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La Swirr Obtenida por Barrido y por Mediciones de Presión Capilar

por: M. Crotti, E. Cabello, S. Illiano - (Última modificación - 11 de noviembre de 2000).

En esta página se analiza un caso específico del tema mucho más amplio englobado como Unicidad de los Puntos Extremos de Saturación y Permeabilidad. Para ello vamos a estudiar una situación frecuentemente encontrada durante la caracterización de reservorios: Diferentes valores de agua irreductible obtenidos durante los ensayos de permeabilidad relativa y de presión capilar.

En todos los desarrollos habituales (correlaciones, simulaciones numéricas, etc.) se parte de una suposición básica con respecto a los puntos extremos:

  • Dado un medio poroso y un juego de fluidos (Ej.: agua y petróleo) existe un solo juego de valores para Swirr y Sor.

Esta suposición básica implica otro juego más amplio de suposiciones tales como que la historia de saturaciones es la misma (ej.: inicialmente 100 % de agua, tanto en el reservorio como en el laboratorio) y que la mojabilidad del sistema es única. Como ejemplo de lo dicho puede mencionarse que cuando se definen las propiedades de una celda durante la simulación numérica, se fija el mismo valor de Swirr para la curva de Permeabilidad Relativa y de Presión Capilar. 

Por otro lado se acepta que las curvas de Permeabilidad Relativa y de Presión Capilar sufren histéresis, pero los puntos extremos no son afectados por los ciclos de drenaje e imbibición.

Y, sin embargo muchas veces la experimentación genera otro tipo de resultados. No es extraño que una misma roca sometida a ensayos de barrido y de presión capilar arroje resultados diferentes para el valor de Swirr. Frente a esta situación, y para definir el único valor necesario, el reservorista recurre a algún tipo de promedio o al descarte de valores considerados no representativos. El objetivo de esta página es profundizar en este tema para colaborar en la optimización de la evaluación de la información disponible durante la toma de decisiones. 

Para hacer el desarrollo, aceptaremos, en primera instancia, que existe un único valor para Swirr y analizaremos algunas hipótesis de trabajo: 

Muestras de permeabilidad media (entre 20 y 200 mD) poco laminadas.

En estas muestras suele obtenerse buena concordancia entre los valores de Swirr obtenidos por medio de barridos o de desplazamientos capilares. 

Muestras muy permeables (más de 500 mD) o de permeabilidad media y muy laminadas. 

En estas muestras suelen obtenerse mayores valores de Swirr durante los desplazamientos viscosos (barridos) que durante las mediciones de presión capilar. Esto situación suele presentarse como consecuencia de los siguientes factores concurrentes:

  • En las mediciones de laboratorio, el petróleo suele ser la fase no-mojante, y para que pueda desplazar al agua de los canales porales de menor diámetro es necesario garantizar que durante el desplazamiento viscoso, la presión empleada supere la Presión Capilar en dichos poros. 
  • Experimentalmente, la condición mencionada previamente se verifica aumentando en etapas sucesivas la presión de barrido. Este incremento se continúa hasta asegurar que un incremento de presión no origina un barrido adicional de agua. 
  • En muestras muy permeables (más de 0.5 D), (que adicionalmente suelen ser poco consolidadas),  altas presiones de desplazamiento implican caudales muy altos que pueden dañar el medio poroso, y por lo tanto no resultan aplicables los dos puntos anteriores.

Las soluciones suelen consumir tiempo de ensayo y costos adicionales que muchas veces no se realizan. Las posibles soluciones experimentales son las siguientes: 

  1. Obtener el agua irreductible por desplazamiento con gas o petróleo en equipos de Presión Capilar
    • Por el método de la membrana semipermeable. Este proceso suele consumir varios días. 
    • Por el método de la centrífuga. Más rápido que el anterior, pero con algunas complicaciones experimentales derivadas de la saturación no homogénea de la muestra. En este caso se requiere prolongar el medio poroso para eliminar la zona de transición que, de otro modo se produciría dentro de la muestra. 
  2. Emplear una fase orgánica más viscosa (200 cp o más par permitir el aumento de la diferencia de presión entre fases sin incrementar tanto el caudal) para llegar a Swirr y luego realizar el ensayo con la fase orgánica más representativa. Este método tiene algunas desventajas: ·
    • Las características de los medios porosos naturales no permiten garantizar un total reemplazo de una fase por otra aunque las fases sean mutuamente miscibles. Si el reemplazo no es completo (y no existe una indicación visual de la completitud del reemplazo) se corre el riesgo de realizar el ensayo posterior con una mezcla de fases orgánicas de viscosidad desconocida.
    • La elevada viscosidad dificulta la separación de agua y fase orgánica (especialmente hacia el final del desplazamiento donde el agua se produce en micro-gotas), por lo que la técnica experimental debe ser mucho más cuidadosa a efectos de no perder el registro de una parte del agua desplazada. 

Como resultado de lo anterior, cuando sólo se recurre a la eliminación de agua por barrido, éste suele ser incompleto. En otras palabras, empleando las prácticas recomendadas para muestras regulares, en el laboratorio, se asume que la muestra se encuentra en condiciones de Swirr cuando, en realidad, podría ser desplazada una fracción adicional de la fase acuosa  mediante un incremento de la Presión Capilar. 

Como consecuencia, si la muestra es representativa de una porción del reservorio donde las fuerzas capilares generan una Sw inferior a la obtenida en el laboratorio, todo el ensayo posterior puede resultar no representativo. En estos casos es necesario obtener el valor adecuado de Swirr antes de iniciar la inyección de agua o de gas. 

En este punto es muy importante destacar que la Sor es dependiente de la Sw presente al comienzo del ensayo de barrido con agua. Esto es consecuencia de que cuanto mayor sea la proporción de la red poral contactada por petróleo, más grande va a ser la cantidad de petróleo retenido durante el posterior desplazamiento con agua o gas. De este modo si, como consecuencia de lo expuesto, se inicia el ensayo de desplazamiento con una Sw mayor que la Swirr, se obtendrá una Sor menor. 

Muestras poco permeables (menos de 20 mD). 

En estas muestras las Sw más bajas obtenidas durante las mediciones de presión capilar, suelen ser mayores que los valores de Swirr registrados durante los desplazamientos viscosos (barridos). En este caso, la diferencia se debe a que no se completa la curva de Presión Capilar con las presiones alcanzadas en la etapa experimental. Los barridos, por otra parte, permiten aplicar mayores diferencias de presión de modo que no existe dificultad en vencer las fuerzas capilares de los poros de menor diámetro. Cuando se presenta esta situación, es muy importante establecer la Sw que corresponde a la zona de la muestra en estudio, para no iniciar los ensayos de barrido con Sw inferiores a la de reservorio, fijadas por la curva de Presión Capilar y la ubicación del nivel de agua libre (FWL).

Aquí también es importante destacar que un valor erróneo de Sw inicial conduciría a un resultado incorrecto de Sor. Como se detalló en el punto anterior, la Sor es una función de la Sw inicial del sistema. 


Conclusiones

El breve análisis de las tres situaciones presentadas permite llamar la atención respecto a la decisión a tomar toda vez que se obtengan diferentes valores de puntos extremos por diferentes vías de medición.

Habiendo indicaciones de que la zona del reservorio en estudio se encuentra en condiciones de Swirr (Ej.: no producción de agua en los punzados), la información de laboratorio debe tratarse en forma diferente para cada uno de los casos mencionados:

Muestras de permeabilidad media (entre 20 y 200 mD) poco laminadas.

Se espera que los valores de Swirr derivados de las mediciones de Presión Capilar, Permeabilidad Relativa y perfiles sean razonablemente coincidentes. Si existen diferencias no justificables, deben analizarse otras variables como mojabilidad, interpretación de perfiles, etc.

Muestras muy permeables (más de 500 mD) o de permeabilidad media y muy laminadas. 

Inicialmente debe respetarse la indicación de perfiles, que debería ser razonablemente coincidente con las mediciones de Presión Capilar. Una vez identificado el valor adecuado de Swirr, los ensayos de barrido deben realizarse sólo luego de garantizar la obtención de dicho valor en la muestra a analizar.

Muestras poco permeables (menos de 20 mD).

En estos casos las curvas de presión capilar no suelen ser aptas para definir el valor representativo de Swirr, dado que las presiones empleadas en las mediciones regulares de laboratorio pueden ser notablemente inferiores a las necesarias para desplazar toda el agua móvil del medio poroso. Sin embargo las curvas de presión capilar de laboratorio pueden ser aptas para describir las presiones umbral del sistema y la zona de transición.

Si se encuentran diferencias marcadas entre las zonas de transición identificadas mediante registros de pozo y las mediciones de laboratorio, estas diferencias deben justificarse para validar adecuadamente el resto de las mediciones multifásicas sobre coronas. Las "Tight zones" suelen ser un típico ejemplo de discrepancia entre ambas curvas.


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Última actualización 1 de marzo 2007