D O L O M I T I Z A C I Ó N E I N T E N S I D A D D E F R A C T U R A M I E N T O D E L
C A M P O C A R D E N A S
M a x S u t e r у M a r i o V a r g a s *
RESUMEN
El c a m p o Cárdenas e s t á u b i c a d o p a l e o g e o g r á f i c a m e n t e e n l o s d e p ó s i t o s de ta lud e x t e r n o de una p l a t a f o r m a c a r b o n a t a d a d e l Jurás ico S u p e r i o r / Cretác ico Inferior, l o s cuales e s t á n p a r c i a l m e n t e d o l o m i t i z a d o s : la d o l o m i t i z a c i ó n n o está restringida a h o r i z o n t e s estrat igraf icos e spec i f i co s . El c a m p o está l i m i t a d o por u n a cobi jadura rotada de edad terciaria ( c i n t u r ó n cord i l l erano d e pl ieg u e s y caba lgaduras ) , y es tá se l lado por iut i tas de l Cretác ico Superior . El c a m p o p r o d u c e de p o r o s p r o d u c t o del f r a c t u r a m i e n t o de intervalos d o l o m i t i z a d o s .
El p o t e n c i a l de h i d r o c a r b u r o s , en áreas aún n o perforadas de l c a m p o , se d e t e r m i n ó por la d i s t r i b u c i ó n t r i d i m e s i o n a l de l grado d e d o l o m i t i z a c i ó n y d e la in tens idad de l f r a c t u r a m i e n t o , a partir d e la i n f o r m a c i ó n de p o z o s . Se usaron registros g e o f í s i c o s ( D S T * , L D N * , y B H C * ) de 2 4 p o z o s para d e t e r m i n a r la d e n s i d a d de grano d e c a b o n a t o s l i m p i o s (d i s cr iminadores R T , R H G X , y M d e la gráfica M-N) , m i e n t r a s q u e la frecuenc ia d e e v e n t o s D C A * , m e d i d o en 2 0 p o z o s , perm i t i ó la c u a t i f i c a c i ó n d e la d i s t r i b u c i ó n d e la p o r o s i d a d secundaria . Se real izaron c o n t o r n o s d e in tens idad d e e v e n t o s D C A * , y d e p r o d u c t o s de e spesor d e c a r b o n a t e s l i m p i o s por el porcenta je de d o l o m i t i z a c i ó n , e n in terva los cada 1 0 0 m de p r o f u n d i d a d . Los re su l tados se presen tan e n mapas (cada 1 0 0 m ) y en s e c c i o n e s a través de los p o z o s . Las var iac iones t a n t o h o r i z o n t a l e s c o m o vert ica les d e l o s d a t o s se usaron l u e g o para e s t i m a c i o n e s t r i d i m e n s i o n a l e s por b l o q u e s .
La i n t e n s i d a d del f r a c t u r a m i e n t o corre lac iona b i en c o n el grado de d o l o m i t i z a c i ó n en la parte norte del c a m p o , l o q u e se p u e d e exp l i car por el c o m p o r t a m i e n t o q u e b r a d i z o de la d o l o m í a . La gran i n t e n s i d a d del f r a c t u r a m i e n t o q u e e x i s t e en la parte sur del c a m p o , n o parece estar m u y c o n t r o l a d a por el grado de d o l o m i t i z a c i ó n , s i n o m á s b ien por la cercan ía a la falla regional que de l imi ta el c a m p o . La d i recc ión preferencia l de l o s e v e n t o s D C A * , la cual indica c a m i n o s p o t e n ciales de m i g r a c i ó n d e fiuidos es en partes paralela, a fallas n o r m a l e s cretác icas de l interior del c a m p o . O t r a s d i r e c c i o n e s s o n m á s b i e n a leator ias , c o m o resu l tado d e la s u p e r p o s i c i ó n d e varios e v e n t o s t e c t ó n i c o s q u e p r o d u j e r o n el f r a c t u r a m i e n t o .
A partir d e n ú c l e o s de b l o q u e de matr iz , c o n d i m e n s i o n e s h o r i z o n t a l e s d e 4 c m , y una dim e n s i ó n vert ical d e 2 8 c m , se o b t u v o una p o r o s i d a d d e f r a c t u r a m i e n t o d e 0 . 1 4 % p a r a una apertura de 2 5 m i c r o n s de las fracturas, y una p o r o s i d a d de 0 . 5 7 % para una apertura de 1 0 0 microns .
Ы m e t o d o d e s c r i t o se cons idera una herramienta vál ida en el desarro l lo d e c a m p o s q u e p r o d u c e n d e p o r o s i d a d por f r a c t u r a m i e n t o d e cal izas i rregularmente d o l o m i t i z a d a s .
ABSTRACT T h e Cárdenas I-icld is p a l e o g e o g r a p h i c a l l y l o c a t e d in the fores lope d e p o s i t s o f an U p p e r Jurassic / L o w e r C r e t a c e o u s c a r b o n a t e p l a t f o r m , w h i c h are partly d o l o m i t i z e d , the area o f d o l o m i t i z a t i o n
* S c h a h u m b c r p e r dc M é x i c o .
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BOL ASOC. МЕХ. GEOL. PETR.
INTRODUCCIÓN
El campo Cárdenas produce aproximadamente cientoveinte mil barriles diarios de aceite de 39 grados API de porosidad por fracturamiento {<\%) de calizas dolomitizadas, a una profundidad de 4 ,900 a 5,800 m. La dolomitización no está estra-tigraficamente controlada. El yacimiento es probablemente del tipo de empuje de gas (GOR = 310 m ^ m ' . sin oroducción de agua).
La dolomitización irregular del campo causó dos pozos secos, lo que puso en duda el sistema de es-paciamiento regular de los pozos cada 1,000 m, y que justificó una cuantificación del potencial en hidrocarburos del área aún no perforada del campo. Más de veinte pozos
con registros geofísicos se utilizaron para determinar: (1) la distribución de la intensidad del fracturamiento; (2) el espesor de carbonatos limpios y (3) su grado de dolomitización. Los métodos desarrollados para este estudio, y sus resultados son el contenido de este trabajo.
GEOLOGIA REGIONAL
El campo Cárdenas está ubicado paleogeográficamente en el talud externo, al nor-noroeste de una plataforma carbonatada del Jurásico Tardío/Cretácico Temprano (figura 1. Bancos carbonatados mayores, marginaron el Golfo de México en el Cretácico Temprano (Wilson, 1975, fig. Xl-5) , y la mayor
38
being no t conf ined t o dist inctive stiatigraphic horizons . T h e field is l imi ted to the rotated upper plate o f a Miocene overthrust (Cordilleran foreland fold-thrust belt) and sealed by Upper Cretaceous shales. It produces from the fracture poros i ty o f d o l o m i t i z e d intervals.
T h e hydrocarbon potent ia l o f undril led field segments was es t imated by determining the 3-D distribution o f the grade o f do lomi t i za t ion and o f the fracture intensi ty by interpolat ing wel l data. Geophys ica l wirel ine logs ( D S T * , L D N * and BHC*) o f 2 4 wel ls were used to determine the grain densi ty o f clean carbonates ( R T , R H G X , and M-N plot cutt-offs) , whereas the freguency of D C A * events , measured in 2 0 wel l s a l l owed quant i f icat ion of the distribution o f the secondary poros i ty . Both , the vertical and horizontal data variations were then integrated t o b l o c k est imates .
T h e fracture intensi ty correlates wel l w i th the grade o f do lomi t i za t ion in the northern part o f the field, which can be exp la ined by the brittle behaviour o f do lomi te . The great fracture intensity exist ing in the southern part o f the field does no t seem to be contro l led by the grade of do lomi t i za t ion , but rather by the vicinity of a major thrust fault and associated high differential stresses. The preferential or ientat ion o f the D C A * events , which is supposed to indicate potent ia l fluid migration paths, parallels partly Cretaceous normal faults o f the field interior. The or ientat ion is in other places rather random, as the fractures are the result o f superpos i t ion o f various t ec ton ic events .
Tlie average matrix b lock is a parallel-epiped wi th 4 cm hor izonta l and 2 8 c m vertical dimens ions , as determined from core data. The corresponding frature poros i ty i s 0 . 1 4 | f o r an average fracture aperture of 25 microns , and 0 . 5 7 1 for an average fracture aperture o f 1 0 0 microns.
The described m e t h o d is considered a valuable evaluat ion too l in the d e v e l o p m e n t o f reservoirs that produce from the fracture porosi ty o f irregularly d o l o m i t i z e d l imestone .
VOL. XXXV. NUM. 2, 1983
G O L F O M E X I C O
C U E N C A
CAMPO CARDENAS
'CARDENAS o \ 0
BORDE DE PLATAFORMA
' P ICHUCALCO
F A C I E S DE
Fig . 1. P a l e o g e o g r a f í a d e l C r e t á c i c o T e m p r a n o , s e g ú n S a n t i a g o A c e v e d o , 1 9 8 0 , c o n la u b i c a c i ó n del c a m p o C á r d e n a s en la z o n a d e t rans ic ión en tre u n a p la ta forma c a r b o n a t a d a en el sur y una c u e n c a abierta ( G o l f o d e M é x i c o ) e n el n o r t e . T a m b i é n es tán marcadas las fallas n o r m a l e s d e l Terc iar io q u e d e l i m i tan ai h o r s t de V i l l a h e r m o s a o d e R e f o r m a - A k a l de las c u e n c a s d e C o m a c a l c o y de M a c u s p a n a .
3 9
BOL ASOC. МЕХ. GEOL. PETR.
parte de la producción de hidrocarburos en México es aportada por las rocas de facies de talud de algunas de estas plataformas (Viniegra, 1981). Los cinturones de facies y los tipos de microfacies de la zona de transición entre banco calcáreo y cuenca son particularmente bien conocidos para las Plataformas de El Doctor (Enos, 1974) y de Valles-San Luis Potosí (Griffith y coautores, 1969; Carrillo, 1971; Carrasco, 1977), en un espesor de aproximadamente 2 ,000 m. expuestas en la Sierra Madre Oriental, y de los campos petroleros de la Faja de Oro (Enos, 1977). Las facies de talud y de borde de plataforma (figura 2) están caracterizadas en algunos campos por su alta porosidad primaria (brecha sedimentaria, caliza bioclás-tica de textura depositacional grains-tone-rudstone-floatstone), comparado con la baja porosidad de matriz de las calizas en la cuenca y en el interior de plataforma, las cuales tienen una textura micrítica. En el campo Cárdenas, la porosidad original fué casi totalmente nulificada por cementación y dolomitización: la porosidad de matriz varía entre Oy 2 | .
A las rocas del yacimiento del Cretacico Inferior subyacen calizas arcillosas y evaporitas del Jurásico Superior (figura 2). Suprayacen aproximadamente 500 m de rocas del Cretácico Superior compuestas
por: (1) calizas pelágicas (Formación Agua Nueva); (2) calizas pelágicas, Iutitas y areniscas (Formación San Felipe) y (3) calizas arcillosas y Iutitas (Formación Méndez); y encima hasta 4 ,000 m metros de rocas clásticas del Terciario. Las Iutitas del Cretácico Superior forman el sello. Las calizas arcillosas del Jurásico Superior son muy probablemente las rocas generadoras; la reconstrucción de su historia de sepultamiento indica que caen dentro de la ventana del aceite.
El campo Cárdenas está limitado por una cobijadura rotada de rumbo sureste y de vergencia hacia al suroeste (figura 3) de edad Miocènica (cinturón cordillerano de pliegues y cabalgaduras), con una componente vertical de desplazamiento de aproximadamente 1,000 m y una inchnación entre 15 y 20 grados. El pliegue es asimétrico; su flanco frontal tiene un echado de 8 a 13 grados, pero el echado de su flanco nororiental sólo es de 4 a 6 grados. El campo está delimitado hacia el este por una falla normal (figura 3 , flanco oriental hundido), mientras que su extensión hacia al noroeste no se conoce. Las fallas normales del interior del campo son interpretados por Petróleos Mexicanos como fallas de crecimiento, puesto que hay cambios de facies y de espesor de las rocas Cretácicas a través de ellas.
4 0
SE INTERIOR DE PLATAFORMA
BORDE DE PLATAFORMA
TALUD
NW CUENCA
CARDENAS
N .
A A A A A A A A A A A A A A A
Fig. 2 . Ubicación paleogcográfica del campo Cárdenas e n e i talud e x t e m o de una plataforma carbonatada del Cretácico Temprano. 1 = Formación Méndez. 2 = Formación San Felipe. 3 = Formación Agua Nueva. 4 =Tamaul ipas Superir, y 5 =Tamaul ipas Inferior (facies de cuenca). 6 = Formación Taniabra (facies de talud). 7 = Formación El Abra (facies de borde de plataforma). 8 = Formación El Abra (facies de interior de plataforma). 9 = rocas del Jurásico Superior. Según Wilson, 1 9 7 5 , modif icado. Sin escala.
7200000 ТЪООООО 74000 0 0 751ХЮОО 7600000 7 700000 7800000 7900000 8000000 81000.00 8200000 8500000 84000.00
- 1 ( 0 0 « 00 г 1 1 1 } 1 1 1 ( 1 Г
- 1 7 С 0 0 Л 0 -
- i tooo . oo -
- 1ЭООО.0О -
» о г
о га О г •в
р
-XSOfiOOO
Fig. 3. Mapa estructural del campo Cárdenas para la cima del Cretácico Inferior. El mapa se construyó por medio de computación, usando datos proporcionados por Petróleos Mexicanos (datos de la cima del Cretácico Inferior de los pozos , geometría de los bloques delimitados por fallas), y datos del registro de ecliados.
BOL ASOC. МЕХ. GEOL. PETR.
F R A C T U R A S , S U D I S T R I B U C I Ó N Y S U
D I R E C C I Ó N P R E F E R E N C I A L
D o s pozos secos de desarrollo (Ca-181 y Ca-291) propiciaron el interés en conocer más sobre la tendencia de la porosidad de fractura-miento , y sobre la orientación de las fracturas. Estos datos deberían ayudar en determinar la ubicación de nuevos p o z o s de desarrollo y de recuperación secundaria. También son de importancia para estudios de simulación de yac imientos fracturados (van Golf-Racht, 1982) .
Información de DCA* ("Detector of Conduct iv i ty Anomal ies") de 13 pozos estaba disponible al inicio de este estudio, y de 2 0 pozos al final. Estos DCAs fueron usados por Petróleos Mexicanos con buen éx i to para localizar intervalos para pruebas de producción. DCA es un programa de computac ión , que usa c o m o datos de entrada los resultados del programa denominado GEO-DIP*, que a su vez, es un programa de reconoc imiento lógico de patrones (Vincent y coautores, 1977) y que tiene c o m o entrada la información del HDT*. Contrariamente al GEODIP*, el DCA* determina aquellos patrones de las curvas de resistividad que no se pueden correlacionar entre los cuatro patines de la herramienta H D T * (anomalías de conductividad), y los presenta en gráficas de profundidad contra el azimut de las anomalías. Las anomalías de conductividad se expli
can por irregularidades en la pared del p o z o que están revestidos con l o d o de perforación. Un estudio de un intervalo nucleado de 125 m de la Formación Scaglia del área adriatica central (calizas laminadas de grano fino de facies pelágica con unidades masivas de brechas sedimentarias) reveló que de los 4 6 eventos registrados por el DCA; solo 6 n o fueron causados por fracturas; tres de los últ imos correspondieron a estilolitas, y dos podían ser relacionados con intervalos de brecha sedimentaria (De lhomme y coautores, comunicación por escrito) .
Se cuantificaron loseventosDCA* a intervalos de 100 m de profundidad para, posteriormente, realizar mapas de iso-intensidad de estos eventos, y elaborar cortes horizontales cada 100 m de profundidad (figura 4 ) y secciones verticales (figura 5). Los contornos de las secciones verticales sólo se basan en los valores de los pozos atravesados. N o consideran los valores de la distribución horizontal (mapas), pero son un m é t o d o rápido para visualizar áreas con alta densidad de eventos DCA*. Una estimación más sofisticada se podría hacer por medio de estimaciones de bloques, integrando la variabilidad de los datos tanto horizontales c o m o verticales. Este m é t o d o se aplicará en la determinación de la distribución tridimensional de la dolomitización (véase más adelante).
La distribución de los eventos
4 3
•^2000- 7Э0ОО- lAOOO. 7S000_ T6000 . 77000 . 78000 . 79000 . 80000 . 81000 . 82000 . 83000 . 84000.
17000
18000.
-19000.
-20000
?IQ00.
22000.
->J000. L_
24000.
? M 0 0 .
1 1 ; Г -I г
-i -17000.
- \ -18000.
-16000_
-19000_
J - 2 0 0 0 0 . .
_ J - 2 Ш 0 0 .
- 2 2 0 0 0 -
J - 2 3 0 0 0 . .
J - 2 4 0 0 0 .
- 2 5 0 0 0 . . 72000. 7300Q. 74000- 7S00Q_ 1 6 0 0 0 . 7 7 0 0 0 . 7 8 0 0 0 . 7 9 0 0 0 . 8 0 0 0 0 . 8 1 0 0 0 . B2000. ВЭ000, B4000.
Fig. 4 . Mapa con la distribución de los eventos DCA* para el intervalo 5 6 0 0 - 5 5 0 0 m de profundidad.
Q CA-I3I CA-IIIA CA-122 CA-142 CA-162 CA-182 CA-181 CA-291 c'
4^
-SO.00
-51.00
- 1 1 . 0 0
-91 .00
H - M , 0 0
H-Í1 .00
- Ì 4 . 0 0
-«T.OO
• .00
< o r
2 c
Fig. 5. Sección vertical longitudinal C-C' a través del campo Cárdenas. Contomos de isointensidad de eventos DCA*. La traza está indicada en la figura 4.
00
BOL. ASOC. МЕХ. GEOL. PETR.
DCA* puede describirse de la siguiente manera: un alto existe en la parte central del campo a una profundidad de 5,300 a 5 ,400 m, mientras que la sección más baja de la parte central del campo está caracterizada por baja densidad de eventos DCA* (figura 5). La densidad es muy alta en la parte sur-central del campo a una profundidad entre 5,400 y 5,900 m, y muy baja para la columna entera de la parte central-oriental, la cual está caracterizada por baja producción.
La distribución de fracturas puede ser influida por varios parámetros (Stearns y Friedman, 1972), tales como la litología, el espesor de los estratos, la cercanía de fallas y la cantidad de desplazamiento a lo largo de ellas, el tipo de estructura en la cual se encuentran las fracturas, el campo de esfuerzos que causó las fracturas (incluyendo la presión por los fluidos de poros), la temperatura, la velocidad de la deformación y otros más. Parece que la alta intensidad de eventos DCA en la parte sur-central del campo Cárdenas es principalmente causada por la cercanía a la falla regional que delimita el campo. Se postuló al inicio de este estudio que la intensidad del fracturamiento (y por lo tanto también la producción) estaba principalmente controlada por el grado de dolomitización de las rocas. El pozo Ca-122, por ejemplo (figura 6) indica una correlación estrecha entre la densidad de grano y la presencia de eventos DCA*
Se trató, por eso, de d e t e r m i n a r también la distribución de earbona -tos limpios y de su grado de d o l o mitización (véase más ade lante ) .
La orientación de las anomal ías DCA* se puede ver en la figura 7. Los máximos que se r e p i t e n después de 180 grados (por e j e m p l o Ca-105) se pueden interpretar como causados por fracturas planas, los m á x i mas que se repiten después de u n ángulo ligeramente diferente de 180 grados pueden ser causados p o r fracturas no-planares, mientras que otras orientaciones pueden ser c o n sideradas como "ruido" (causado por porosidad de disolución). Las fracturas son, en algunos sitios, paralelas a las fallas normales del interior del campo ( C a - l l l A , C a -121, Ca-122 , Ca-131, Ca-142, C a -147). La dirección preferencial norte-sur y la alta frecuencia del f racturamiento entre los pozos Ca-105, Ca-117, y Ca-139 sugiere un alto potencial horizontal de migración de fluidos entre estos pozos. L o s máximos de orientación de fracturas con dirección nor-noreste y este-noreste podrían corresponder a juegos conjugados de fracturas de cizalla-miento asociados con el cabalgamiento regional.
N o hay una tendencia general para la orientación del fracturamiento del campo Cárdenas, lo que se puede explicar por la historia tectónica compleja impuesta sobre el área del estudio desde la deposita-ción de los sedimentos de talud del Cretácico Inferior. La secuencia de-
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VOL. XXXV. N U M . 2 , 1983
Fig. 6 . Correlación entre densidad de grano y cantidad de eventos DCA para el pozo Canlenas-12¿.
47
DI AGRAMAS DE FRECUENCIA DE ANOMALÍAS DE CONDUCTIVIDAD
00
S3 o r
o m O r 15 B H !»
Fig. 7. Orientación de las anomalias DCA*
VOL. XXXV. NUM. 2 , 1983
formacional puede incluir: (1 ) fallas normales sinsedimentarias del Cretácico Temprano de la zona de transición entre plataforma y cuenca; (2) fracturas y fallas asociadas con, diapiros salinos c o m p u e s t o s por sal del Jurásico Superior documentados en la cercanía del c a m p o Cárdenas; (3 ) estructuras de t ipo horst-graben del Terciario Temprano (figura 1 ; horst de Vil lahermosa o de Reforma-Akal y graben de Coma-calco); y f inalmente (4 ) la cabalgadura Miocènica, formando la trampa (figura 3) . La distribución del fracturamiento causado por la superposición de estos varios eventos tectónicos debe de ser bastante difícil de simular por modelaje numèrico
(el cual normalmente asume un campo de esfuerzos bajo condic iones estáticas en un med io cont inuo iso-trópico) o por deformaciones experimentales. Pensamos , por lo tanto , que m é t o d o s estadístico-probabil ís-ticos son más apropiados bajo estas condicones para determinar el potencial de hidrocarburos en zonas no perforadas del yac imiento .
El área de baja frecuencia de eventos DCA* de la figura 7 (parte central-oriental del campo) es idént ico con aquel s egmento del campo que tiene la más baja producción. Eso hace cuestionar si una serie cronológica de datos regularmente actualizados, c o m o los de la figura 7 (densidad y orientación de los eventos DCA*) , en caso de haber sido usado desde el inicio del desarrollo del campo Cárdenas, nos habría
ahorrado algunos pozos; ya sea en el área de baja frecuencia de eventos DCA* o ya sea CA-117. Estam o s seguros que un banco de datos sobre la frecuencia y la orientación de eventos DCA*, presentado gráficamente con mapas y secciones de c o n t o m o s , es de mayor utilidad en el desarrollo de un campo que produce de porosidad secundaria. Un banco de datos regularmente mantenido , permite consultar el estado más actual de la distribución de los eventos DCA*. Ayudaría a cuantifícar el potencial en términos de porosidad secundaria de un punto a perforar, mediante secciones de cualquier orientación o mediante presentaciones especiales c o m o prismas (con paredes de mapas de contornos, cortándose en la región a perforar), o bien c o m o diagramas de vallas.
Se cuantificaron visualmente para-metros de fracturamiento de unos-núcleos del campo Cárdenas figura 8. Los resultados se presentan en la figura 9. Hay 4.5 veces más micro-fracturas (apertura < 100 microns) que fracturas. En promedio hay una (micro-) fractura cada 10 cm, mientras que sólo existe en promedio un evento DCA* cada metro en los mismos intervalos de profundidad, por lo que se concluye que el DCA* no indica microfracturas.
Conoc iendo la cantidad de (micro—) fracturas abiertas ( 4 6 ) y el vo lumen de los fragmentos analizados ( 1 8 , 0 5 2 cm^) , además de la proporción entre (micro—) fractu-
4 9
B O L . A S O C . MEX. G E O L . PETR.
Fig. 8, N ú c l e o 1 ( f ragmento 14) del p o z o Cárdenas-105 ( intervalo d e profundidad 5 4 1 3 - 5 4 2 2 m ) c o n dos fracturas d c c i sa l lamiento . Una fractura de t ipo normal está sobrepues ta por una fractura de t i p o inversa q u e de l imita al fragmento . La a c c u m u l a c i ó n de material de c o l o r negro a lo largo del plan d e la falla (arcillas o material orgánico) es p r o b a b l e m e n t e causado por d i so luc ión por pres ión del carbonato . Según el registro N G T * (e spec trometr ía d e rayos g a m m a naturales) , el intervalo t i ene u n a c o n c e n tración de 2 p p m de Tli y de 1 %de K; ind icando la ex i s tenc ia de iüta.
S O
p o z o núcleo profundidad
( m )
material examinado
( c m ) fracturas
micro
fracturas ve r t i ca l normal inversa hor izontal
frecuencia
( p o r m.)
f recuencia de eventos D C A ( p o r m . )
105 1 5 4 1 3 - 5 4 2 2 70 1 9 ( 2 ) 3 6 1 1 1 0 . 7
2 5 5 5 0 - 5 5 5 6 . 5 6 0 1 5 ( 3 ) 5 5 l.l
3 5 6 3 8 - 5 6 4 2 7 0 8 ( 4 ) 8 6 0 . 0
4 5 7 3 0 - 5 7 3 9 1 0 0 2 9 ( 9 ) 9 1 1 2 1 . 8
1 4 4 3 5 5 0 0 - 5 5 0 5 3 9 3 3 3 3 1 5 1 . 4
4 5 5 0 5 - 5 5 1 0 4 5 3 ( 1 ) 9 ( 3 ) 3 6 1 2 18 2 . 2
1 2 1 1 5 0 6 0 - 5 0 6 8 2 7 1 5 ( 2 ) I 15 0 . 5
2 5 0 9 9 - 5 1 0 8 1 3 1 1 8 1 . 3
3 5 2 0 0 - 5 2 0 9 2 4 1 2 ( 1 ) 1 2 8 l.l
181 2 5 7 1 3 - 5 7 2 1 9 6 4 2 4 ( 2 1 ) 21 3 2 7 0 . 3
l i g . 9. Parámetros de fracturamiento de unos núcleos del campo Cárdenas. Los valores entre paréntesis indican (micro-) fracturas rellenas. La frecuencia se refiere a (micro-) fracturas abiertas. En el cálculo de la frecuencia de eventos DCA* se contaron só lo una vez los eventos que se repiten a 180 grados.
to
BOL ASOC. МЕХ. GEOL. PETR.
ras verticales/subverticales y hori-zontales/subhorizontales (7 .5:1) , se puede calcular la geometría y el tamaño promedio de los bloques de matriz (paralelepípedo con dimensiones horizontales 3.74 cm, y dimensión vertical 28.05 cm). Usando estas dimensiones, y una apertura promedio de 25 micrones de las fracturas (van Golf-Racht, 1982), se puede calcular la porosidad de fracturamiento 0f = 0.141. Para una apertura d«: 100 microns resultaría <p{ = 0 . 5 7 | . El valor concuerda con 4>f de otros reservónos, donde generalmente es menor de 0 .51 (Nelson, 1983).
D I S T R I B U C I Ó N D E C A R B O N A T O S L I M P I O S Y D E
S U G R A D O D E D O L O M I T I Z A C I Ó N
Como se mencionó anteriormente se podía observar en unos pozos una buena correlación entre el grado de dolomitización y la frecuencia de eventos D C A * (figura 6) , lo ciue sugiere que la intensidad del fracturamiento está controlada principalmente por la litología (grado dc dolomitización). Esto está de acuerdo con datos de deformaciones experimentales que indican que la dolomía es más quebradiza que la caliza (Handin y coautores, 1963). Tratamos de confirmar esta tendencia determinando la distribución de los carbonatos limpios y de su grado de dolomitización en el campo
Cárdenas. Si la intensidad del fracturamiento deducido del DCA* fuera controlada principalmente por el grado de dolomitización, los datos sobre la dolomitización deberían complementar nuestros conocimientos sobre la distribución de la intensidad del fracturamiento; puesto que los registros usados para la determinación de la distribución de la dolomitización vienen en partes de pozos de los cuales no se ha procesado el DCA*.
El procedimiento aplicado en la determinación de la distribución de la dolomitización es como sigue: (1) Se corrió el programa PRESS* (de la cadena de programas del GLOBAL*) para 24 pozos en los cuales se había registrado DST*, LDN*, y BHC*, para conseguir RT (resistividad verdadera) y RHGX (densidad de grano) como función de la profundidad y corregidos por efectos ambientales. (2) Se procesó LUMP*, discriminando RT < 3 0 0 ohmm, RHGX < 2.7 g/cm. y M > 0.77. El discrimi-nador RT debería ayudarnos a eliminar intervalos arcillosos (al RT además de la arcillosidad también lo afecta la naturaleza de los fluidos de poros. Sin embargo, en el campo Cárdenas la porosidad de matriz es casi nula): el discrimina-dor RHGX, el cual corresponde a la densidad de grano de calcita, ehmina a los intervalos con densidades de grano más bajas que las de carbonatos limpios, y el discrimi-nador M de la gráfica M-N, el cual
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VOL. X X X V . NUM. 2 , 1983
depende del tiempo de tránsito sónico de intervalo, nos elimina la anhidrita, la cual es frecuente en la parte baja de la columna productiva (figura 2). (3) Se calculó por medio de LUMP* el espesor de carbonatos limpios y la densidad promedio de grano, para los mismos intervalos verticales de 100 m que ya se habían usado en el anáhsis de la distribución de los eventos DCA*. (4) Se computó el producto del espesor de carbonatos limpios por su porcentaje de dolomitización, derivado dfe la densidad promedio de grano. (5) Se realizaron mapas de los resultados de (4) por medio de los programas NORANA y BLUEPACK. Los resultados están presentados en mapas cada 100 m de espesor (figura 10) y en secciones verticales (figura 11), los cuales se basan en los datos de los pozos.
La dolomitización no parece estar controlada estratigráficamente. Si fuera al contrario, habría una semejanza entre ios mapas de dolomitización y de contornos estructurales (figura 3). La distribución irregular de la dolomía confirma la técnica de granear la dolomitización y los eventos DCA* para intervalos de profundidad, y no para unidades estratigráficas. Las ventajas del método consisten en su alta resolución vertical (unidades de 100 m comparado con la espesor mayor de las unidades estratigrá
ficas), y en la facilidad de determinar la profundidad, comparado con las dificultades de determinar límites bioestratigráficos en rocas altamente dolomitizadas.
De nuestra experiencia con otros pozos ubicados en la zona de transición entre plataforma carbonatada y cuencas, como el Cantarell-2239, sabemos, que principalmente el material derivado de la plataforma es el que se dolomitiza (la alta porosidad primaria de las brechas sedimentarias y calcarenitas facilita la circulación de fluidos de poros y por lo tanto también los procesos diagenéticos como la dolomitización), mientras que el material pelágico, intercalado en el talud externo, normalmente es menos dolomitizado. Aplicado al campo Cárdenas, se podría interpretar la lengua de dolomía, que se extiende del límite sur — oriental al interior del campo (fl--gura 10, intervalos de 5200-5100, 5400-5300, y de 5800-5500 m de profundidad) como depósitos de un abanico submarino de carbonatos derivados de la plataforma.
La distribución de la dolomía no es tan regular como la de los eventos DCA*. Sin embargo, la parte centro - oriental del campo, la cual es de baja producción de hidrocarburos, también está caracterizada por baja dolomitización. La extrapolación de ¡os datos sobre dolomitización sugiere alta dolomitización en el área no perforado al norte y noroeste de la parte desarrollada.
53
72000 . 7
J -22000.
Fig. 10. Mapa con la distribución de la dolomitización para el intervalo 5 6 0 0 - 5 5 0 0 m de profundidad.
Contornos del producto del espesor de carbonatos limpios por su porcentaje de dolomitización.
09 O r
J -23000 >
m >< ¡n m O r •0 m H JO
I C A - 1 3 1 C A - I I I A ' C A - 1 2 1 C A - 1 4 1 C A - I 6 I C A - I 6 3 A C A - 2 0 1
10 II 12 13 14 IS - 5 0 0 0
H - 5 I 0 0
- 5 2 0 0
H - 5 3 0 0
H - 5 4 0 0
H - 5 S 0 0
H - S 6 0 0
-1-57 0 0
i - 5 8 0 0
' - 9 9 0 0
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Fig. 11. Sección longitudinal vertical D-D' de la dolomitización. Contomos del producto del espesor de carbonatos limpios por su porcentaje de dolomitización, La traza de la sección está indicada en la figura 10.
00
BOL ASOC. MEX. GEOL. PETR.
En general, el grado de dolomitización correlaciona bien con la intensidad de los eventos DCA*. Esto se ve, por ejemplo, al comparar las secciones longitudinales de la distribución de los eventos DCA* (figura 5), y de la dolomitización (figura 11). Las dos secciones tienen casi la misma traza, y las dos distribuciones son muy similares. Sin embargo, la gran intensidad del fracturamiento que existe en la parte sur del campo, no parece estar controlada por el grado de dolomitización, sino más bien por la cercanía a la falla regional que delimita al campo.
Para la distribución de la dolomitización se emplearon técnicas geoestadísticas de estimación. Un ejemplo del procesamiento geoesta-distico de estimación de bloques se presenta en la siguiente sección. Este método integra la variabilidad del fenómeno tanto vertical como horizontal.
E S T I M A C I O N E S P O R B L O Q U E S
La precisión de las estimaciones bidimensionales o tridimensionales depende de la densidad de información disponible. En el caso de un campo petrolero, la densidad de la información vertical (datos de registros geofísicos) es siempre mucho más grande que la densidad horizontal (cantidad de pozos). Recientemente, un método geoestadís-tico ha sido desarrollado para la determnación de la geometría de
yacimientos (Delfiner, 1981, comunicación por escrito) que toma en cuenta la información de líneas sísmicas (tiempos de reflexión) y los datos de registros de pozo , reduciendo de esta manera la poca densidad horizontal. Pero para otros parámetros, tales como la porosidad o la densidad de grano, el problema permanece. Una respuesta sería aprovechar la gran densidad vertical de información para obtener un modelo geoestadístico más confiable.
En el caso de la distribución de la dolomitización se ha intentado resolver este problema por estimación de bloques (Journel and Huijbregts, 1978; Matheron, 1971): la variable utilizada para este ejemplo fue la densidad de grano promedio de carbonatos liiTipios, promediada en intervalos cada 20 m. El programa BLUEPACK ha sido utilizado para este propósito.
El proceso de estimaciones por bloques consiste esencialmente de tres etapas: A. Análisis estructural vertical de los datos en intervalos cada 20 m (datos primarios) para cada pozo, para poder determinar (1) la variabilidad vertical del parámetro en estudio, (2) una correlación visual de pozo a pozo basada en las comparaciones de los variogramas, y (3) ajuste de un modelo teórico de va-riograma al variograma experimental, para estimación de secciones (datos secundarios) con una longi-
56
VOL. XXXV. NUM. 2 , 1 9 8 3
tud preestablecida рог el rango del variograma experimental . B. Análisis estructural horizontal de cada sección estimada en la etapa A a lo largo del yac imiento , ésto para poder definir un m o d e l o de variograma para cada sección, el cual será usado eventualmente para la estimación de bloques. Los variogramas horizontales n o son suficientemente confiables para determinar radios de influencia horizontal , por lo que se utiliza la' opc ión de vecindad única, es decir, considerar toda la información para cada estimación. C. Est imaciones de bloques . Esta última etapa es llevada a cabo separadamente por cada intervalo o sección y uti l izando los datos primarios (cada 2 0 m) y los m o d e l o s de variograma deducidos en la etapa B.
Estas tres etapas fueron aplicadas a los pozos disponibles del Campo Cárdenas. Primeramente, un análisis estructural fue aplicado para cada p o z o , lo cual indica la variabilidad en el sent ido vertical del fenómeno y una posible correlación pozo a p o z o . La figura 12 muestra un conjunto de variogramas experimentales calculados a lo largo de la profundidad de cada p o z o . Una correlación estrecha puede ser observada en la variabilidad de los pozos CA-112 y C A - 2 0 1 , aunque la distancia entre ellos sea de cerca de 6 km. Los p o z o s C A - 1 0 9 , CA-111 y CA-121 por el contrario, sólo exhiben una buena correlación para los primeros 8 0 m. En el caso de los
dos p o z o s C A - 1 1 1 y C A - 1 1 2 , l o s cuales se encuentran a poca d i s tancia, los variogramas son tan d i ferentes que no permiten ninguna correlación (figura 12).
En el siguiente paso, se ajustaron m o d e l o s matemáticos para cada variograma experimental, para realizar est imaciones por secciones. En general, los m o d e l o s lineal (figura 13) y esférico (figura 14) han sido los más apropiados. El tamaño de la sección fue escogido c o m o el rango promedio (radio de influencia) de los variogramas que presentaban meseta (mode lo esférico). En general esta distancia fue de 100 m (figura 14), la cual define también el espesor del bloque. La técnica del Kriging (Journel and Huijbregts, 1978) fue usada en las estimaciones de estas secciones, lo cual permit ió regularizar los datos verticales de todos los pozos en intervalos cada 100 m. La figura 15 muestra los resultados de las estimaciones de las secciones para el p o z o CA-124 , (donde Z es el valor est imado), tomando en cuenta el modelo lineal ajustado al variograma experimental (figura 13).
Después de estimar las secciones para todos los intervalos cada 100 m, se ha tomado el intervalo de 5 5 0 0 a 5 4 0 0 c o m o ejemplo para ilustrar la estimación por bloques. Entonces , el primer paso es definir un m o d e l o estructural horizontal (ya sea un m o d e l o teórico de variograma o una función de covariancia generalizada, Matheron, 1973) a
5 7
(gr/cm'-m C A - 1 2 1 a o r
00
3 9 0
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2 0 0
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„ C A - 1 0 9 / X /
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10 h ( X 2 0 m )
Fig. 12. Conjunto de variogramas experimentales.
(gr/cm'-m)^
10
h ( x 2 0 t n )
Fig. 13. Modelo lineal ajstado al veriograma experimental del pozo CA-124.
o
M O D E L O A J U S T A D O
03 O r >
p
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pe
RANeO h ( x 2 0 m )
Fig. 14. Modelo esférico ajustado al variograma experimental del pozo CA-111.
V O L . X X X V . N U M . 2 , 1 9 8 3
P R O F .
I
5(3
5 2 0 0
5 300
5 400
5 500
5 600
5 T O O
5 800
5 9 0 0
Fig. 15. Estimaciones de secciones para el pozo <::áidenas-124.
61
BOL ASOC. MEX. GEOL. PETR-
partir de los datos se cúndanos estimados bajo este intervalo a lo largo del yacimiento. Se cuenta con 25 valores (de 25 pozos) para calcular este modelo estructural, y se utilizó el programa BLUEPACK para obtener esta función estructural en el intervalo 5500-5400 m:
K(h) = 215.7 - 0 .027 H
donde K(h) es la función estructural denominada covariancia generalizada, que sustituye al variograma en el sistema de kriging.
La figura 16 muestra una sección vertical através de IospozosCA-143, CA-161A y CA-182 con varios valores de estimación de bloques y su desviación estándar. Las estimaciones han sido hechas bajo los intervalos: 5200 a 5300 m ; 5300 a 5 4 0 0 m y de 5400 a 5500 m. El tamaño del bloque es suficientemente pequeño para presentar las estimaciones por medio de un mapa bidi-mensional sobre el intervalo 5400 a 5500 . Los datos primarios (cada 20 m) entre 5350 m y 5550 m fueron usados para las estimaciones de bloques del intervalo de 5400 a 5500 (fig. 17). de acuerdo al rango promedio del variograma vertical (100 m). Los valores de los pozos (puntos negros) en el mapa son las estimaciones hechas para la sección 5400— 500 m; por lo que las líneas de contornos no coinciden en muchos casos con ios valores de los pozos.
C O N C L U S I O N E S
La amplia cantidad de datos empíricos obtenidos nos permitió estimar la intensidad de fracturamiento y el grado de dolomitización de áreas no perforadas del campo Cárdenas, interpolando datos geofísicos de los pozos por medio de métodos geoestadísticos. El método aplicado de estimación por bloques, aprovecha la excelente densidad vertical de datos, mejora la estimación y, por lo tanto, la confiabili-dad en la distribución de los para-metros petrofísicos de yacimientos.
Consideramos a los métodos aplicados como una buena herramienta de evaluación en el desarrollo de yacimientos que producen de porosidad por fracturamiento o de caliza irregularmente dolomitizada. Sugerimos mantener un banco de datos sobre la frecuencia y la orientación de los eventos DCA* para el desarrollo de los campos que producen de porosidad de fracturamiento, lo que permitirá determinar el potencial en porosidad secundaria de sectores a perforar.
A G R A D E C I M I E N T O S
Se agradece a Petróleos Mexicanos la cooperación durante el desarrollo de este estudio, y la aportunidad de presentar los datos en este boletín.
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9s
V A L O R E S T I M A D O ( g r / c m ' - ) D E S V I A C I Ó N E S T Á N D A R
r
Fig. 16. Estimaciones de bloques tridimensionales para la parte centro-oriental del Campo Cárdenas.
72IXX). 73000 . 74000 . 7EO00 . 76000 . 77000 . 76000 . 79000 . 60000 . 61000. SZOOO. . 83000 . 84000.
-16000. - 1 6 0 0 0 .
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-17000.
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-22000.
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ns w H
72000 . 73000 . 74000 . 7B0O0 . 76000 . 77000 . 78000 . 79000 . 80000 . 810O0 . 82000 83000.
-ZSOOO.
84000.
1% i7> Es^csdt de c o t b o n a t o s l i i np ioH p o r BU d o n s i d a d do grano promedio, para ci inteivalo 5500-54000 m poi <A mètodo de wtimaolón p o r b l o q u e i .
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VOL. XXXV. NUM. 2 , 1 9 8 3
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C O M P U T A C I Ó N : p r o c e s a m i e n t o d e in formación g e o f í s i c a y g e o q u í m i c a , g e o e s t a d í s t i c a y c o n f i g u r a c i ó n g r á f i c a
P L A N E A C I O N R E G I O N A L : u s o a c t u a l y p o t e n c i a l de l t e r r e n o , i n v e n t a r i o d e r e c u r s o s n a t u r a l e s o i n f r a e s t r u c t u r a y e s t u d i o s f í s i c o s
O U I M I C A : a n á l i s i s vía h ú m e d a , c r o m a t o g r a f í a d e g a s e s y e s p e c t r o f l u o r e s c e n c i a
estudios de planeacidn regional sa de cv C I T L A L T E P E T L 2 5 C O L . H I P - C O N D E S A C P . 0 6 1 7 0
M E X I C O D . F .
T E L S . 2 8 6 - 1 1 6 5
5 5 3 - 7 7 9 5
5 5 3 - 6 3 4 6
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