Técnicas de diferenciación litoestratigráfica durante el control geológico-operacional de un pozo

Edgar Chacín/Franklin Rodríguez

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Resumen: Antes de la llegada del nuevo milenio, en la Subcuenca de Barinas, los pozos de producción y avanzada eran supervisados exclusivamente por el geólogo de operaciones de Pdvsa sin el auxilio de los servicios de las cabinas de mud logging, que se usaban especialmente para los pozos exploratorios y de Alto Riesgo. Los servicios de Mudlogging generalmente elevan el costo de producción del barril de petróleo; por esta razón, se mejoró la técnica de identificación de los topes de las formaciones implementando gráficos de ROP en formato Excel. Como resultado, se convirtió en una herramienta precisa, segura y fácil de aprender y de usar por los ingenieros involucrados en la fase de capacitación, logrando así, acelerar el proceso operacional mediante la definición rápida de formaciones geológicas.

Palabras clave: Cabinas, ROP, Subcuenca de Barinas, tope, gráficos, dureza, compresibilidad.

Abstract: Before the arrival of the new millennium, in the Barinas Sub-basin, the production and appraisal wells were exclusively supervised by the PDVSA operations geologist without the help of the mudlogging cabin services, which were used specially for exploratory and Wildcat wells. Mudlogging services usually raise the oil barrel production cost; for this reason, the formation top identification technique was improved implementing ROP charts in excel format. As a result, it became an accurate, safe and easy tool to learn and to use by engineers involved in training phase, achieving in this way, to speed up the operational process by the quick definition of geological formations.

Keywords: Cabins, ROP, Barinas Sub-basin, top, graphs, hardness, compressibility.

INTRODUCCIÓN

Durante la perforación de un pozo de petróleo, agua o gas, se atraviesan capas de diversidad litológica, consolidación, resistencia/compresibilidad, espesor, presión entre los estratos, etc, lo que influirá notablemente en la velocidad de avance, también conocida Rate of penetration (ROP). Cambios transcendentales de ROP permiten inferir el paso de una formación a otra, dicho límite que separa ambas unidades se denomina tope/cima, el cual es de vital importancia definirlo entre otras razones para: asentamiento de tubería de revestimiento, liner de producción, detección del tope y la base de la zona de presiones anormales, el paso a una formación fracturada, entre otros. Para su determinación, se calcula un intervalo de profundidad perforado, en pie o metros en un lapso de tiempo, minutos u horas, es decir la ROP es igual al Intervalo de profundidad dividido entre Tiempo, y va expresado normalmente en ft/hora. En operaciones geológicas, existen otros métodos para determinar cimas, como son, el muestreo geológico, la calcimetría, registros mientras se perfora (LWD), etc, que en combinación con el grafico de ROP, se convierte en una poderosa herramienta técnica, que ha garantizado, en la Subcuenca de Barinas, minimizar el riesgo operacional, costos asociados y/o tiempo de perforación, al reducir el margen de error entre los topes/cimas por registros de pozo y el determinado por gráficos de ROP, en poco más o menos 5 pies.

Que es la Tasa de Penetración (ROP)

Constituye un buen auxiliar para la acertada correlación de muestras de los estratos penetrados durante un sondeo, los gráficos indican el ritmo cronológico en que ha ido avanzando la perforación en cuestión. La figura 1 son dos (2) ejemplos de gráfico de ROP (Velocidad de avance). Registra el ritmo o la velocidad en que fue progresando la perforación a través de las distintas formaciones geológicas. El gráfico A, a profundidades comprendida entre los 11730’ y 11890’. De 11730’ a 11784’, la perforación se hizo con tasa promedio de 50 ft/h, moderada rapidez porque la formación es de baja compresibilidad, su composición litológica son lutitas marinas, pero al llegar a los 11784’ se produjo una súbita reducción en el avance de la perforación, pues allí se encontró una formación de carbonatos de alta compresibilidad. Luego de atravesada esta zona, en la base, se topó con un intervalo de areniscas a la profundidad de 11852’, que fue perforada a una tasa de penetración superior que el intervalo de lutitas. El grafico B, a profundidades comprendida entre los 6200’ y 6600’. De 6200’ a 6400’, la perforación se hizo con rapidez, su composición es de arcillas intercaladas con arenas, al penetrar los 6400’ se produjo una reducción en el avance de la perforación, pues allí se encuentran la formación Parángula, compuesta en la parte superior por areniscas con aumento en el tamaño de los granos y arcillas de alta compresibilidad (Von Der Osten, 1966).

Al ser comparado con los corte de perforación, este gráfico puede ayudar evidentemente al geólogo operacional a situar los puntos superior e inferior de contacto entre formaciones que difieren en cuanto a dureza y litología. Los gráficos de este tipo que se confeccionen para nuevas perforaciones o puntos de drenaje cercanos a él, facilitaran la labor de efectuar las correlaciones geológicas.

Estratigrafía de la Subcuenca de Barinas

La columna estratigráfica de la Subcuenca de Barinas, se desarrolló sobre un basamento Precretácico de naturaleza ígneo-metamórfica. El Cretáceo consta de cuatro (4) formaciones que en orden estratigráfico son: Aguardiente compuesta por calizas y areniscas cuarzosas, Escandalosa formada por carbonatos y areniscas cuarzosas, Navay, dividida en dos (2) miembros (La Morita, lutitas, y Quevedo, areniscas, lutitas y calizas), finalmente Burgüita (areniscas micáceas), la Figura 2 está acompañada por las curvas de Gr y ROP.

 

El Terciario comprende cinco (5) formaciones. Gobernador y su principal ingrediente, las areniscas cuarzosas, Pagüey las lutitas y finalmente el Grupo Guayabo conformadas por las formaciones Parángula (areniscas, arcillas) y río Yuca (conglomerados de grano grueso). El ciclo sedimentario se cierra con la Formación Guanapa compuestas por conglomerados (Feo Codecido et al., 1984), (Kiser, 1992).

Antecedentes

En las postrimerías de la década de los años 40, cuando se inicia la exploración de hidrocarburos en la Subcuenca de Barinas de Venezuela, figura 3, el geólogo de operaciones, para poder calcular la ROP, empleaba un equipo denominado geolograph, figura 4-A, un registrador automático de la velocidad de perforación, que carecía de un formato gráfico. Para solventar la carencia de recursos tecnológicos tiempo después se diseñó una nueva configuración para llevar un control minucioso de la tasa de penetración cada 5 pies con la colaboración del perforador de turno (Chacin, 2014). La figura 4-B, muestra el formato empleado para la captura de la información a intervalos cada 5 pies, como se puede observar en el cuadrante de perforación, figura 4-C, y simultáneamente el cálculo de la ROP y paralela ilustración, figura 1-A y 4-D, por ejemplo la línea de color azul, la escala se incrementa de derecha a izquierda (0 a 50 ft/h). Donde se distingue en detalle el cambio repentino de la ROP al pasar de una formación frágil, litología compuesta de lutitas marinas, a una más consolidada, calizas.

 

 

 

En la década de los años 60, las cabinas de Mud logging permitieron el control más preciso y minucioso de los parámetros de perforación y el examen microscópico de las muestras de canal a intervalos predeterminados. Los datos de dichos parámetros, se obtiene de una serie de sensores electrónicos que son conectados en los equipos de perforación, como por

 

 

ejemplo: presión de bomba, rotaria, peso de la sarta, torque, entre otros, en consecuencia son procesados para proporcionar los cálculos de ingeniería, y luego son reflejados en forma simplificada, logrando reconocer y entender mejor los cambios litoestratigráficos, Figura 5 (Chacin, 2014).

Por regla general, se estipula el uso de cabinas de Mud Logging, por ejemplo para pozos exploratorios o en áreas petrolíferas o gasíferas con presiones anormales, entre otros, incrementando su costo considerablemente. Las formaciones con presiones anormales cuando son atravesadas complican severamente las operaciones de perforación, geológica, sísmica y de ingeniería de petróleo, de allí su inminente demanda, pero en aquellos campos petroleros carentes de estas zonas problemáticas no es necesaria contratarlas, ya que incrementa el costo de producción del barril de petróleo, por tanto las operaciones geológicas pueden ser ejecutadas sin problemas por el geólogo de pozo, es importante que este profesional recurra a técnicas menos traumáticas para la obtención de la data operacional.

A partir de 1992, en la Subcuenca de Barinas, con el desarrollo de software, se introduce la data cruda de ROP en Excel versión 4.0, lo que facilitó mejorar tanto la visualización de la curva de ROP entre diferentes rangos de profundidad, como el uso de diferentes escalas como las utilizadas en los registros de pozos, por ejemplo 1:200 y 1:500, de la misma manera poder realizar comparaciones con otros gráficos operacionales, por citar un caso, WOB, RPM, entre otros, Figura 1-B y 5.

Desde el punto de vista físico, cuando existe un cambio repentino de la ROP o una perturbación, la primera señal se observara en el cuadrante de perforación, esto debido a que la onda mecánica viaja a 340 m/s por la tubería, el perforador lo notará en la planchada del taladro, informando inmediatamente al geólogo la profundidad registrada; por ejemplo si el cambio de la ROP ocurre a los 3400 metros, el hecho se apreciara a los 10 segundos, así ante el cambio de formación y sin necesidad de tener el corte de perforación (muestra de roca fresca), se tomará inmediatamente la decisión de detener la perforación momentáneamente, mediante el cálculo de tiempo de retorno se obtendrá el lapso que tardará la muestra en llegar a la superficie, al comprobar positivamente dicho cambio, se realizara la operación programada, por ejemplo: a) toma de núcleo, b) colocación de tubería de revestimiento, Figura 6, c) registro de pozo, entre otros.

ROP vs curvas de registros de pozos

Figura 7, compuesta por las curvas de ROP y rayos gamma (Gr) a la misma profundidad, el Gr es un registro litológico, que asociada con la tasa de penetración, se visualizara y comprenderá mejor los cambios ocurridos. Figuras 7-A, Pozo M-20, se puede contemplar que durante la perforación de la Formación Parángula la ROP oscila entre los 20 y 50 ft/h y al hacer contacto con una gruesa arenisca basal triplica el promedio, luego al roce con las lutitas de la Formación Pagüey, la ROP disminuye y mantiene la velocidad de avance promedio de 40 ft/h, este incremento en líneas generales es la señal de aproximarse a la Formación Pagüey. Figura 7-B, pozo Se nota que durante la perforación de las areniscas de la formación Gobernador, fue en promedio 25 ft/h y al penetrar el tope/cima de la formación cretácica compuesta de lutitas/limolitas, la ROP se redujo de manera repentina a 4 ft/h o menos, por otra parte el Gr cerca de 10-15 API de la unidad suprayacente es típico de rocas ricas en cuarzo, de buena porosidad y baja arcillosidad, mientras que en la formación del Cretáceo aumenta más de 100 API, es decir existe una relación inversa entre ambas curvas, cuando aumentan los datos de ROP disminuyen los de GR de la formación, ejemplo, se puede notar en los 5 intervalos de lutita a, b, c, d y e intercalados con las areniscas donde disminuyen los de ROP.

 

 

En el próximo ejemplo, figura 8, las curvas de Gr de los pozos del campo M.

 

 

correlacionan muy bien, las de ROP tienen pequeña disparidad, no obstante se puede efectuar sin ningún problema el seguimiento operacional con un pozo vecino.

Beneficios de los gráficos de ROP

a. Permiten efectuar correlaciones.

La figura 3 y 9, está integrada por tres pozos, A, B C y D, de diferentes campos, cada uno contiene las curvas de Gr y ROP. La curva de Gr permite identificar el tope/cima de la formación Escandalosa por la disminución evidente de los valores API, en contraste a los de la unidad suprayacente, Miembro La Morita. La correlación se puede efectuar sin inconvenientes. Por otro lado, los gráficos de ROP muestran al inicio de la Formación Escandalosa el aumento de la ROP. El pozo D posee mayor ROP que el C, el pozo C mayor que el B y así sucesivamente, sedimentológicamente, hacia el sur la Fm Escandalosa se hace más arenosa y al norte más calcárea. Este contraste bien marcado de la ROP permitirá por ejemplo, establecer la profundidad para la toma de núcleos, el asentamiento del revestidor para completar el yacimiento a hueco abierto, entre otros.

 

 

b. Determinar topes/cimas.

La ROP registra la velocidad de avance de la perforación a medida que profundizamos y atravesamos diferentes unidades geológicas de menor fragilidad a mayor consolidación. Estas características propias de cada formación posibilitan determinar debido a incremento en el avance de la perforación el tope/cima, ejemplo, la Figura 10, el grafico A, hay tres (3) formaciones, en la parte superior Mesa/Las Piedras, intermedio Morichito e infrayacente Carapita. Entre la formación superior y la intermedia, la ROP disminuye de 60 ft/h promedio a 20 ft/h lo que demuestra un cambio de litológico o de formación, sin embargo esto fue corroborado al recuperar los cortes de perforación, pues allí se localizó un estrato de conglomerados. Luego de atravesar más de 1000’ de espesor de esta unidad, se topa con otro cambio de formación que fue penetrada a un ritmo más rápido debido a la presencia de lutitas frágiles.

El diagrama B, se percibe muy próximo a la profundidad de 4500’, se interpreta un cambio de formación por el incremento de la velocidad de avance alrededor de 25 ft/h a 75 ft/h, esto debido a la presencia de lutitas intercaladas con areniscas de grano medio/grueso (Hedberg et al. 1947) a areniscas semiconsolidadas de la Fm. Oficina, finalmente el grafico C, existen intercalaciones de capas de sal y anhidrita, las capas de sal son fácilmente

 

perforadas en average 25 ft/h, mientras que las capas de anhidrita presentan mayor resistencia a la penetración, su velocidad de avance es de 5 ft/h. Los gráficos de la figura 9, tienen en común, previo conocimiento de la zona, poder interpretar el tope/cima de una formación sin la presencia inmediata de los cortes de perforación.

c. Realizar estadísticas.

La presente tabla muestra los diferentes tipos de mechas/estructuras de corte utilizadas, la densidad, tipo de lodo, tasa de penetración agrupadas en tres (3) categorías, baja (<10 ft/h), media (10 a 40 ft/h), alta (> 40 ft/h) y el tiempo de viaje empleado para el cambio de mecha PDC, cabe destacar el uso de esta mecha en la perforación de formaciones arcillosas o lutiticas fue satisfactorio, también, puede saltar a la vista que los pozos perforados con lodo a base de agua y que poseen porcentualmente un valor que supera el 65% de tasa de penetración alta, como es el caso de los pozos-6 y 7, traen como consecuencia mayor consumo de tiempo de viaje, debido a problemas operacionales como: arrastres y pegas de tubería (Chacin, 2002).

 

 

Conclusiones

Antes del advenimiento de las cabinas de Mud logging los Topes/cimas eran determinadas empleando únicamente la litológica.

Los gráficos de Tasa de Penetración con el nuevo formato permitieron ajustar los topes/cimas con margen de error cerca de 5 pies.

El uso de los gráficos de ROP como una herramienta para la determinación de punto de asentamiento de la tubería de revestimiento en la cima de la formación Gobernador o en la del cretácico ayuda a asegurar la integridad del pozo y reducir los costos por el uso de cabinas de Mud logging o registros eléctricos por cable/guaya o LWD.

La data cruda de la tasa de penetración en Excel versión 4.0, permitió mejorar tanto la visualización de la curva de ROP entre diferentes rangos de profundidad, con el uso de diferentes escalas 1:200 y 1.500, logrando comparaciones con otros gráficos operacionales.

Los beneficios de utilizar los gráficos de tasa de penetración son los siguientes: a) Permiten efectuar correlaciones, b) Determinar topes o cimas y c) Realizar estadísticas.

 

 

Edgar Chacin B.

Geólogo-UDO-Bolívar, graduado en 1991, 19 años de experiencia profesional en PDVSA, en el departamento de operacionesgeológicas, estudios integrados Barinas–Apure. Desde el año 2011 se desempeña como geólogo freelance. Desde 2017 trabajo con la empresa Ingeoexpert como profesor cursos online.

Franklin Rodríguez

Ingeniero de petróleo-UCV-Caracas, graduado en 2001, 8 años de experiencia profesional en PDVSA como Ingeniero de Operaciones de Perforación e Ingeniería. Desde el año 2010 trabajó en Petrolink Internacional 2010-2016, Bardasz 2017- 2019 y actualmente como ingeniero freelance.

 

Barinas. Apdo. 89. Barinas 5201-A, Venezuela: echb@hotmail.com, frankligr@hotmail.com