Este documento describe varios métodos para determinar la saturación de fluidos como agua, petróleo y gas en muestras de roca como núcleos y tapones. Estos incluyen el método de la retorta, extracción por destilación usando Dean-Stark, lavado con solvente y titulación de Karl-Fischer, y análisis de núcleos con presión retenida. La saturación se define como la fracción del volumen poroso ocupado por cada fluido y es importante para estimar las reservas de hidrocarburos en un yacimiento

1. PRÁCTICA DE LABORATORIO N0. 3 DETERMINACIÓN DE LA SATURACIÓN POR EL MÉTODO DE DESTILACIÓN – EXTRACCIÓNGeorge Hans Sterling MoraAlexander Caicedo GarzónPaola Andrea SanjuánRicardo Andrés Pérez R.

2. INTRODUCCIÓNCrudoSATURACIÓNLa Saturación corresponde a la fracción del espacio poroso ocupado por un fluido.Agua

3. TAPÓN (PLUG):NÚCLEO DE PARED:

4. Para estimar la cantidad de Hidrocarburos presentes en un yacimiento, es necesario determinar la fracción del volumen poroso ocupado por cada uno de los fluidos presentes. Esta fracción es precisamente lo que se denomina Saturación del fluido.Matemáticamente, esta porosidad se expresa por la siguiente relación:SATURACIÓN

5. Donde: Sx = Saturación de la fase X.Vx = Volumen que ocupa la fase X.Vt = Volumen poroso total de la roca.SATURACIÓN

6. Aplicando este concepto a cada fluido del yacimiento saturado se tiene:

7. La sumatoria de las saturaciones de todos los fluidos que se encuentran presentes en el espacio poroso de una roca, debe ser igual a 1. Si consideramos un yacimiento saturado, tenemos:Donde:So = Saturación de petróleo.Sw = Saturación de agua.Sg = Saturación de gas.

8. En caso de que se trate de un yacimiento subsaturado, la sumatoria de las saturaciones es:Donde:So = Saturación de petróleo.Sw = Saturación de agua.Sg = Saturación de gas.

9. Saturación de agua connata: La saturación de agua connata (Swc) es la saturación de agua existente en el yacimiento al momento del descubrimiento, la cual se considera como el remanente del agua que inicialmente fue depositada con la formación y que debido a la fuerza de la presión capilar existente, no pudo ser desplazada por los hidrocarburos cuando éstos migraron al yacimiento.La determinación de la saturación inicial de agua se puede efectuar por tres diferentes métodos:- Núcleos tomados en pozos perforados.- Cálculos a partir de la presión capilar.- Cálculo a partir de registros eléctricos.

10. Saturación residual de una fase: La saturación residual de una fase, generalmente expresada como Sxr, donde x corresponde a la fase (petróleo, agua o gas), corresponde a la saturación de dicha fase que queda en el yacimiento en la zona barrida, después de un proceso de desplazamiento.Saturación crítica de una fase: La saturación crítica de una fase, generalmente expresada como Sxc, donde x corresponde a la fase (petróleo, agua o gas), corresponde a la mínima saturación requerida para que una fase pueda moverse en el yacimiento, es decir, corresponde a la máxima saturación a la cual la permeabilidad relativa de dicha fase es cero.

11. En la práctica del perfilaje eléctrico es normal considerar al agua de la formación como el líquido saturante, ya que es el conductor de la electricidad. Si en sus poros existe solamente agua de formación, decimos que la saturación es del 100%.La saturación de una roca de almacenamiento puede variar desde el 100% hasta valores pequeños, pero nunca hasta cero. Siempre queda una cantidad de agua capilar que no puede ser desplazada por el petróleo. De la misma forma siempre queda una cantidad de petróleo que no puede extraerse, la Saturación de Petróleo Residual.

12. MÉTODOS PARA DETERMINAR SATURACIONES DE FLUIDOSMÉTODO DE LA RETORTA: El método de la retorta se aplica sobre una muestra de roca pulverizada la cual se somete a diferentes temperaturas que permiten vaporizar de forma selectiva los fluidos presentes. Tras su condensación los fluidos son atrapados en una trampa calibrada para su medición. El método es rápido, sin embargo es destructivo, requiriendo que las pruebas de porosidad y permeabilidad sean realizadas sobre muestras aledañas.

13. Desventajas1. Se deben lograr unas temperaturas de 1000 a 1100 °F, para evaporizar el aceite, así que el agua de cristalización de la formación se evaporiza causando un aumento en la saturación del agua.2. A altas temperaturas el aceite sufre cracking and coke (cambio en las moléculas de los hidrocarburos (liquido se pierde).3. Generalmente las muestras se arruinan.Ventajas:1.Prueba de corto tiempo.2. Datos aceptables.3. La perdida de granos no afecta la saturación.

16. Este procedimiento es apropiado para muestras de tapones y para núcleos de pared por rotación. El método depende de la destilación de la fracción de agua, y la extracción de solvente de la fracción de aceite de la muestra. Se pesa la muestra y la fracción de agua es vaporizada por un solvente en ebullición. Se condensa el agua y se recolecta en un recipiente calibrado. El solvente vaporizado también se condensa, remoja la muestra y extrae el aceite. La muestra se seca al horno y se pesa. El contenido de aceite es determinado por diferencia gravimétrica.MÉTODOS DE EXTRACCIÓN POR DESTILACIÓN (DeanStark)

17. El aparato consiste de un manto eléctrico o un aparato calentador con controles termostáticos. La unidad de destilación/extracción para una muestra consiste de un frasco de ebullición, un cartucho, sifón o trampa calibrada, y un condensador.Aparatos y Reactivos

18. Preparación de muestras con un fluido compatible con el del corta núcleos. En muestras congeladas, se usa nitrógeno líquido. Luego se limpia la superficie.Se pesa la muestra de tapón en una balanza analítica (para asegurar explicación de la pérdida de peso) de forma rápida para prevenir evaporación de fluidos.Las muestras son extraídas con un solvente que no aporta ni absorbe el agua recolectada (Tolueno). El soporte del desecante asegura que la humedad atmosférica no afecta el agua recolectada. El agua puede adherirse al condensador y al costado de la trampa, por lo que debe retirarse con solvente.El proceso de destilación/extracción continua durante un mínimo de 48 horas. Se puede requerir periodos mas largos dependiendo del tamaño de la muestra de tapón y su permeabilidad. Esto es para asegurar que el solvente utilizado ha extraído todo el aceite posible del material de tapón. Procedimientos:

19. Se puede incrementar la velocidad de extracción y la eficiencia utilizando vasos de extracción dotados de sifones. La eficiencia de extracción se evalúa tratando la muestra con cloroeteno bajo una fuente de luz ultravioleta para determinar si aún existe aceite, o midiendo la densidad del grano de la muestra. Se debe secar la muestra/el cartucho hasta lograr un peso estable, permitiendo luego que se enfríe a temperatura ambiente en un recipiente sellado tal como un desecador para pesarla.Cuando se van a medir porosidad y permeabilidad, las muestras que contienen grandes cantidades de montmorillonita y otras arcillas pueden requerir el secado en un horno de humedad para preservar el estado hidratado encontrado en el yacimiento. En el caso que ocurra una precipitación de sal pesada, se remueve la sal de la muestra por extracción con metanol u otro solvente similar. Luego se seca y se pesa la muestra. El peso del agua recolectada en la trampa se resta de la pérdida total de peso líquido para determinar el peso del aceite extraído de la muestra de tapón.

20. El aceite puede contener compuestos que exhiben propiedades cancerígenas y este puede ser inflamable.El tolueno es moderadamente tóxico por absorción por la piel e inhalación.Los vapores del solvente deben condensarse en la tercera parte inferior del intercambiador de calor refrigerado por encima de la trampa de agua.El analista debe estar atento al cambio en el punto de ebullición del solvente con altura o el cambio en el punto de ebullición del agua debido a sal en la solución.Precauciones:

21. Porcentaje en peso de Agua (Gravimétrico)= (Peso de agua)*100/ Peso inicial de la MuestraPorcentaje en peso de Sólidos (Gravimétrico) = Peso de la muestra seca x 100 / Peso inicial de la MuestraPorcentaje en peso de Aceite (Gravimétrico) = (Peso Inicial -Peso Seco -Peso del Agua) x 100 / Peso Inicial de la Muestra.Cálculos:

22. % Agua = Volumen de Agua x 100/ Volumen del volumen poroso % Aceite=( Peso Aceite)/(Densidad Aceite) x 100 Volumen de Volumen poroso •Las saturaciones normalmente son expresadas como porcentajes de espacio poroso de la muestra. Por lo tanto, se requieren la porosidad de la muestra, la densidad del agua, y la densidad del aceite.•Si el agua connata es una solución salina altamente concentrada, la densidad del agua debe corregirse para la sal en la solución.

23. Conociendo la salinidad y la densidad de la salmuera, se puede calcular el volumen de salmuera que se encontraba en el núcleo del volumen de agua destilada recobrada de la siguiente manera:Vbr= [(Vw)(ρw)/ρb] [1.000.000/(1.000.000 -Cs)] Donde: Vbr= volumen de salmuera correspondiente al volumen de agua destilada recobrada del tapón, cm3. Vw= volumen de agua destilada recobrada del tapón (e.g.Dean-Stark), cm3. ρw= densidad del agua destilada, g/cm3. ρb= densidad de la salmuera que tiene una concentración de sal, g/cm3. Cs = la concentración de sales disueltos en la salmuera = 1000000*(peso de sal)/(peso de la salmuera) ppm

26. NÚCLEOS DE DIÁMETRO COMPLETOEl método de extracción por destilación para determinar las saturaciones de fluidos en muestras de núcleos con diámetro completo sigue los mismos procedimientos utilizados en las muestras de plug.MÉTODOS DE EXTRACCIÓN POR DESTILACIÓN

27. Recipiente de vidrio:Debe ser más grande que el de análisis con tapones y con un volumen de solvente mayor para la extracción del petróleo.Trampa:Tiene que ser grande para acomodar los grandes volúmenes de agua en muestras grandes.Protector de extracción de la muestra:No se utilizan cartuchos para este tipo de núcleos, se utiliza un material envolvente de algodón no blanqueado para prevenir la pérdida de finos del núcleo.Equipos

28. Los procedimientos son iguales a aquellos para las muestras de plug con excepción de que las muestras deben aproximarse a 0.1 gr, el tiempo de limpieza se puede extender para limpiar totalmente las muestras de volumen mayor.Procedimiento

29. ANÁLISIS DE NÚCLEOS CON PRESIÓN RETENIDAEl objetivo del análisis de núcleos con presión retenida es mantener la saturación de los fluidos del núcleo a presiones de yacimiento en la superficie.Principio de Análisis:Los núcleos se mantienen congelados con hielo seco, reduciendo la presión de poro, congelando el agua, inmovilizando el petróleo y atrapando gases.Mientras se descongela el núcleo, los gases salen y expulsan tanto gas como aceite, y estos son atrapados en un tubo receptor en el fondo de una celda.La pérdida de granos debe mantenerse al mínimo, para mayor exactitud, dado a que podrían afectar la predicción de los volúmenes de petróleo.Si no hay gas libre en la zona (presiones antes al punto de burbuja) la saturación del líquido es igual al espacio poroso después de aplicar un factor de formación volumétrico.El análisis de invasión de filtrado permite evaluar la saturación de fluidos in – situ.MÉTODOS DE EXTRACCIÓN POR DESTILACIÓN

30. Equipos

31. Procedimiento para preparación del núcleo.Procedimiento para recolección del gas.Procedimiento de Destilación-Extracción.Procedimiento de Saturación y Extracción de solvente empujados por gas.Procedimiento

33. El objetivo de invasión de filtrado es el de cuantificar la cantidad de filtrado de fluido de perforación que invade el corazón durante las operaciones de corazonamiento.El proceso se lleva a cabo mediante una sustancia rastreadora en cantidades conocidas a los fluidos de perforación y luego midiendo el contenido de éste en el corazón tratando de predecir el impacto que tienen sobre la saturación y salinidad en la muestra de corazonamiento.ANÁLISIS DE INVASIÓN DE FILTRADO (CORAZONES DE PRESIÓN)

34. Para el estudio de la invasión de filtrado por lo general se toma una muestra aproximadamente cada 4 pies a lo largo de toda la sección corazonada.Se debe tener cuidado para evitar la evaporación de agua durante la manipulación del corazón y sus muestras.Se perfora un tapón o plug vertical del centro de cada muestra para proporcionar porciones de tapón y de rosquilla o donut.Procedimiento

35. Procedimiento

36. Se pesan los plugs y las donuts y se colocan en equipos separados de extracción por destilación para destilar el agua del corazón, y extraer el petróleo.Utilizar cartuchos para la pérdida de granos.Se mide el agua removida de cada muestra, se embotella y se marca.Las muestras son secadas en un horno de convección a 240ºF (117ºC) hasta que los pesos se estabilicen. Se registra el peso seco de cada muestra. Procedimiento

37. Se determina la porosidad con las mediciones realizadas a las muestras. Se asume que la rosquilla tiene la misma porosidad que el tapón correspondiente. Se calcula la saturación de agua para las muestras de plugs y donuts.Se determina la cantidad de filtrado de fluido de perforación en el agua extraída de cada par de tapones y rosquillas.

38. La titulación Karl-Fischer determina el contenido de agua en cualquier tipo de muestra. Se limpian las muestras de tapón de núcleo por medio de un desplazamiento miscible dinámico, con una secuencia de solventes y el contenido de agua de los efluentes producidos analizados por la titulación de Karl Fischer.LAVADO CON SOLVENTE (TITULACIÓN KARL-FISCHER)

39. 1) Pesar y llevar la muestra al porta-núcleos y recoger los fluidos producidos en un tubo.2) Secuencia de inyección metanol/tolueno.3) Pesar los recipientes antes de utilizarlos.4) Se llena un frasco de vidrio con el reactivo inicial a inyectar y se sella. Luego se inyecta el solvente en la muestra de corazón en proporciones o presiones adecuadas para el material del corazón y el efluente es recolectado en un frasco con tapón.5) Paso 4 con solvente alterno.6) Paso 4 con solvente inicial.7) Calcular peso del solvente.8) Detectar el contenido de agua de la solución que se está inyectando con el método Karl-Fischer.9) Se descarga la muestra, se seca, se pesa y se determina el volumen poroso por el método de inyección de Helio.Procedimiento

40. Todos los niveles de saturación pueden ser determinados.La titulación de Karl Fischer es muy exacta.Se minimiza el daño a los minerales sensibles.El procedimiento remueve las sales de la muestra.Ventajas

41. El metanol absorbe fácilmente la humedad del medio ambiente.La exactitud del método depende del manejo de solventes y las técnicas de almacenamiento.La técnica es mas compleja y más costosa que el método de destilación por extracción.La saturación de aceite por diferencia gravimétrica asume que no hay pérdidas de granos en la muestra.No es apropiada para las muestras que contienen halita, azufre u otros minerales solubles en metanol.Desventajas

42. Absorción lineal de rayos X.Absorción de microondas.Tomografía asistida por computador CT.Absorción lineal de rayos gamma.Resonancia magnética nuclear NMRResonancia de ondas de radio.Radiografía de atenuación neutrónica.MÉTODOS DE EXPLORACIÓN

43. VentajasProporcionan información sobre la distribución espacial de los fluidos.No es invasiva ni destructiva.CT y NMR: Distribución de la saturación en 3D.Microondas y NMR: No necesitan la adición de agentes marcadores.DesventajasRayos X, CT y rayos gamma: Necesitan fluidos marcados, no son adecuadas para los análisis básicos de corazones.NMR: Incapacidad de manejar corazones con cantidades significativas de materiales ferromagnéticos, arcillas o gas.