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UNMSM – EAP. ING. GEOLÓGICA
PERFILES DE POZOS PARTE II FUNDAMENTOS Por: Gerardo Pozo
PORQUÉ LA INTERPRETACIÓN DE PERFILES
Qué información da la interpretación de perfiles? Porosidad – Permeabilidad Saturación de agua y movilidad de los hidrocarburos Tipo de fluidos e hidrocarburos Litología – estructura de la formación – ambientes sedimentarios
LA HISTORIA Risked Reserves @1/1/2003
1912-1926 (Francia) Los hermanos Conrad y Marcel Schlumberger, inventaron una técnica de prospección minera, basada en mediciones eléctricas tomadas en la superficie terrestre.
LA HISTORIA
El 5 de Setiembre de 1927 en el campo de Pechelbronn, (Francia) se tomo el primer Registro eléctrico de resistividad en un pozo de petróleo y por primera vez se relacionó un evento geológico con una medición eléctrica. El primer registro eléctrico en el continente americano se tomo en Cabimas (Venezuela), El 6 de Marzo de 1929. En el Lote X el primer registro eléctrico se tomo en el pozo 331 del yacimiento de Ballena en Agosto 1937.
PERFILAJE DE POZOS El perfilaje de un pozo consiste en la bajada de una sonda (herramienta), hasta el fondo del mismo, por medio de un cable conductor que la vincula con el equipo de superficie, el cual procesa la información enviada por la sonda y se produce el perfil del pozo en tiempo real.
La sonda en movimiento de abajo hacia arriba va recogiendo información de las paredes del pozo a 10 m. por minuto, se envia por telemetría hacia la computadora del equipo de superficie, esta procesa la información y genera el perfil del pozo
COMPONENTES DE UN SISTEMA DE PERFILAJE Risked Reserves @1/1/2003
DESARROLLOS IMPORTANTES
• 1927 Perfíl de resistividad Reserves • 1931 Descubrimiento del potencial espontáneo (SP) Risked @1/1/2003 • 1931 Muestra de pared del pozo •1933 Registro de temperatura •1936 Registro de buzamiento •1939 Perfíl de Rayos Gamma. •1942 Ley de Archie: primera interpretación cuantitativa. •1945 Registro de Neutrón •1947 Registro de inducción •1948 Microperfíl •1948 Determinación de Rw de la SP. •1951 Lateroperfíl y Microlateroperfíl •1953 Perfíl de Densidad. •1954 Perfíl Sónico •1960 - 1970 Mejoras en todos los perfiles •1980 – 1990 Perfiles de imagenes y Resonancia Magnética
PRIMERAS COMPAÑIAS DE PERFILAJE Risked Reserves @1/1/2003
Schlumberger Halliburton Lane Wells Birdwell Elgen PGAC
1927 1938 1939 1948 1953 1954
Wellex 1957 Dresser Atlas 1968 Lane Wells 1959 Dresser – Atlas *1968
PROBLEMAS EN LA ADQUICISIÓN E INTERPRETACIÓN DE PERFILES
• • • •
Baja porosidad ( Rw Porosidad () = 30% Rt = Ro
POROSIDAD LLENA DE AGUA SALADA Y PETRÓLEO
Cubo de Archie, Rt >> Rw Porosidad () = 30%
Resistividad 1/SW
RESISTIVIDAD
Cual de estos Archie blocks tiene la mayor resistividad?
Rt = Ro
= 10% Sw = 100%
Rt > Ro = 30% Sw = 66%
Rt = Ro = 20% Sw = 100%
PRINCIPIOS GENERALES DE MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD
Risked Reerves @1/1/2003 Diametro de pozo
Lodo
Zona virgén Zona invadida Zona lavada
Rs : Resistividad de capa adyacente Rt, Resistividad verdadera Sw, Sat. de agua Rw, Resistividad agua de formación So, Saturación de hidrocarburos
Rm
H = espesor de capa Rmc Rxo, Resistividad en la zona lavada Sxo, Sat. de agua en la zona lavada Rmf, Resistividad del filtrado de lodo
Capa adyacente
Espesor de costra Diametro de zonas lavada, invadida Diametro de invasión
PRINCIPIOS GENERALES DE MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD Risked Reerves @1/1/2003 Diametro de pozo Rs : Resistividad de capa adyacente
Lodo
Zona virgén
Rm H = espesor de capa
Zona invadida Zona lavada
Rt, Resistividad verdadera Sw, Sat. de agua Rw, Resistividad agua de formación So, Saturación de hidrocarburos
Rmc Rxo, Resistividad en la zona lavada Sxo, Sat. de agua en la zona lavada Rmf, Resistividad del filtrado de lodo
Capa adyacente
Espesor de costra Diametro de zonas lavada, invadida Diametro de invasión
RESISTIVIDAD VERDADERA (Rt)
Rt =
a m F n
Sw
a Rw n m Sw F
- Relaciona Porosidad con Resistividad
m is relacionada a al grado y tipo de cementación Conocido como factor de cementación
- n usualmente está entre 2 – 1.8 Conocido como factor de saturación en rocas fracuradas Es menor a 1.8.
POROSIDAD LLENA DE AGUA FRESCA
• The Formation Resistivity is effected by:
• Volume of Water - (Porosity & Sw) • Resistivity of Water - (Rw) • Current path through Water - “m” in Porosity equation
RESISTIVIDAD
Cual de estos Archie blocks tiene la mayor resistividad?
> Rt = Rxo = 10% Sw = 100% BVW = .01
= Rt > Rxo = 30% Sw = 66% BVW = .0199
Rt = Rxo = 20% Sw = 100% BVW = .02
POROSIDAD ARCHIE
EFF
Oil Agua
Matrix
SW EFF
= 60% = 30%
BVW = Sw x = 18%
EJERCICIO
EJERCICIO POROSIDAD 5%
15%
25%
INVASIÓN DEL FILTRADO DE LODO
Porosidad = 30 % Filtrado de lodo
Porosidad = 10 %
Filtrado de lodo
Porosidad = 20 % Filtrado de lodo Costra de lodo
LUTITAS
Resistividad
No permeabilidad, No Invasion Zona Virgen 90 Depth of Investigation
10
60
ARENAS BAJA INVASION
Lodo agua dulce
Resistividad
Zona de agua
Zona Virgen 90 Profundidad de investigacion 10
60
ARENAS BAJA INVASION - PETRÓLEO
Resistividad
Lodo agua dulce
Zona Virgen 90 Profundidad de investigacion 10
60
Resistividad
ZONA DE TRANSICIÓN
lavada
Virgen
90 Profundidad de investigacion 10
60
Resistividad
ZONA DE TRANSICIÓN – AGUA SALADA (RW)
Flushed
Virgin
90 Profundidad de investigacion 10
60
ZONA DE TRANSICIÓN - PETRÓLEO
Resistividad
Perfil Annulus, Invasion profunda, Petróleo
Flushed Ann.
Virgin
90 Profundidad de investigacion 10
60
Lodo dulce
SP
COMO MEDIMOS LA RESISTIVIDAD
Para obtener un valor de RESISTIVIDAD de una formación, los dispositivos usados, se resumen en dos grupos de herramientas: 1. Las herramientas de resistividad, miden los efectos producidos por una corriente inyectada en la formación, requieren un fluido conductivo dentro del pozo que puedan transportar la corriente inyectada. 2. Las herramientas de inducción, miden los efectos de un campo electromagnético sobre la formación, pueden usarse en principio en cualquier ambiente.
COMO MEDIMOS LA RESISTIVIDAD
B
Sistema no focalizado
Esferas equipotenciales
B
N
Arreglo Normal Ra =
V k I
Arreglo lateral
SISTEMAS NO FOCALIZADOR VS. FOCALIZADOS
DUAL LATERO LOG
LLD
LLS
Ao Measure Current Electrode
Ao Measure Current Electrode
M1 & M2 Monitoring Electrodes
M1 & M2 Monitoring Electrodes
A1 Bucking Current Electrode
A1 Bucking Current Emitting Electrode
A2 Bucking Current Electrode
A2 Bucking Current Return Electrode
REGISTRO ESFERICO FOCALIZADO Io Return to Armor
Bucking Current Monitoring Electrodes Buckimg Current Return Electrode Monitoring Electrode Current Electrode
Rsfl =
k (Vb - Vc) Io
REGISTRO PROXIMITE - MICROLOG
Ao Mo A1
Ao Mo A1 M1 M2
Microlog M2
M2
M1
M1
Ao
Ao
LA RESISTIVIDAD ALREDEDOR DEL POZO
DISPOSITIVOS DE PERFILAJE ELÉCTRICO 1927 - 1958
Dispositivos Normales
Risked Reserves @1/1/2003
Se hace pasar una corriente de intensidad constante entre los electrodos “A” y “B” y se mide la diferencia de potencial resultante entre los electrodos “C” y “D”, el voltaje existente entre los electrodos “D”y “C” a distancia infinita, es proporcional a la resistividad de la formación. La Short Normal (SN) generalmente tiene un espaciamiento de 16’’ y Long Normal un espaciamiento de 64’’ El radio de investigación es igual al doble del Espaciamiento entre los electrodos “A” y “D”
0
MV
60
0
OHMS
50
CURVAS LONG NORMAL (LN) – SHORT NORMAL (SN) 1600
POZO XZYZ SN – 16’’
SP
1800
LN – 64’’
DISPOSITIVOS DE PERFILAJE ELÉCTRICO 1927 - 1958 Risked Reserves @1/1/2003
Dispositivos Laterales
A O
Se hace pasar una corriente de intensidad constante entre los electrodos “A” y “B” y se mide la diferencia de potencial resultante entre los electrodos “C” y “D”, los que están Ubicados sobre dos superficies esféricas Equipotenciales. El punto de medición del dispositivo está en “E” mitad del camino entre “C” y “D” y el Espacimiento de la herramienta es la distancia de “A” hasta “O”, generalmente es igual al Radio de investigación, son comunes espaciamientos de 9, 16 y 18 pies, es un buen Valor de “Rt” con sus correcciones por espesor de capa
REGLAS DE APROXIMACIÓN DE RA (RT) EN CURVAS LATERALES
A
B
C
D
A-. PUNTO MEDIO: Ubique el punto intermedio entre el limite superior e inferior de la capa y en seguida, baje el equivalente a una distancia AO; finalmente, lea la resistividad directamente desde la curva. Esta es Rt. B-. 2/3 : Desde el limite superior de la capa, baje el equivalente a una distancia AO y tome la lectura del valor pico de resistividad. Rt se encuentra a 2/3 entre estos dos valores C-. PICO : cuando la capa es 1.3 veces de AO ( para una lateral de 18’ 8’’ la capa debe tener un espesor de 24 ¼ pies ), Rt es el valor pico. D-. DELGADO : cuando la capa tiene un espesor menor que la distancia AO, es posible determinar un valor muy aproximado de Rt.
CURVA L18
60
SP
0 1200
0
16’’ N
50
0
64’’ N
50
0
L-18’8’’
25
25
1400
1600
POZO XYZX
PRINCIPIOS GENERALES DE MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD
En el perfilaje de pozos las resistividades son medidasRisked porReserves la @1/1/2003 creación de campos eléctricos ó electromagnéticos, pudiendo ser forzados a fluir en tres diferentes maneras:
FLUJO RADIAL La resistencia de la columna de lodo, zona invadida y zona virgen son leidas en SERIE. (LATEROLOG)
PRINCIPIOS GENERALES DE MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD Risked Reserves @1/1/2003
HERRAMIENTAS ENFOCADAS LATEROLOG Las herramientas Laterolog son usadas para formaciones de altas Risked Reserves resistividades y pozos perforados con lodos salinos. @1/1/2003 Estas emiten corrientes enfocadas para que atraviesen el lodo y la zona invadida para llegar a la zona virgen de las formaciones, esto reduce los efectos de pozo, de capas adyacentes y de espesor de capa. En La herramienta Laterolog, se impide a gran parte de la corriente fluir radialmente en todas las direcciones y se obliga a acumularse en un disco delgado, esto es posible ubicando electrodos de ENFOQUE a cada lado del electrodo emisor de corriente. El campo de corriente generado impide a la corriente de perfilaje que fluya hacia arriba ó hacia abajo dentro del pozo
HERRAMIENTAS ENFOCADAS LATEROLOG
Risked Reserves @1/1/2003
Herramienta LATEROLOG con dos electrodos “A1” y “A2” que generan un campo de corriente (lineas rojas de potencial constante “Vo”) que enfoca la corriente proveniente del anillo “A” (lineas azules). Este perfil es buen delimitador de capas delgadas en la necesidad de conocer Rt surge un nuevo dispositivo denominado DOBLE LATEROLOG que registra una resistividad profunda y otra menos profunda.
DUAL LATEROLOG
SP LLS 5000
NOMBRE GENERICO:
DUAL LATEROLOG
TIPO DE HERRAMIENTA: RESISTIVIDAD
GR
NOMBRES Y ABREVIATURAS:
DLL, LLD, LLS
CORRIDO:
HUECO ABIERTO
PROPOSITO:
MEDIR LA RESISTIVIDAD DE LA FORMACION
LIMITACIONES:
TRABAJA MEJOR EN LODOS SALINOS, PERO NO PUEDE SER USADO EN LODOS A BASE DE OIL
5200
LLD
POZO YXYZ
PRINCIPIOS GENERALES DE MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD Risked Reserves @1/1/2003
FLUJO CONCENTRICO La resistencia de la columna de lodo, zona invadida y zona virgen son leidas en PARALELO. Creando circuitos terrestres, (cilindros alrededor del pozo), (INDUCCION).
HERRAMIENTAS DE INDUCCIÓN Las herramientas de INDUCCION y DOBLE INDUCCION están constituidas Risked Reserves por bobinas enrolladas sobre bases cilindricas no conductivas. @1/1/2003
• Unas bobinas introducen campos electromagnéticos en la formación. • Otras enfocan los campos electromagnéticos. • Tambien se usan bobinas receptoras que toman la señal de los campos inducidos por las corrientes parásitas variables impuestas a la formación. De está forma, la señal en la bobina receptora se usa para determinar la conductividad y por una relación matemática se obtiene la resistividad de la formación. C = 1 / R Los perfiles modernos son efectuados con dispositivos diseñados para investigar a diferentes profundidades (cerca, medio y lejos de la pared del pozo). La conductividad se expresa en MHOS o sea OHMS al reves. Para las aplicaciones en perfilaje se usan las milesima MMHOS.
DUAL INDUCCIÓN
NOMBRE GENERICO:
DUAL INDUCCION
TIPO DE HERRAMIENTA: RESISTIVIDAD 6600
SP
NOMBRES Y ABREVIATURAS:
ILD, SFLA
CORRIDO:
REGISTRO PRIMARIO EN LODO FRESCO
PROPOSITO:
MEDIR LA RESISTIVIDAD DE LA FORMACION, Rt
LIMITACIONES:
FUNCIONAMIENTO MUY POBRE EN LODOS SALINOS Y/O PERFORACIONES GRANDES
SFLA GR
6800
ILD
POZO YZXZ
HERRAMIENTAS DE INDUCCIÓN Risked Reserves @1/1/2003
GENERALES PARA INTERPRETAR EL PERFIL DEL SP Risked Reserves @1/1/2003
INDUCCIÓN - HRI 800
GR
1000
1200
HDRS
SP 1400
1600
HMRS 1800
2000
2200
POZO XZYX
PRINCIPIOS GENERALES DE MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD Risked Reserves @1/1/2003
FLUJO ESFERICO
Creando esferas aproximadas de equipotencial concéntricas, (ESFERICO), ejemplo se investiga un campo esférico entre M y N electrodos confinados a la zona invadidad
SPB
PERFIL MICROESFÉRICO (MSFL) 0 -10 50
MSFL 50
500 SP
600 700
GR
800 900
MSFL
1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600
LLD
POZO XZYX
MICROLOG
6’’ 0
CALIPER (inches) GAMMA RAY (API)
16’’
0
MICRONORMAL 2’’. ( OHM-M)
20
150
0
MICROINVERSA
20
1’’. ( OHM-M)
Cruce Positivo Indicativo de permeabilidad
Revoque
Bit size, 7’’78
PERFIL ACÚSTICO ( PROPAGACIÓN DE ONDA ACÚSTICA)
Risked Reserves @1/1/2003
TIPO DE MEDICIONES ACÚSTICAS La onda acústica recibe influencia del medio a través del cual pasa, en un líquido Riskedla Reserves las moléculas están mas libres para deslizarse una sobre otra, así que onda @1/1/2003 acústica no se propaga con la rapidez como lo hace en un medio sólido, los medios gaseosos atenuan aun más la potencia de la onda. La medida de las propiedades de la onda acústica pueden dar información acerca de las caracteristicas y contenido de los estratos. Las propiedades medibles de la señal acústica son: La velocidad, que expresa la rapidez de la onda a través de un material La frecuencia, que es una expresión de la velocidad de oscilación de la onda La amplitud, expresa que fuerte es la señal en un contexto auditivo La atenuación, expresa una pérdida de potencia (está asociada a la amplitud) La herramienta acústica genera ondas sonoras en el pozo por medio de dispositivos PIEZOELECTRICOS o MAGNETOESTRICTIVOS Los cristales piezoeléctricos se expanden y contraen a medida que a través de ellos se aplica un voltaje variable. Los dispositivos magnetoestríctivos consisten de un cilindro metálico que se expande y contrae bajo la influencia de un campo magnetico variable.
PERFIL ACÚSTICO ( PROPAGACIÓN DE ONDA ACÚSTICA) Risked Reserves @1/1/2003
Ecuación WILLIE
SÓNICO 0
SP
0 0
60
LN SN
50 50
6 140
CALIPER DT
16 40
NOMBRE GENERICO:
SONICO
6100
TIPO DE HERRAMIENTA: SONICO / POROSIDAD NOMBRES Y ABREVIATURAS:
CSL, AVL, LSS, FWS
CORRIDO:
HUECO ABIERTO
PROPOSITO:
MEDIR LA POROSIDAD, LITOLOGIA
6200
LIMITACIONES: 6300
ALGUNAS LIMITACIONES EN EL TAMAÑO DEL HUECO DEPENDEN DE LOS VALORES DE Tc
6400
POZO ZXYZ
SÓNICO (DT)
0 0
GR
100
SP
60
0 0
LN SN
50 50
6 140
CALIPER DT
16 40
1900
2000
2100
POZO ZXYX
REGISTRO FWS –FULL WAVE SONIC
Risked Reserves @1/1/2003
DT cizalla
DT compresional
PERFIL DE DENSIDAD Risked Reserves @1/1/2003
Las primeras herramientas (1954) constituidas por una fuente de emisión de Rayos Gamma y detector simple para conteo de rayos gamma después de que son atenuados por el material que atraviesan, los cambios detectados en la cantidad de Rayos gamma, son relacionados con la Densidad de la Formación. A mayor densidad de un volumen investigado, corresponde baja intensidad de radiación Gamma en el detector. En 1967 se patento una nueva herramienta FDC, que introdujo un segundo detector cercano que sea afectado primero por el material entre la herramienta y la formación y un detector lejano más sensitivo a los materiales de la formación, esto permite una medida compensada producida de la sustracción de los efectos de materiales extraños. Estas herramientas son de tipo PAD (montadas sobre un patín que empuja sobre la pared del pozo)
PERFIL DE DENSIDAD COMPENSADO Risked Reserves @1/1/2003
Los Rayos Gamma que la fuente emite continuamente penetran en la formación y experimentan múltiples colisiones con los electrones, perdiendo energía y dispersandose en todas direcciones (Dispersión Compton) al caer la energía por debajo de 0.1 mev, los GR mueren en un proceso llamado “absorción Fotoeléctrica, la dispersión Compton dependen de la densidad de los electrones en la formación (número de elctrones por cc) y se relaciona con la densidad total de la formación. La absorsión fotoeléctrica depende de la Densidad de los electrones y del número atómico promedio del material que componen la formación. Este mecanismo se usa para indicar el tipo de roca.
POROSIDAD DEL PERFIL DE DENSIDAD
La profundidad de investigación 4 pulgadas de la pared del pozo. La resolución vertical puede alcanzar 1.5 pies, por la velocidad normal de registro 30 pies por minuto es de 3 pies aproximadamente.
REGISTROS DE DENSIDAD 20 0
GR GAPI SP MV
DEPTH 80 FT 0 60
0 0
LLD OHMM LLS OHMM MSFL OHMM
50 140 50 6 50 1.95
DT UT/F CAL INCH RHOB G/CC
40 16 2.95
NOMBRE GENERICO:
2500
DENSIDAD
TIPO DE HERRAMIENTA: RADIOACTIVIDAD / POROSIDAD NOMBRES Y ABREVIATURAS: CDL, SDL CORRIDO:
HUECO ABIERTO, DISPOSITIVO DE POROSIDAD PRIMARIA
PROPOSITO:
MEDIR EL BULK DENSITY DE LA FORMACION
LIMITACIONES:
REQUIERE QUE LA PARED DEL POZO SEA LISA
2600
POZO YZXY
REGISTROS DE DENSIDAD 20 0
GR GAPI SP MV
80
DEPTH FT 0
60
0 0
LLD OHMM LLS OHMM MSFL OHMM
50
140
50
6
50
1.95
DT UT/F CAL INCH RHOB G/CC
40 16 2.95
3400
3500
3600
POZO XZYX
PERFIL DE NEUTRONES Risked Reserves @1/1/2003
•
•
Los neutrones son partículas eléctricamente neutras que tienen casi la misma masa que los núcleos de los átomos de hidrógeno. Durante la vida de un neutrón, pueden ocurrir tres tipos de interacciones: Choque inelástico, ocurre únicamente cuando un neutrón tiene mucha energía y choca contra un núcleo de la formación, dejandolo en estado de excitación, del cual decae mediante la emisión de rayos gamma. El estado de excitado para los elementos de la formación, tiene rangos de energía variables entre 1 a 7 mev (mega electrón volt), perdida la energía por debajo del nivel necesario para excitar otros núcleos, no ocurren más choques inelásticos, estos son importantes durante el primer microsegundo de vida del neutrón. Choque elástico, principal mecanismo de pérdida de energía del neutrón, en esté el neutrón choca contra el núcleo de la formación, pero no le transfiere energía potencial a ese núcleo, la única energía transmitida durante el choque es energía cinética (de movimiento), la que es entregada al núcleo golpeado.
PERFIL DE NEUTRONES Risked Reserves @1/1/2003
•
En los choques elásticos neutrón-hidrógeno, la perdida máxima de energía puede llegar al 100%, el valor de perdidad de energía durante un choque con un núcleo de carbono (mayoritario en las formaciones) es mucho menor, teniendo que pasado por debajo del umbral de choque inelástico, la presencia de hidrógeno domina el proceso de perdida de energía. Absorción, es la ultima interacción con la cual termina la vida del neutrón, Como consecuencia de los choques elásticos e inelásticos, los neutrones quedan con algo de energía en la que coexisten con los núcleos de la formación en equilibrio termal. Los neutrones termales continuan chocando elásticamente con los núcleos de la formación y difundiendose, finalmente son capturados.
PERFIL DE NEUTRONES
Interacciones del neutron
Durante el proceso de pérdida de energía, hasta llegar al nivel de energía termal y de su difusión posterior, los neutrones tienden a alejarse de la fuente tras cada choque. Dado que pierden más energía al chocar con el hidrógeno bastan pocas colisiones para que lleguen al nivel de energía termal. El resultado neto de estos efectos, es que “Le” es mas corta en formaciones que contienen más hidrógeno. Dado que casi todo el hidrógeno está en el poro, el flujo será inversamente proporcional a la porosidad, una elevada cantidad de neutrones indica bajo indice de hidrógeno y baja porosidad.
REGISTRO DE NEUTRÓN COMPENSADO
20
GR API
0
SPBL MV
80
DEPTH FT
60
0
HDRS OHMM
0
HMRS OHMM
50 2
RHOB G/C3
3
50 -1
DRHO G/C3
1
6
CALI IN
16
0.3
NPHI DECP
0
NOMBRE GENERICO: 1000
NEUTRON COMPENSADO
TIPO DE HERRAMIENTA: RADIOACTIVIDAD / POROSIDAD NOMBRES Y ABREVIATURAS: DSN, CNS CORRIDO:
HUECO ABIERTO Y ENTUBADO
PROPOSITO:
MEDIR EL INDICE DE LA POROSIDAD DE NEUTRON
LIMITACIONES: 1100
REQUIERE QUE EL HUECO ESTE RELLENO DE LIQUIDO