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• Javier Araque

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INSTITUTO MEJICANO DEL PETRÓLEO “YACIMIENTOS NATURALMENTE FRACTURADOS”

Más del 90 por ciento de los yacimientos de hidrocarburos nacionales se ubican en la clasificación de naturalmente fracturados, razón por la cual este programa resulta prioritario para el IMP. Su objetivo es consolidar, mediante el trabajo teórico-experimental, el conocimiento científico y tecnológico que permita definir las mejores alternativas de explotación en este tipo de yacimientos, transfiriendo desarrollos tecnológicos a Pemex Exploración y Producción. El programa enfoca sus esfuerzos a elaborar modelos computacionales en tres dimensiones, que ayudan a definir el comportamiento dinámico de los yacimientos naturalmente fracturados, aportan conocimiento y permiten mejorar la tecnología para la explotación de éstos, aprovechable en el país y comercializable en el extranjero. Actualmente, el estudio de los yacimientos naturalmente fracturados representa una tecnología en crecimiento. Para explotarlos de manera adecuada es preciso identificar y modelar los sistemas de fracturas, cavidades de disolución y bloques de matriz. Esto requiere aplicar, de manera consistente, diversas fuentes de información de tipo estático y dinámico; lo que hace necesario desarrollar tecnologías de vanguardia para comprender los mecanismos de interacción de los fluidos con dichos sistemas. El programa incluye cuatro áreas principales de investigación y desarrollo tecnológico y es evaluado por un comité integrado por especialistas de empresas y centros de investigación nacionales e internacionales.

Descripción general de un yacimiento naturalmente fracturado. Las fracturas se definen como superficies planas de discontinuidad, en donde la roca ha perdido cohesión y los procesos de deformación y alteración de la misma pueden ser ocupadas por fluidos. Desde una perspectiva general se manejan diversos modelos para representar los medios fracturados. En el más simple se consideran bloques de roca, separados por planos de ancho variable, representando fracturas. En este modelo se considera que las fracturas tienen poca influencia sobre la porosidad de las formaciones y alta repercusión en la permeabilidad del sistema, así la capacidad de desplazamiento de fluidos está controlada por las fracturas, mientras los bloques de la matriz se relacionan con la capacidad de almacenamiento. El modelo explica, de manera simple, los yacimientos naturalmente fracturados; sin embargo, debe ser readaptado para las formaciones que se encuentran en territorio mexicano, pues adicionalmente se presenta un sistema de cavernas de disolución que altera de manera notable al modelo anterior.

Yacimientos Naturalmente Fracturado

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Dato obtenido por el Instituto Mejicano del Petróleo

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(a) Imágenes microscópicas de formaciones fracturadas. 2000 micrómetros , (b)Imagen longitudinal de un fragmento del núcleo de una roca obtenido en el campo Cantarell. - 250 micrómetros

El programa de yacimientos naturalmente fracturados del IMP, comprende cuatro áreas principales de investigación y desarrollo tecnológico: •

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Caracterización estática: dedicada al desarrollo y adecuación de metodologías integradas que permitan una comprensión mayor de los yacimientos, en términos físicos y geológicos, de acuerdo con lo que se conoce técnicamente como sistema fractura-vúgulomatriz. En este rubro se están formando equipos multidisciplinarios de investigadores para definir con certeza la geometría del yacimiento, describiendo sus características petrofísicas. Las metas del área están enfocadas a obtener un modelo geológicopetrofísico a escala de yacimiento, integrando datos de diversas fuentes como: geología, registros geofísicos de pozos, sísmica y núcleos. El modelo aportará una radiografía del yacimiento. Caracterización dinámica: Tiene como propósito investigar, desarrollar y adecuar metodologías que expliquen la interacción dinámica del sistema roca-fluido del yacimiento. Se pretende entender de manera integral cómo se desplazan los fluidos a través de las rocas. Los parámetros que se obtengan servirán para alimentar los modelos de simulación numérica de yacimientos, integrando de manera congruente el modelo estático. Simulación numérica de yacimientos: Su objetivo es desarrollar herramientas de simulación propias no incluidas en simuladores comerciales. Busca, con base en el comportamiento conocido de producción de aceite, gas y agua de las formaciones, realizar un pronóstico a diferentes años y con diversos escenarios de producción. Para llevar a cabo adecuadamente el trabajo es necesario contar con herramientas que permitan considerar todos los procesos del yacimiento, tomando en cuenta, por supuesto, la geometría de las formaciones productoras y la dinámica de los fluidos contenidos en las mismas.

Explotación avanzada de yacimientos: cuando un yacimiento termina su etapa de recuperación primaria de aceite y gas, y la presión decrece significativamente, es necesario aumentar o mantener ésta estimulando al yacimiento con la inyección de fluidos o gases externos a los contenidos en el mismo. Por tal razón, es preciso desarrollar tecnologías que contribuyan a hacer más eficiente la recuperación de hidrocarburos, además de mejorar tecnologías de perforación y producción. La sismología multicomponente es una tecnología reciente en la exploración y producción de gas y petróleo. La posibilidad de medir los campos de ondas sísmicas S, llamadas también de corte o cizalla y asociadas a esfuerzos tangenciales (las cuales pueden ser SV o SH de acuerdo a a la dirección del movimiento de partícula que producen, ya sea vertical u horizontal en el plano perpendicular a la dirección de propagación), además de las ondas P, llamadas también compresionales o longitudinales y asociadas a esfuerzos normales, es de particular utilidad para detectar y describir yacimientos fracturados.

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La investigación desarrollada en el proyecto de sismología multicomponente se concentra en análisis de adquisición de datos multicomponente, su procesamiento e interpretación, así como su integración con otras fuentes de información. Es un objetivo primordial del proyecto el transformar los resultados y desarrollos de la labor de investigación en soluciones prácticas para la industria petrolera mexicana. Uso de la Sismología Multicomponente en la Caracterización de Yacimientos Naturalmente Fracturados El proyecto se aprobó para comenzar en noviembre del 2000 con una duración de 3 años y está dividido en forma general en tres etapas: Aunque la sismología multicomponente (SMC) es una tecnología de aparición reciente en la exploración y caracterización estática y dinámica de yacimientos, varios de los principios y metodologías en que ésta se basa son anteriores en origen a la tecnología multicomponente. Sin embargo, existen relativamente pocos estudios experimentales en donde la SMC se utilice con fines exploratorios y de producción.

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Evolución en adquisición y procesamiento de datos

Las etapas de investigación que se proponen en el proyecto enfatizan la necesidad por apoyar la exploración geofísica basada en datos SMC en México. La investigación abarca desde estudios de diseño, planeación y evaluación de adquisición de datos, pasando por el procesado de datos y la construcción de un modelo litológico-estructural, hasta la integración de información con otras fuentes de información como los registros geofísicos de pozo y los análisis petrofísicos de las rocas. A diferencia de la sismología de exploración convencional que utiliza un campo escalar de ondas sísmicas, producido por una fuente de onda P y registrado por receptores de una componente (dos en el caso marino, un sensor de movimiento y uno de presión), la SMC utiliza el campo vectorial de ondas sísmicas generado por fuentes que producen los tres tipos de ondas sísmicas de cuerpo (P, SV y SH) y registrado por receptores de tres componentes (cuatro en el caso marino). Esto le da a la SMC una ventaja importante sobre los datos sísmicos convencionales pues es posible integrar en la interpretación los modos de propagación de ondas P y S para obtener un mejor modelo estructural o imagen sísmica y producir indicadores de hidrocarburos más confiables que los que se pueden obtener únicamente con el modo de propagación P. La SMC abarca varios problemas complejos a resolver como lo son el estudio del problema de anisotropía en los datos símicos. La anisotropía genera una dependencia de los campos de ondas respecto a la dirección en la que éstos se registran. Algunas de las causas de este fenómeno son la presencia de series de estratos con espesores pequeños comparados con las longitudes de onda observadas (anisotropía del tipo ITV) y/o la presencia de diferentes configuraciones de sistemas de fracturas alineadas preferencialmente (anisotropía de los tipos ITH, ortorrómbica, o monoclínica). En medios anisótropos, es posible medir hasta nueve componentes del campo vectorial de ondas sísmicas.

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Entre los objetivos más importantes del proyecto están: 1) investigar metodologías para la caracterización de yacimientos naturalmente fracturados; 2) realizar alianzas con universidades, institutos y compañías en México y en el extranjero que se especialicen en la sismología multicomponente y/o áreas afines; 3) lograr una interacción y colaboración dinámica con Pemex que le permita al proyecto transformar en el corto tiempo resultados de la labor de investigación en soluciones prácticas; 4) difundir información y resultados relacionados con la SMC y propiciar el intercambio de ideas mediante la realización y participación en eventos, y 5) apoyar la formación de recursos humanos. Sitios de Interés AAPG, American Asociation of Petroleum Geologists (AAPG) AMGE, Asociación Mexicana de Geofísicos de Exploración (AMGE) CNPS, Centro Nacional de Procesado Sismológico, PEMEX CREWES, Consortium for Research in Elastic Wave Exploration Seismology CWP, Center for Wave Phenomena EAGE, European Association of Geoscientists and Engineers GSA, Geological Society of America Instituto de Geofísica, UNAM RCP, Reservoir Characterization Project SEG, Society of Exploration Geophysicist SPE, Society of Petroleum Engineers SPWLA, Society of Professional Well Log Analysts Union Geofísica Mexicana

Datos Tomados de la página WEB del Instituto Mejicano del Petróleo

http://www.imp.mx/investigacion/ynf/ynf.htm

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