universidad simón bolívar predicción de permeabilidad en yacimientos altamente heterogéneos

155 Pages·2012·4.26 MB·Spanish

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR

DECANATO DE ESTUDIOS DE POSTGRADO
COORDINACIÓN DE POSTGRADO DE INGENIERÍA GEOFÍSICA
MAESTRÍA EN CIENCIAS DE LA TIERRA

PREDICCIÓN DE PERMEABILIDAD EN YACIMIENTOS
ALTAMENTE HETEROGÉNEOS APLICANDO MÉTODOS
NO CONVENCIONALES

Trabajo de Grado presentado a la Universidad Simón Bolívar por

Olga Patricia Torbello Ramírez

como requisito parcial para optar al grado académico de

Magister en Ciencias de la Tierra

Con la asesoría de la profesora:

Dra. Milagrosa Aldana

Febrero, 2012
ii
iii

DEDICATORIA

A la que llena mi vida de retos,
nuestro hogar de obras de arte
y mi corazón de infinito amor,
a ti, mi adorada princesa Sofía.
iv

AGRADECIMIENTOS

A Dios, por darme vida, salud, fuerza, una familia y amigos maravillosos.

A mi familia, la que extraño cada día, pero que siempre está allí para apoyarme aunque no
los vea, por teléfono y en presencia: Mami, Belkis y Jesús, Claribel y Manuel, Landy,
Norberto y todos mis sobrinitos. Mil Gracias, Los adoro.

A mi pequeña, por entender que mamá tenía que trabajar durante las noches y fines de
semana, quitándole muchas veces su tiempo, gracias princesa ahora a jugar más!

A mis amigos, Silvia y Flavio, Rafael y Zenaida, Carla, Humberto y Lina, Guillermo, y los
que se me escapan, por ser mi familia en México y Houston, entender mis angustias,
embarques y haberme ayudado siempre de alguna u otra manera.

A Tom Trowbridge, por ser un jefe con gran calidad humana, gracias por su apoyo en todo
momento.

A la USB, alma mater, por acogerme una vez más y permitirme culminar la maestría, y a
quien, en ella, materializó mi reingreso: Raidin Ustáriz, sin palabras Raidin, millón de
Gracias.

A mi tutora, Milagrosa Aldana, por darme, además de su asesoría técnica, las palabras que
necesitaba cada vez que estuve en duda o desmotivación, Gracias Mili.
v

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR

DECANATO DE ESTUDIOS DE POSTGRADO
COORDINACIÓN DE POSTGRADO DE INGENIERÍA GEOFÍSICA
MAESTRIA EN CIENCIAS DE LA TIERRA
PREDICCIÓN DE PERMEABILIDAD EN YACIMIENTOS
ALTAMENTE HETEROGÉNEOS APLICANDO MÉTODOS NO
CONVENCIONALES
Por: Torbello Ramírez Olga Patricia
Carnet No.: 0483690
Tutor: Dra. Milagrosa Aldana
Febrero, 2012

RESUMEN

El presente trabajo tiene como objetivo comparar diferentes técnicas no convencionales de
predicción de permeabilidad a partir de registros de pozo en un yacimiento carbonatico
altamente heterogéneo, con el propósito de determinar cual o cuales metodologías reproducen
mejor los valores de permeabilidad al aire medidos en tapones de núcleo. Las técnicas
aplicadas incluyen la lógica difusa, métodos de agrupamiento por patrones gráficos, redes
neuronales artificiales y redes neuronales con parámetros difusos (ANFIS de MatLab®). Para
alcanzar los objetivos propuestos, se generaron facies "resistivas" a través del agrupamiento de
las relaciones de resistividad (Rabiller, 2001) y facies "texturales" a partir del registro eléctrico
de imágenes (Knecht, 2003). Así mismo, se generó un modelo de electrofacies y se realizó la
evaluación petrofísica de la columna estratigráfica representada por 13 intervalos
arenisca/dolomita de la formación Tensleep. En el 70 % de los casos probados en este estudio,
el método de agrupamiento por patrones gráficos (MRGC) arrojó el mayor coeficiente de
correlación con la permeabilidad medida en núcleo en el conjunto de datos de validación,
seguido por el método de redes neuronales artificiales.
_____________________________

Palabras clave: permeabilidad, lógica difusa, ANFIS, Clúster, MRGC, redes neurales
artificiales, A
vi

ÍNDICE GENERAL
Pag.

APROBACIÓN DEL JURADO .................................................................................. ii
DEDICATORIA ........................................................................................................... iii
AGRADECIMIENTOS ............................................................................................... iv
RESUMEN .................................................................................................................... v
ÍNDICE GENERAL ..................................................................................................... vi
ÍNDICE DE TABLAS .................................................................................................. viii
ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................ ix
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 1
CAPÍTULO I: MARCO TEÓRICO .......................................................................... 5
1.1. Permeabilidad ........................................................................................................ 5
1.2. Métodos directos para medir la permeabilidad ..................................................... 6
1.3. Métodos empíricos ................................................................................................ 8
1.4. Métodos Estadísticos ............................................................................................ 11
1.4.1. Convencionales ......................................................................................... 11
1.4.2. No paramétricos ........................................................................................ 13
1.5. Medidas virtuales ................................................................................................... 13
1.5.1. Redes neuronales Artificiales .................................................................... 14
1.5.2. Lógica Difusa ............................................................................................ 16
1.5.2.1. Predicción de permeabilidad utilizando lógica difusa ............... 16
1.5.2.2. Conjuntos Difusos ..................................................................... 17
1.5.2.3. Funciones de membresía ............................................................ 18
1.5.2.4. Operadores Lógicos Difusos ...................................................... 19
1.5.2.5. Reglas Difusas ........................................................................... 19
1.5.2.6. Sistemas de Inferencia Difusos ................................................. 21
1.5.2.7. Modelado Difuso Tradicional y su Enfoque Alternativo .......... 23
1.5.2.8. Algoritmo Substractive Clustering para Clasificación Difusa.... 24
1.5.2.9. Técnica Adaptativa Neuro Difusa ANFIS ................................. 26
vii

1.5.3. Métodos de Agrupamiento...................................................................... 27
CAPITULO II: MARCO GEOLÓGICO................................................................... 30
CAPITULO III: METODOLOGÍA............................................................................ 36
3.1. Construcción de la base de datos ........................................................................... 36
3.2. Preparación de los datos disponibles ..................................................................... 36
3.3. Creación del modelo petrofísico ........................................................................... 39
3.3.1. Evaluación determinística ...................................................................... 40
3.3.2. Evaluación multimineral ........................................................................ 42
3.4. Generación de modelo de Electrofacies................................................................. 48
3.5. Generación de facies "texturales" ......................................................................... 56
3.5.1. Procesamiento del registro de imagen ................................................... 56
3.6. Agrupamiento de relaciones de resistividad ......................................................... 67
3.7. Predicción de permeabilidad ................................................................................. 69
3.7.1 Análisis de datos disponibles .................................................................. 69
3.7.1.1. Datos de Núcleo ........................................................................ 69
3.7.1.2. Registros de Pozo ...................................................................... 75
3.7.1.3. Correlación entre datos de núcleo y registros de pozo .............. 78
3.7.2 Escenarios y modelos de predicción........................................................ 81
3.7.3 Métodos y parámetros utilizados ............................................................. 83
3.7.3.1 Lógica Difusa ............................................................................. 83
3.7.3.2.Redes Neuronales Artificiales (ANN) ........................................ 83
3.7.3.3.Tecnica adaptativa Neuro-Difusa (ANFIS) ................................ 85
3.7.3.4. Método de Agrupamiento por patrones gráficos (MRGC).......... 91

CAPITULO IV: RESULTADOS................................................................................. 93
CAPITULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................. 140
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................... 143
viii

ÍNDICE DE TABLAS

Tablas
3.1. Inventario de registros de pozo, datos de núcleo y formación estratigráfica Pág.
perforada por pozo..........................................................................................................

3.2. Propiedades petrofísicas promedio resultantes de la evaluación
37
determinística..................................................................................................

3.3. Propiedades petrofísicas promedio resultantes de la evaluación
42
multimineral...................................................................................................

3.4. Propiedades petrofísicas promedio por formación y electrofacie, datos de
48
núcleo..............................................................................................................................

3.5. Inventario de Registros y datos de núcleo disponibles............................................
75
3.6. Coeficiente de Correlación entre logaritmo de la permeabilidad y registros de
76
pozo................................................................................................................................

3.7. Modelos evaluados, Escenario 1..............................................................................
80
3.8. Modelos evaluados, Escenario 2 .............................................................................
81
4.1. Resumen Resultados Escenario 1............................................................................
82
4.2. Modelos adicionales evaluados, Escenario 1...........................................................
110
4.3. Resultado de la propagación del modelo 4 a pozos con menor número de
112
registros, método MRGC................................................................................................

4.4. Resumen Resultados Escenario 2............................................................................
135
136
ix

ÍNDICE DE FIGURAS

8
1.1. Representación esquemática de un permeámetro de gas ........................................
14
1.2. Modelo esquemático de una neurona artificial........................................................
18
1.3. Función de membresía triangular............................................................................
19
1.4. Representación de los Operadores Lógicos Difusos................................................
30
2.1. Localización del Campo Teapot, Condado de Natrona, Wyoming, USA...............
31
2.2. Mapa Estructural al Tope del Cretáceo mostrando anticlinal doble........................
32
2.3. Sección Sísmica estructural.....................................................................................
33
2.4. Sección generalizada Oeste-este del Campo Teapot...............................................

2.5. Columna geológica Campo Teapot. Junto con detalle de muestras de canal
35
descritas en la Formación Tensleep del Pozo 48-X-28..................................................
38
3.1. Edición de registro sónico en intervalo de interés...................................................
38
3.2. Edición de registro sónico en intervalo de interés. Reconstruido............................
39
3.3. Puesta en profundidad de datos de núcleo respecto a los registros de pozo............
41
3.4. Resultado de evaluación petrofísica determinística en el pozo 48-X-10.................

3.5. Minerales, Fluidos y parámetros de respuesta utilizados en la evaluación
46
petrofísica multimineral..................................................................................................
47
3.6. Resultados de la evaluación petrofísica multimineral, pozo 48-X-10.....................

3.7. Histogramas de Frecuencia de registros de entrada utilizados en el modelo de
51
electrofacies....................................................................................................................

3.8. Parámetros de entrada del método de agrupamiento MRGC para la
51
determinación de electrofacies.......................................................................................
52
3.9. Modelo de 14 clases generado automáticamente por el MRGC..............................
53
3.10. Interpretación del Modelo de Electrofacies Pozo 48-X-10...................................

3.11. Fragmento de núcleo al tope y base de La Formación Arena B en el pozo 48-X-
54
28....................................................................................................................................
55
3.12. Modelo de electrofacies propagado en el pozo 48-X-28.......................................
57
3.13. Parámetros utilizados para la corrección de rapidez y correlación entre pads.......
57
3.14. Parámetros utilizados en la etapa de ecualización...............................................
x

3.15. Procesamiento del registro de imagen. correlación, ecualización y
normalización................................................................................................................. 59
3.16. Histograma de frecuencia pre y post Normalización de la imagen....................... 60
3.17. Flujo de trabajo de procesamiento de imagen para extracción de textura............ 61
3.18. Procesamiento de Imagen. Extracción del registro característico (B).................. 63
3.19. Mapa de textura (SOM) de Areniscas A y B........................................................ 65
3.20. Facies texturales vista en 2D (pista 3) y en 3D (pista 4)...................................... 66
3.21. Registro RESFAC o facies resistivas junto con la permeabilidad medida,
electrofacies y registros de resistividad.................................................................... 68
3.22. Mapa de pozos con datos de registros de pozo y pozos con datos de núcleo...... 69
3.23. Distribución de valores de permeabilidad por pozo............................................ 71
3.24. Distribución de valores de permeabilidad por intervalo estratigráfico y
electrofacies.................................................................................................................. 72
3.25. Gráficos cruzados porosidad vs logaritmo de la permeabilidad por
formaciones................................................................................................................... 73
3.26. Gráficos cruzados porosidad vs logaritmo de la permeabilidad por electrofacies
y por formaciones.......................................................................................................... 74
3.27. Registros característicos de los pozos 1 (48-X-28), 5 (54-TPX-10) y 6 (71-AX-
15).................................................................................................................................. 77
3.28. Gráficos cruzados logaritmo de la permeabilidad de núcleo vs registros de
pozo............................................................................................................................... 79
3.29. Modelo de redes neuronales artificiales............................................................... 84
3.30. Parámetros de entrada método de división de grilla y sub-agrupamiento............ 85
3.31. Comparación del error promedio de prueba obtenido utilizando el método de
sub-agrupamiento y división de grilla........................................................................... 85
3.32. Comparación del error promedio de prueba utilizando el método de división de
grilla con 30 y 15 épocas de entrenamiento.................................................................. 86