Extracción y Descripción de Núcleos de Perforación (Core Barrel)

Procedimiento de Extracción

1. Mantener suspendido el core barrel en el equipo de perforación.
2. Desalojar el núcleo por gravedad y en secciones.
3. Depositar los núcleos en cajas previamente identificadas (numeración, base, tope).
4. La base del núcleo es lo primero que se extrae.
5. Medir la longitud y calcular el porcentaje de recuperación del núcleo.
6. Limpiar el núcleo frotándolo con guaype seco para remover el exceso de lodo de perforación.
7. Reconstruir el núcleo y rellenar con estacas de madera marcadas con la profundidad.
8. Envolver el núcleo con papel de aluminio y sellarlo con cera.

Descripción de Núcleos en Laboratorio

• Determinar la fluorescencia y realizar pruebas de corte.
• Describir el núcleo utilizando un microscopio binocular.
• Identificar el tipo de roca, color, tamaño de grano, angularidad, cemento, composición, contenido orgánico, accesorios, estructuras sedimentarias, buzamientos de capas, sistemas de fracturas y contactos formacionales.

Graficación

Los resultados se grafican en formatos especiales.

Almacenamiento de Núcleos

Los núcleos se almacenan en bodegas especiales, considerando su importancia para estudios futuros.

Núcleos de Pared (Side Wall Core)

Son muestras del subsuelo obtenidas después de la perforación del pozo. Se extraen de las paredes del pozo utilizando una herramienta especial, generalmente mediante disparos. Tienen forma cilíndrica (aproximadamente 5 cm) y permiten un análisis detallado de la secuencia perforada.

Usos

• Sirven como información adicional en la evaluación de formaciones (reservorios): fluorescencia, porosidad, permeabilidad.
• Verifican la litología en zonas dudosas.

Recuperación

La selección de los intervalos para la obtención de núcleos de pared se basa en correlaciones entre registros litológicos y eléctricos. Se utilizan registros eléctricos ampliados para mayor precisión.

Ventajas

Es una operación rápida y de menor costo en comparación con la extracción de núcleos convencionales.

Geología del Subsuelo

Definición: Es la combinación del estudio de la estratigrafía, estructuras e historia geológica del subsuelo.

Objetivo: Interpretar las tres dimensiones del subsuelo.

Fines: Estudios científicos y evaluación del valor económico.

La geología del subsuelo se basa en información de la geología de superficie, pozos, socavones y geofísica.

Ejemplos en Perú

• Cuencas Tumbes, Talara y Sechura: Más de 12,000 pozos perforados, aproximadamente 1,000 km de sísmica, cientos de km² de gravimetría y cientos de km de líneas aeromagnetométricas.
• Mar Afuera: Más de 1,500 pozos perforados, más de 30,000 km de sísmica 2D, aproximadamente 2,000 km² de sísmica 3D, cientos de km de líneas aerogravimétricas y magnetométricas.
• Selva: Más de 400 pozos perforados, más de 150,000 km de sísmica 2D, cientos de km² de sísmica 3D y cientos de km de líneas aerogravimétricas y magnetométricas.

Requisitos para una Geología del Subsuelo Exitosa

• Geólogos con conocimientos sólidos de conceptos básicos, modelos geológicos, estratigráficos y estructurales del área.
• Experiencia.
• Creatividad, capacidad de diagnóstico y razonamiento para formular hipótesis geológicas.

Actualidad y Futuro: La exploración y desarrollo de los recursos naturales dependen de la calidad de las interpretaciones del geólogo del subsuelo.

En la industria de hidrocarburos, la geología del subsuelo tuvo un avance significativo a partir de 1925.

La aplicación de la geología del subsuelo al desarrollo y extensión de un campo se denomina Geología de Producción.

Perforación de Pozos

Es la etapa final de los proyectos de exploración y desarrollo en un yacimiento de hidrocarburos.

Cualidades:

• Permite conocer la estratigrafía y la presencia de hidrocarburos en el área (yacimiento).
• Constituye el medio de comunicación entre el reservorio del subsuelo y la superficie.

Los costos de perforación de pozos son elevados y conllevan riesgos en la exploración y explotación de hidrocarburos.

Sistemas de Perforación

• Percusión: Se basa en golpes sucesivos con un instrumento perforante (sistema antiguo).
• Rotación: Sistema que utiliza una tubería de perforación rotatoria con una broca.

Equipos de Perforación

Sistema mecánico con una torre de acero que permite el movimiento de tuberías y herramientas, accionado por motores.

Los equipos cuentan con elementos auxiliares, sistemas de seguridad, generadores de electricidad, insumos para la perforación y alojamientos.

Actualmente, los equipos tienden a utilizar sistemas de rotación más eficientes.

Para pozos dirigidos y horizontales, se emplea un motor de fondo que incrementa las rotaciones de la broca y permite trayectorias desviadas.

Motor de fondo: Turbina accionada por el flujo de lodo que utiliza herramientas adicionales como MWD (Measurement While Drilling) y Slim Pulser para controlar la desviación y el ángulo de inclinación.

Elementos de un Equipo de Perforación:

• Torre de perforación: Estructura metálica donde se realiza la perforación.
• Tubería de perforación: Tubos de acero que se unen a medida que avanza la perforación.
• Mesa Rotaria: Dispositivo que rota la tubería.
• Brocas: Dispositivos que perforan el subsuelo y abren el pozo.
• Malacate: Unidad que enrolla y desenrolla el cable de acero que sube y baja las poleas y la tubería de perforación.
• Sistema de lodos: Prepara, almacena, inyecta y circula el lodo de perforación.
• Motores: Unidades que proporcionan la fuerza motriz a la perforación.
• Sistema de cementación: Prepara e inyecta cemento para fijar los tubos de revestimiento al pozo.

Fluidos de Perforación

Lodo de Perforación: Fluido bombeado por el interior de la tubería, que sale por los orificios de la broca y regresa por el espacio anular entre la tubería y las paredes del pozo.

Anteriormente, los lodos contenían baritina, bentonita y químicos perjudiciales para el medio ambiente. Actualmente, se utilizan sustancias a base de polímeros biodegradables que cumplen con las exigencias ambientales.

Objetivos del Lodo de Perforación:

• Lubricar la tubería y enfriar la broca.
• Sostener las paredes del pozo.
• Controlar los flujos de hidrocarburos de los reservorios.
• No interferir con la identificación de hidrocarburos en las muestras.
• No afectar la permeabilidad de los reservorios.
• Permitir la toma de registros eléctricos y otras operaciones.

Riesgos del Lodo de Perforación:

• Puede afectar el régimen de penetración, la estabilidad del pozo, la evaluación y productividad del reservorio, el funcionamiento y desgaste del equipo, las operaciones de cementación y el costo del pozo.

Geología de Pozo

Son las actividades de control geológico de un pozo durante la perforación en busca de hidrocarburos.

Objetivo: Identificar y evaluar los detritos recuperados para identificar las formaciones geológicas y evaluar las muestras que contengan hidrocarburos.

Responsabilidades del Geólogo de Pozo:

• Encargado del control geológico del pozo desde el inicio hasta el final.
• Su labor es crucial para las compañías petroleras.
• Los resultados de su trabajo son fundamentales para la toma de decisiones.
• Debe ser un profesional consciente de la importancia de su trabajo.
• Al inicio del pozo, debe verificar la lista de equipos, suministros y documentos.

Lista del Geólogo de Pozo:

• Informe de geología regional.
• Programa de perforación y pronóstico.
• Registros de pozos vecinos.
• Mapas y secciones estructurales.
• Correlaciones estratigráficas.
• Instrucciones para la toma de núcleos convencionales y muestras de pared.
• Registros y procedimientos diversos.
• Números telefónicos de las personas a notificar.
• Listado de distribución de envío de información.
• Formatos de reportes e informes.

Lista de la Unidad de Geología de Pozos:

• Cromatógrafo.
• Detector de gas total y detector de H₂S.
• Sistema de comunicación.
• Microscopio binocular.
• Fluoroscopio.
• Registrador de la velocidad de penetración.
• Hardware e impresoras.
• Insumos para el almacenamiento de muestras.
• Cromatógrafo adicional.
• Cocina.
• Repuestos de los equipos.

Responsabilidades Adicionales:

• Conocimiento del programa de perforación, información geológica del área e información de eventualidades.
• Coordinación con los geólogos encargados del área, programa de núcleos y registros eléctricos.
• Supervisión y control de la unidad de geología de pozos.
• Descripción e interpretación de muestras.
• Descripción e interpretación de muestras de cromatografía y fluorescencia.
• Muestreo para otros trabajos geológicos.
• Análisis de los parámetros de perforación e interpretación de los cambios en la velocidad de penetración.
• Correlación diaria del pronóstico con los resultados del avance.
• Proposición de cambios basados en los resultados.
• Supervisión de la operación de registros eléctricos.
• Evaluación de registros eléctricos, indicando los topes de las formaciones y recomendando cambios en los programas de núcleos y pruebas de fluidos.
• Coordinación con el supervisor de perforación y el químico.
• Transmisión de información, nuevas ideas e hipótesis de acuerdo con los resultados.
• Confidencialidad de la información.

Tiempo de Viaje: Es el tiempo que tardan las muestras en llegar a la superficie desde que son cortadas. Depende de la profundidad y la velocidad de circulación.

Métodos para Determinar el Tiempo de Viaje:

• Contar los golpes de bomba y considerar el diámetro del pozo y la tubería de perforación.
• Introducir carburo, arroz o papel celofán picado en el lodo.

Técnica de Muestreo:

Se realiza en la zaranda, donde los detritos suben a la superficie. La zaranda debe lavarse antes de cada muestra. El tiempo de viaje debe verificarse y corregirse periódicamente. El intervalo de muestreo depende del avance (generalmente, una muestra cada 10 pies o 3 metros). Las muestras se lavan con agua para eliminar el lodo y los fragmentos mayores a 1 pulgada. Se guardan en bolsas con el nombre del pozo y la profundidad.

• Sin lavar: 400 gramos en bolsas de plástico.
• Lavadas y Secas: 50 gramos en bolsas de papel.
• Geoquímica: Si hay interés en la roca generadora, se almacenan 500 gramos en bolsas selladas (no plásticas y sin aire) con germicida.

Programa de Muestreo

• Pozos de Desarrollo: Muestras cada 20 o 30 pies, hasta 1,000 pies antes de llegar al reservorio.
• Pozos Exploratorios: Muestras cada 10 pies en todo el pozo.

Consecuencias de un Mal Muestreo

Razones: Muestras que no corresponden a la profundidad perforada, muestras contaminadas, intervalos sin muestrear.

Generan: Uso de información errónea, malas decisiones en la toma de núcleos y muestras de pared, malas pruebas de pozo y posibles gastos adicionales.

Control Geológico de Pozos

Supervisión de las disciplinas geológicas durante la perforación del pozo.

Controles Geológicos:

• Control Litológico: Descripción visual de las muestras del pozo mediante registros litológicos.
• Control Cromatográfico: Evaluación de los gases contenidos en las muestras utilizando un cromatógrafo.
• Control Estratigráfico: Descripción del contenido de microfauna en muestras secas.
• Control Direccional: Evaluación de los registros de desviación del pozo y comparación con lo programado.
• Control Estructural: Evaluación y comparación de las posiciones y eventos estructurales del pozo.

Soporte en Perforación: Los supervisores de perforación requieren conocer las características de las formaciones atravesadas para optimizar la perforación y lograr buenas velocidades de penetración.

Preparación de un Registro Litológico por Porcentajes

Es el primer registro del pozo en perforación. Se realiza con las muestras y su descripción es visual.

Requerimientos:

• Preparación de muestras.
• Descripción de muestras.
• Determinación de fluorescencia.
• Elaboración del registro.

Preparación de Muestras:

Las muestras se lavan con agua para eliminar el lodo de perforación y se colocan en un plato con el nombre del pozo y la profundidad. Antes de la descripción, se realiza un último lavado. A veces, se utiliza un imán para remover limaduras de hierro.

Descripción de Muestras:

El geólogo revisa la estratigrafía de la zona y realiza descripciones para identificar las características de las formaciones.

Equipo Necesario:

• Microscopio binocular.
• Punzón.
• Pinzas.
• Ácido clorhídrico.
• Fenolftaleína.
• Paleta de porcelana.

Técnica:

Se identifican los siguientes tipos de rocas:

• Lutitas.
• Calizas.
• Limolitas.
• Areniscas.
• Arenas.
• Conglomerados.

Ejemplo: 20% Lutitas, 20% Limolitas, 30% Areniscas y 30% Arenas = 100%

Después de los porcentajes, se describen las características litológicas, que se grafican en el registro litológico.

Descripción Litológica (Detallada):

• Lutitas y Limolitas: Color, forma, inclusiones, contenido calcáreo, grado de compactación.
• Areniscas: Color, tamaño de grano, composición del grano, angularidad, selección, inclusiones, matriz, cemento, contenido calcáreo, grado de cohesión, porosidad visual.
• Arenas: Color, tamaño de grano, composición y textura del grano, angularidad, selección.

Ejemplo de Descripción Litológica:

20% Lutitas: Grises, granos en bloques, micromicáceas, microcarbonosas, calcáreas, ligeramente firmes.

20% Limolitas: Grises, granos sub-bloques, microcarbonosas, algo calcáreas, ligeramente suaves.

30% Areniscas: Blanco grisáceas, 20% fino, 50% medio, 30% grueso, subangulares a subredondeados, selección regular, matriz arcillosa, cemento calcáreo, ligeramente consolidadas, porosidad visible ligeramente pobre.

30% Arenas: Blanco hialinas, blanco lechosas, granos de cuarzo, 30% finos, 30% medios, 40% gruesos, subangulares a subredondeados, selección regular.

Ejemplo de Descripción Litológica (Accesorios):

En algunos casos, las lutitas pueden contener glauconita, pirita, láminas de carbón, microfósiles incluidos o láminas de material calcáreo.

Las areniscas pueden presentar glauconita, fragmentos de conchas, pirita, granos de minerales oscuros o granos rojos o anaranjados incluidos.

Otros accesorios que se pueden encontrar sueltos en el plato incluyen madera fósil, restos de plantas, microfósiles, granos de carbón, pirita cúbica, granos de glauconita botroidal o amorfa, micas, espinas de pescado, espinas de equinoides, fragmentos de conchas, calcita, dolomita, material de falla y coprolitos.

Descripción Litológica (Resumen):

• Lutitas, Limolitas:
  • Color (Gris, marrón, gris oscuro, marrón grisáceo, etc.)
  • Forma (Bloques, aplanado)
  • Inclusiones (Micromicáceas, microcarbonosas)
  • Contenido calcáreo (Ligeramente calcárea, muy calcárea)
  • Grado de compactación (Suave, firme, dura)
• Areniscas:
  • Color (Blanco hialino, blanco lechoso)
  • Tamaño de grano (Fino, medio, grueso)
  • Composición de grano (Granos de cuarzo, feldespatos)
  • Angularidad (Subangular, subredondeados, redondeados)
  • Selección (Pobre, regular, buena)
  • Matriz (Arcillosa, silícea)
  • Cemento (Calcáreo, no calcáreo)
  • Grado de cohesión (Consolidada, friable)
  • Porosidad visual (Pobre, regular, buena)

Fluorescencia

Propiedad de ciertos cuerpos de transformar la luz que reciben en radiaciones de mayor longitud de onda. Todos los petróleos manifiestan fluorescencia en mayor o menor grado.

Objetivo: Determinar este indicio de hidrocarburos en las muestras del pozo en perforación (control geológico). En el registro litológico, es un método descriptivo y visual (cualitativo).

La presencia de hidrocarburos también se puede detectar si hay gas disuelto en las muestras, como emulsión en el lodo o en los núcleos convencionales o de pared.

Las muestras de areniscas, arenas, calizas, cuarcitas, muestras de pared y núcleos convencionales deben exponerse a la radiación ultravioleta.

La calidad de la información depende de:

• Calidad de la muestra.
• Tipo de lodo usado (grasas y aditivos con fluorescencia).
• Tipo de equipo utilizado.
• Experiencia del geólogo.

Equipo para Observar Fluorescencia:

• Cámara oscura.
• Fluoroscopio.
• Platos de hierro o enlozados.
• Pinzas.
• Paletas de porcelana.
• Reactivos para determinar la reacción.

Los equipos deben estar limpios para evitar la contaminación de las muestras.

Procedimientos de Observación:

1. Utilizando un fluoroscopio estándar incluido en un microscopio binocular.
2. Utilizando un fluoroscopio como equipo independiente.

Pasos a Seguir:

1. Eliminar la contaminación del lodo de perforación (lavado).
2. Observar las muestras bajo luz ultravioleta en un ambiente oscuro.
3. Observar el área que fluorece y clasificarla:
   • Trazas (1% – 5%)
   • Muy Pobre (5% – 15%)
   • Pobre (15% – 30%)
   • Regular (30% – 50%)
   • Buena (50% – 75%)
   • Muy Buena (75% – 100%)
4. Determinación del Color: Establece la gravedad API de los hidrocarburos según el color bajo el fluoroscopio. Los colores varían desde blanco hasta anaranjado (de mayor a menor gravedad API).

Coloración de Fluorescencia según Gravedad API:

• Azul – Blanco: 45° API o más.
• Azul – Blanco amarillento brillante: 45° – 35° API.
• Amarillento brillante a pálido: 35° – 30° API.
• Amarillo pálido a oro: 30° – 18° API.
• Oro a oro apagado: menos de 18° API.
• Anaranjado: 14° API o menos.

Intensidad del Color de Fluorescencia: Fuerte, Débil, Muy Débil (apenas).

Tener cuidado con los colores blanco amarillento de la calcita (restos fósiles) y violeta oscuro a marrón de los minerales radioactivos.

Corte: Prueba para diferenciar la fluorescencia de hidrocarburos de la mineral.

Se utilizan los mismos equipos, pero se añaden solventes como tricloroetano (al 70%), tetracloruro de carbono (acetona), alcohol o ácido clorhídrico.

Corte de Fluorescencia: Aplicar solvente (tricloroetano, tetracloruro de carbono, acetona) a la muestra con fluorescencia en una paleta de porcelana, en un ambiente oscuro. Se produce el corte.

Descripción del Corte:

• Velocidad del Corte: Instantáneo, Rápido (menos de 5 segundos), Lento (aproximadamente 5 segundos o más), Muy Lento.
• Color e Intensidad: Fuerte (color definido), Débil (color pálido), Ligero (apenas perceptible).
• Forma de Corte: Amplio, Nuboso, Radiante y Alargado (sigue una dirección).
• Evaluación de la Muestra: Buena, Regular, Pobre.

Técnica:

1. Lavar la paleta de porcelana con agua y luego alcohol.
2. Observar la paleta bajo el fluoroscopio para verificar la limpieza (no debe fluorescer).
3. Poner gotas de solvente (tricloroetano, tetracloruro de carbono, acetona) bajo el fluoroscopio (no debe fluorescer).
4. Dejar caer gota a gota el solvente sobre la muestra.
5. Observar el corte: anotar el color (blanco, azul, amarillo, etc.), la intensidad (fuerte, débil, etc.) y la velocidad (rápido, lento, etc.).

Nota: Para muestras con cemento, se utiliza fenolftaleína. Para contenidos calcáreos, someter las muestras a ácido clorhídrico durante unos minutos y luego realizar las pruebas de fluorescencia.

Ejemplo:

50 – 75% de fluorescencia: Blanco amarillento brillante, el corte es moderadamente rápido, radiado como un riachuelo de color blanco lechoso, el anillo residual no es visible, es una buena muestra de hidrocarburos. (50 – 75% Fluorescence: White yellowish bright, mod – fast streaming cut, milky white fluorescence on cut, residual ring is not visible, good oil shows).