliza en dicha fórmula es el promedio de los intervalos de tiempo registrados en una zona de interés Luego de numerosos experimentos para formaciones limpias y consolidadas con pequeños poros distribuidos de manera uniforme, Wyllie propuso la siguiente ecuación. Wyllie propuso luego de muchos experimentos de laboratorio, una relación lineal entre el tiempo de tránsito y la porosidad a la cual se la denomina también formula del tiempo de transito promedio, ya que el tiempo que se utiliza en dicha fórmula es el promedio de los intervalos de tiempo registrados en una zona de interés. La forma general es: Generalmente, la ecuación de Wyllie suministra valores de porosidad aceptables y su simplicidad ciertamente contribuye a una continua aceptación en la evaluación deformaciones, aun cuando existen algunas restricciones para su aplicación, por ejemplo observando hacia los extremos del rango de porosidad, el comportamiento observado en campo difiere de forma marcada de los resultados obtenidos a partir de la fórmula. Porosidad en arenas consolidadas: En formaciones de arenas limpias y consolidadas con los poros distribuidos la ecuación se reduce a: Donde: tlog = tiempo de tránsito de la onda leído del registro (µs/pie). tma = tiempo de tránsito de la onda en la matriz de la roca (µs/pie). tf = tiempo de tránsito de la onda en el espacio poroso. Ǿ = porosidad Generalmente las arenas consolidadas y compactas tienen una porosidad menor al25%, en estas formaciones la lectura de un registro acústico aparenta ser independiente del contenido de los poros: agua, petróleo, gas, sin embargo en algunas regiones las porosidades pueden alcanzar de un 30 % a un 35 % en reservorios que tienen muy baja saturación de agua, lo que implica alta saturación de hidrocarburo, existen valores de intervalos de tiempo de tránsito mucho mayores cuando las formaciones contienen hidrocarburos que en aquellos valores que se obtienen frente a los mismos tipos de formaciones cuando están saturadas solo de agua, lo que indica que los valores de porosidad obtenidos a partir de los registros acústicos están influenciados por el contenido de los poros de la matriz, lo que implica que la porosidad obtenida es aparente. Porosidad en arenas no consolidadas limpias El uso directo de la fórmula de wyllie da valores de porosidad demasiado altos enarenas no consolidadas e insuficientemente compactadas. Estas arenas no compactas se presentan más comúnmente en formaciones geológicamente recientes y especialmente a poca profundidad. Para corregir esta falta de compactación se encontró un factor de compactación Cp Donde Ǿa es la porosidad aparente dado directamente de la ecuación de Wyllie y Ǿc es la porosidad corregida. Cp es siempre mayor que la unidad, los valores más comunes van desde 1 a 1,3observándose ocasionalmente valores de hasta 1,8 7.- Modelo matemático para determinar el esfuerzo de tensión y deformación de las rocas utilizando el registro sónico. Módulo de rigidez o de cizallamiento (Ley de Hooke). El esfuerzo de cizallamiento se denomina la tensión, que actúa paralelamente al área. El esfuerzo de cizallamiento da origen a una deformación por fractura. La deformación por cizallamiento se expresa por el ángulo de deformación F. El ángulo de deformación se forma por la superficie original del área y la superficie deformada por la tensión ejercida paralelamente al área. Para calcular las deformaciones cuando los esfuerzos son conocidos, se debe conocer la relación que existe entre el esfuerzo y la deformación. Cuando las deformaciones son pequeñas esta relación está dado por la Ley de Hooke, la cual establece que, dada una deformación, ésta es directamente proporcional al esfuerzo producido. Cuando existen varios esfuerzos, cada uno produce deformaciones, independiente de los otros esfuerzos, entonces el total de las deformaciones es la suma de las deformaciones individuales producidas por cada esfuerzo. En medios isotrópicos es decir, cuando las propiedades o características del medio no varían, o no dependen de la dirección sobre la cual se aplican las fuerzas, la relación entre esfuerzo y deformación puede definirse de la siguiente forma: Donde: µ y λ = constantes elásticas Δ = es la dilatación ε = son las deformaciones µ es una medida a la deformación de cortante y es conocido como el módulo de rigidez al cortante o módulo de cizalla. Los líquidos no oponen resistencia a la cizalla, por lo tanto µ = 0 En el caso de un esfuerzo cortante y una deformación pequeña la tensión Ssh es proporcional a la deformación: Ssh = m ´ f. En esta relación m es la constante de proporcionalidad denominada módulo de rigidez o de cizallamiento ɸ es el ángulo de deformación. Para los líquidos vale µ = 0, para la mayoría de los demás materiales µ aproximadamente y numéricamente vale la mitad de E ANÁLISIS DE RESULTADOS Hubo temas algo complejos al momento de realizar una búsqueda de información, los demás temas son un refuerzo a lo que ya vimos en la parte teórica como lo son las propiedades acústicas de las rocas, tema que se vio en este trabajo y se obtuvo el conocimiento sobre su función. CONCLUSIÓN Sin duda alguna nos permitió conocer cómo actúan las ondas acústicas sobre una formación para los registros, de igual manera conocer los comportamientos de una roca al ser sometidos a dichas ondas. BIBLIOGRAFÍA Ing. invest. y tecnol. vol.13 no.4 México oct./dic. 2012.Avances y aplicaciones en física de rocas para exploración de hidrocarburos www.geovirtual2.cl/geologiageneral/ggcap01c.htm www.authorstream.com/Presentation/aSGuest96956-994932-tema-ii-inter-perfiles/ Bassiouni, Z. (1994). Theory, Measurement and Interpretation of well logs . Richardson. 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