La dolomía: Aspectos de un mineral desconcertante La dolomía es un carbonato metaestable. Se forma en una diversidad de ambientes claramente diferentes y puede cambiar a medida que se modifican las condiciones. El modo de formación incide en la morfología de la dolomía y, por consiguiente, impacta las estrategias de exploración y producción. Los nuevos enfoques en materia de evaluación de los carbonatos están ayudando a los geocientíficos a descubrir la dolomía de calidad prospectiva, a pesar de su naturaleza heterogénea y a menudo enigmática. Mishari Al-Awadi Kuwait Oil Company East Ahmadi, Kuwait William J. Clark William Ray Moore Denver, Colorado, EUA Michael Herron Tuanfeng Zhang Weishu Zhao Cambridge, Massachusetts, EUA Neil Hurley Dhahran, Arabia Saudita Djisan Kho East Ahmadi, Kuwait Bernard Montaron Dubai, Emiratos Árabes Unidos Fadhil Sadooni Universidad de Qatar Doha, Qatar Traducción del artículo publicado en inglés en Oilfield Review Otoño de 2009: 21, no. 3. Copyright © 2009 Schlumberger. Por su colaboración en la preparación de este artículo, se agradece a Tony Smithson, Northport, Alabama, EUA. Carbonate Advisor, CMR, EcoScope, ECS, ELAN, Litho-Density y MDT son marcas de Schlumberger. En este artículo la sigla RMN está en español y significa resonancia magnética nuclear. “Me parece que deberías ser más explícito aquí, en el paso dos.” Modificado con la autorización de Sidney Harris, copyright ScienceCartoonsPlus.com. 32 Oilfield Review La dolomía es un mineral complejo. Puede precipitar directamente de soluciones que contienen iones de magnesio, calcio y carbonato para formar cemento o sedimento no litificado. No obstante, la mayor parte de la dolomía se forma mediante la alteración química de la roca carbonatada o del sedimento precursor; principalmente caliza o lodos calcáreos. Estos carbonatos tienden a ser inestables y están compuestos fundamentalmente por calcita o su polimorfo termodinámicamente más inestable, la aragonita. Si estos materiales precursores se exponen a fluidos ricos en contenido de magnesio, es probable que una porción de los iones de calcio sea reemplazada por iones de magnesio para formar un carbonato más estable de calcio y magnesio denominado dolomía. La dolomía se encuentra en una amplia gama de ambientes, incluyendo filones hidrotermales, lagos, océanos someros, lagunas y cuencas de evaporación. Las teorías en torno a los orígenes de la dolomía continúan desarrollándose. Entre la controversia y la especulación, se han propuesto muchos modos de origen a través de los años que han sido descartados prácticamente en su totalidad.1 Un mineral común que forma rocas sedimentarias, la dolomía no es simplemente una asociación de magnesio, calcio y carbonato (derecha). Por el contrario, se trata de un mineral metaestable de dudoso linaje con una composición química y una estructura atómica variables. Durante un lapso determinado de tiempo geológico, puede existir de una forma determinada para pasar luego a un estado más estable cuando su equilibrio se perturba; principalmente a través de los cambios producidos en la presión, la temperatura o la química. Los cristales pueden incluso aumentar de tamaño, por lo cual sus primeras generaciones tal vez sean transformadas subsiguientemente en formas cada vez más estables. Este proceso puede reiterarse numerosas veces durante el sepultamiento y la diagénesis, formándose cada una de las nuevas fases mediante la disolución parcial o completa de una dolomía previa. La recristalización puede ser beneficiosa para la formación de yacimientos cuando genera porosidad intercristalina; sin embargo, los incrementos producidos en la porosidad pueden ser anulados posteriormente por la precipitación del cemento dolomítico que rellena los poros, o por el desarrollo de cristales dolomíticos que forman grandes cristales entrelazados. Dado que la morfología de un cuerpo dolomítico es controlada por los procesos que la crearon, los geocientíficos usualmente tratan de integrar el Volumen 21, no. 3 modo de origen en sus estrategias de exploración. No obstante, con el tiempo, la recristalización de la dolomía metaestable puede borrar todos los vestigios del modo de origen más primigenio del mineral, con lo que las generaciones subsiguientes quizás sólo reflejen el ambiente de recristalización más reciente.2 A través del ocultamiento de su modo de origen, es posible que la recristalización de la dolomía entorpezca las campañas de exploración. Algunas dolomías alojan yacimientos excepcionales caracterizados por altos valores de porosidad y permeabilidad. Por consiguiente, las compañías de E&P se esfuerzan por pronosticar dónde su barrena de perforación hallará más posibilidades de encontrar dolomía de calidad prospectiva; a pesar de sus complejidades químicas y sus modos de origen ocultos. Este artículo describe diversos modos y ambientes en los que se forma la dolomía, además de los procesos que rigen el mejoramiento o la destrucción de su porosidad. Por otro lado, examina los problemas que se plantean a la hora de interp- retar los datos provenientes de los registros de pozo convencionales y provee una visión de las herramientas y metodologías de avanzada, utilizadas para la evaluación de los yacimientos en estas rocas enigmáticas. Un léxico metaestable Dado que se trata de una ciencia descriptiva, basada en observaciones efectuadas en el campo, la geología depende de un léxico que se ajusta con precisión. Cuando se transfiere de una analogía a otra, la terminología geológica tiende a evolucionar. La geología de la dolomía abunda en esos términos. La dolomía debe su nombre a Déodat Gratet de Dolomieu (1750–1801), un geólogo pintoresco y un tanto controvertido que describió la presencia de exposiciones de rocas calcáreas en los Alpes meri– dionales del noreste de Italia.3 Dolomieu observó que estas rocas parecían calizas pero no entraban en efervescencia como lo hace la caliza cuando se la trata con un ácido débil. De manera que, si bien Calcita CaCO3 Dolomía CaMg(CO3)2 MgCO3 Magnesita Anquerita CaFe(CO3)2 FeCO3 Siderita > Serie de solución sólida. En su estado más puro, la dolomía cae en la línea de la calcita-magnesita en la serie de solución sólida de calcita, magnesita y siderita. Si bien la composición de la dolomía se expresa como [CaMg(CO3)2], la dolomía natural oscila entre aproximadamente Ca1.16 Mg0.84(CO3)2 y aproximadamente Ca0.96 Mg1.04(CO3)2. 1. A pesar de más de 200 años de investigación, el origen de la dolomía sigue siendo un tema considerablemente controvertido; en parte por el conocimiento deficiente de las condiciones químicas, biológicas e hidrológicas críticas, y en parte porque los datos petrográficos y geoquímicos permiten más de una interpretación. Para obtener más información sobre esta controversia, consulte: Machel HG: “Concepts and Models of Dolomitization: A Critical Reappraisal,” en Braithwaite CJR, Rizzi G y Darke G (eds): The Geometry and Petrogenesis of Dolomite Hydrocarbon Reservoirs. Londres: Geological Society, Special Publication 235 (2004): 7–63. 2. Warren J: “Dolomite: Occurrence, Evolution and Economically Important Associations,” Earth Science Reviews 52, nos. 1–3 (Noviembre de 2000): 1–81. 3. de Dolomieu DG: “Sur un genre de pierres calcaires très peu effervescente avec les acides et phosphorescentes par la collision,” Journal de Physique 39 (Octubre de 1791): 3–10. Para obtener una perspectiva actualizada, consulte: Zenger DH, Bourrouilh-Le Jan FG and Carozzi AV: “Dolomieu and the First Description of Dolomite,” en Purser BH, Tucker ME y Zenger DH (eds): Dolomites: A Volume in Honor of Dolomieu. Boston, Massachusetts, EUA: Blackwell Scientific, International Association of Sedimentologists, Special Publication 21 (1994): 21–28. 33 > Del más pequeño al más grande. El rótulo de dolomía puede aplicarse al mineral (izquierda), a la roca (centro) y al sistema montañoso (derecha). el rótulo de dolomía se aplicó primero a la roca, también designa al componente mineral principal y al sistema montañoso en el que fue descripto por primera vez (arriba). En 1948, para distinguir entre la roca y el mineral, se introdujo el término roca dolomítica.4 Este nombre se refiere a la roca formada de la dolomía mineral (más del 75%), junto con otros minerales.5 La dolomicrita se forma cuando la dolomía reemplaza a los lodos cristalinos muy finos. Otros investigadores consideraron necesario diferenciar los distintos tipos de dolomía e introdujeron nuevos términos para dar cuenta de las variaciones del contenido de magnesio y calcio. La composición ideal de la dolomía consta de partes iguales de Ca y Mg en capas alternadas separadas por capas de CO3. Cuando el carbonato de calcio [CaCO3] se incrementa en un 10%, o un porcentaje superior, por encima de su composición ideal, el mineral es denominado como dolomía con alto contenido de calcio; alternativamente, también puede denominarse dolomía calcítica o dolomía calcárea. Con una reducción del contenido de carbonato de magnesio [MgCO3], de manera que el CaCO3 oscile entre el 50% y el 90%, la roca puede denominarse caliza dolomítica. La reducción ulterior del MgCO3, hasta alcanzar un porcentaje que oscila entre 5% y 10%, se traduce en caliza magnesiana, aunque algunos consideran obsoleto este término. Con menos del 5% de MgCO3, la roca precursora se denomina simplemente caliza. 4. Shrock RR: “A Classification of SedimentaryMattV_ORAUT09_Fig_2 Rocks,” The 12. Lucia FJ: “Origin and Petrophysics of Dolostone Pore Journal of Geology 56, no. 2 (Marzo de 1948): 118–129. Space,” en Braithwaite CJR, Rizzi G y Darke G (eds): The Geometry and Petrogenesis of Dolomite 5. La popularidad de este término ha sufrido altibajos Hydrocarbon Reservoirs. Londres: Geological Society, a través de los años, principalmente porque la Special Publication 235 (2004): 141–155. designación dolomía posee prioridad histórica para la roca. No obstante, el término roca dolomítica quizás Halley RB y Schmoker JW: “High-Porosity Cenozoic logre aceptación una vez más a medida que los Carbonate Rocks of South Florida: Progressive Loss of investigadores procuren evitar ambigüedades. Porosity with Depth,” AAPG Bulletin 67, no. 2 (Febrero de 1983): 191–200. 6. Machel, referencia 1. 13. In 1837, Jean-Baptiste Élie de Beaumont utilizó un 7. Machel, referencia 1. modelo de intercambio de calcio por magnesio, mol 8. Machel, referencia 1. por mol, para dar cuenta de la porosidad vugular de 9. Rodgers J: “Terminology of Limestones and Related las rocas dolomíticas de los Alpes Tiroleses. Élie de Rocks: An Interim Report,” Journal of Sedimentary Beaumont J-B: “L’application du calcul à l’hypothèse Petrology 24, no. 4 (Diciembre de 1954): 225–234. de la formation par épigenie des anhydrites, des 10. Warren, referencia 2. gypses, et des dolomies,” Bulletin de la Société Géologique de France 8 (1837): 174–177. 11. Sun SQ: “Dolomite Reservoirs: Porosity Evolution and Reservoir Characteristics,” AAPG Bulletin 79, no. 2 (Febrero de 1995): 186–204. 34 La protodolomía es una precursora metaestable de la dolomía. Si bien se aproxima a la dolomía en cuanto a composición química, se dice que su ordenamiento es deficiente o que carece de las redes cristalinas bien desarrolladas que se encuentran en la dolomía estequiométrica ordenada y madura.6 Como sucede con otros términos contemplados en este análisis, algunos lo eliminarían del vocabulario asociado con la dolomía, aunque para otros es útil. El vocablo plural dolomías puede utilizarse para describir colectivamente diferentes tipos de dolomía que varían en textura, composición o génesis.7 Cuando se describe un carbonato que ha estado sometido a un proceso de reemplazo, puede utilizarse el adjetivo dolomitizado. Las dolomías pueden dividirse en dos familias principales. Las dolomías penecontemporáneas se forman inmediatamente después de la depositación de los precursores de los carbonatos como resultado de las condiciones geoquímicas que prevalecen en el ambiente de depositación de la roca precursora. La mayor parte de las dolomías penecontemporáneas son de edad Holoceno y se limitan a ciertos ambientes lagunares o lacustres evaporíticos. Las dolomías postdeposicionales se forman después que el sedimento carbonatado ha sido depositado y removido subsiguientemente de la zona de sedimentación activa. Esto puede suceder a través de la progradación de la superficie sedimentaria, el sepultamiento y la subsidencia, el levantamiento y la emergencia, o las fluctuaciones eustáticas del nivel del mar. Casi todos los ejemplos de rocas dolomíticas macizas y regionalmente extensivas son postdeposicionales.8 Según cómo se forman, se han planteado distinciones importantes pero confusas entre diversos tipos de dolomía. El modo de origen de una dolomía es un concepto importante que puede relacionarse con su orientación general y su extensión areal en el subsuelo. La dolomía primaria consta de partículas que se formaron primero como dolomía mediante la precipitación 14. Powers RW: “Arabian Upper Jurassic Carbonate Reservoir Rocks,” en Ham WE (eds): Classification of Carbonate Rocks—A Symposium. Tulsa: The American Association of Petroleum Geologists, AAPG Memoir 1 (1962): 122–192. Esta relación entre la dolomitización y la porosidad también es analizada por Lucia, referencia 12. 15. Murray RC y Pray LC: “Dolomitization and Limestone Diagenesis—An Introduction,” en Pray LC y Murray RC (eds): Dolomitization and Limestone Diagenesis: A Symposium. Tulsa: Society of Economic Paleontologists and Mineralogists, SEPM Special Publication 13 (1965): 1–2. 16. Murray and Pray, referencia 15. 17. Weyl PK: “Porosity Through Dolomitization: Conservation-of-Mass Requirements,” Journal of Sedimentary Research 30, no. 1 (Marzo de 1960): 85–90. Oilfield Review directa del agua de mar u otra solución acuosa. Este proceso genera sedimentos dolomíticos no litificados. No obstante, los investigadores posteriores asignaron la denominación de primaria a la dolomía, en base a su posición en la estructura de la roca.9 Primaria, en este caso, se refiere a la dolomía que precipitó directamente por encima, en o dentro del sedimento, formándose además al mismo tiempo que los sedimentos. Por consiguiente, al término geoquímico primaria se le adjudica un contexto estratigráfico. No todos los precipitados caen dentro de la clasificación de primaria. Un tipo diferente de precipitado posee implicancias más negativas en el campo petrolero. Esta dolomía precipita de soluciones acuosas en forma de cemento que rellena poros. Las dolomías secundarias se forman a través del reemplazo de CaCO3 por CaMg(CO3)2. Actualmente, la expresión “de reemplazo” (replacive) o alguna variación de la misma, parece estar eclipsando al término secundaria. Por consiguiente, la precipitación es responsable tanto de la dolomía primaria como del cemento que rellena los poros. Por otro lado, la dolomitización forma dolomía secundaria o de reemplazo. Lamentablemente, el último término se utiliza con frecuencia para describir procesos claramente diferentes. Muchos utilizan este término en forma general para describir el proceso en el que los iones de magnesio reemplazan a los iones de calcio o ambientes en los que la precipitación conduce a la formación de sedimentos no litificados o cementos que rellenan los poros. Algunos especialistas consideran que ese uso otorga demasiada amplitud. Para esos especialistas, el término dolomitización no debería aplicarse a la cementación de la dolomía o a casos en los que el fluido hidrotermal conduce a la recristalización de las dolomías preexistentes y lo reservan exclusivamente para la reacción de reemplazo. Esta breve visión del léxico asociado con la dolomía provee la crónica de los intentos realizados por los geocientíficos para llegar a entender la naturaleza de un mineral desconcertante. A pesar de la complejidad inherente a la dolomía, las compañías de E&P poseen historias exitosas en lo que a la explotación de estas formaciones se refiere. La mineralización y la calidad de los yacimientos Las campañas de exploración, que apuntaron específicamente a los yacimientos de dolomía como objetivos, se amortizaron a través de numerosos campos de petróleo y gas en todo el mundo. Se estima que hasta un 50% de los yacimientos Volumen 21, no. 3 60°N 30°N 0° 30°S 60°S > Distribución de las cuencas (puntos azules) que alojan la producción proveniente de los yacimientos de dolomía. La mayor parte de estas cuencas ocupan una posición a lo largo de una extensa faja situada entre 60° de latitud norte y sur del ecuador. (Tomado de Sun, referencia 11.) carbonatados de todo el mundo se encuentran en incrementaron tanto la porosidad intercristalina dolomías, y en América del Norte esa estimación como la permeabilidad, y más allá del 90%, la porollega al 80%.10 Los yacimientos de dolomía también sidad y la permeabilidad se redujeron nuevamente alojan volúmenes significativos de hidrocarburos al incorporarse más dolomía a la roca. La obtenen Rusia, el noroeste y el sur de Europa, el norte ción de resultados similares de los carbonatos missiy el oeste de África, Medio Oriente y el Lejano ssippianos de Saskatchewan, en Canadá, indicó que en los carbonatos que contenían entre un 80% Oriente (arriba). La formación de la dolomía posee un efecto y un 90% de dolomía se desarrollaba un máximo pronunciado sobre la calidad de los yacimientos, grado de porosidad.15 Estos ejemplos destacan proaunque no todas las dolomías conforman buenos cesos importantes que tienen lugar a medida que yacimientos. En algunos yacimientos, es perjudi- se forma la dolomía; procesos que pueden afectar cial para la producción. La permeabilidad, la la calidad del yacimiento. solubilidad y la estructura depositacional origiSe cree que la mayor parte de las dolomías se nal de una roca o de un sedimento carbonatado, formó a través del reemplazo de los sedimentos así como la química, la temperatura y el volumen calcíticos o aragoníticos preexistentes. La dolode los fluidos dolomitizadores, inciden en su tota- mitización se produce con más facilidad en los lidad en la calidad de los yacimientos de dolomía. barros cálcicos que en las areniscas carbonatadas Frente a estas variables, la dolomitización puede más gruesas porque los lodos poseen un mayor 11 mejorar, preservar o destruir la porosidad. número de sitios de nucleación en los que pueden MattV_ORAUT09_Fig_3 Existen al menos dos líneas de pensamiento formarse cristales dolomíticos.16 Durante las prien cuanto a la porosidad de la dolomía: para algu- meras etapas de la dolomitización en los carbonos geólogos, la porosidad de la roca dolomítica es natos dominados por la presencia de lodo, la heredada de la caliza precursora.12 Otros adhieren porosidad se reduce levemente conforme los crisa la afirmación generalizada según la cual la con- tales de dolomía avanzan sobre el espacio ocupado versión química de la caliza en roca dolomítica se previamente por el lodo. A medida que se sepulta traduce en un incremento de la porosidad del la dolomía, la compactación mecánica causada por 12% porque el volumen molar de la dolomía es el peso de los estratos de sobrecarga en constante aumento, reduce aún más la porosidad. más pequeño que el de la calcita.13 No obstante, conforme continúa el proceso de Los estudios modernos, llevados a cabo en diferentes partes del mundo, muestran cambios inte- dolomitización, los cristales de dolomía comienresantes en la porosidad y la permeabilidad con el zan a desarrollar una estructura de soporte. Para incremento del volumen de dolomía. Por ejemplo, el momento en que un carbonato alcanza un voluuna evaluación de los carbonatos jurásicos Arab-D men aparente de dolomía del 80%, ya ha adquidel Campo Ghawar, situado en Arabia Saudita, rido una estructura con predominio de granos en indicó una reducción constante de la porosidad y la que los cristales de dolomía esencialmente la permeabilidad al aumentar el volumen de dolo- soportan los estratos de sobrecarga, inhibiendo mía de 10% a 80%.14 Sin embargo, al ser reempla- sustancialmente la compactación.17 Ésta es una zado un 80% a un 90% de la roca por dolomía, se de las razones por las que la dolomía antigua o 35 0 0 2,000 75% a 100% de dolomía 75% a 100% de caliza 1,000 4,000 2,000 8,000 3,000 10,000 Profundidad, m Profundidad, pies 6,000 12,000 4,000 14,000 16,000 5,000 18,000 0 10 20 30 40 Porosidad, % 50 60 > Pérdida progresiva de la porosidad con la profundidad. Como cabe esperar, los intervalos de caliza y dolomía de la Cuenca South Florida en ambos casos muestran reducciones de la porosidad a medida que aumenta la profundidad. Las calizas tienden a ser más porosas a profundidades más someras. No obstante, por debajo de 1,700 m (5,600 pies), la tasa de declinación de la porosidad efectivamente se retarda para las dolomías (azul) ya que se vuelven menos susceptibles a la diagénesis y a la recristalización que las calizas más reactivas (verde). (Tomado de Allan y Wiggins, referencia 19.) sepultada profundamente a menudo es mucho más porosa que la caliza asociada (arriba). Existen más probabilidades de que los valores más altos de porosidad y permeabilidad se preserven en la roca dolomítica que en la caliza, porque la estructura de soporte de los cristales de dolomía proporciona mayor resistencia a la compresión; por ende, la caliza es más susceptible a la compactación. Con una dolomitización superior al 90%, la pérdida de porosidad puede atribuirse a la adiMattV_ORAUT09_Fig5_2 ción de carbonato y magnesio mediante un proceso denominado sobredolomitización. Luego de una fase inicial de reemplazo en la que la calcita es reemplazada por la dolomía, puede tener lugar una fase de relleno de poros, por la cual la dolomía precipita para formar sobrecrecimientos cristalinos o cemento que ocluye los poros. De este modo, la sobredolomitización hace que las rocas dolomíticas modernas posean menos porosidad que las calizas asociadas.18 La formación de cristales de dolomía también interviene en la calidad del yacimiento. La dolomía frecuentemente forma cristales más grandes que la calcita que reemplaza. El tamaño agrandado de los cristales se asocia con los incrementos producidos en el tamaño de las gargantas de poros y la uniformidad de los poros, lo cual incrementa la permeabilidad en las rocas dolomíticas.19 Dado que la calidad de un yacimiento dolomítico se caracteriza por su textura, esta interrelación de la forma de los cristales y el tamaño, la orientación y el empaque de granos dentro de una roca también puede afectar la calidad del yacimiento. Los esquemas de clasificación textural ayudan a los geólogos a inferir los procesos que controlaron la nucleación y el crecimiento de los cristales.20 Un esquema de clasificación de dolomías ampliamente aceptado se basa en las relaciones de borde de los cristales y divide las texturas en dos tipos: planares y no planares. Los cristales planares se dividen a su vez en euhedrales y subhedrales (abajo). La dolomía planar se forma tanto en ambientes diagenéticos someros como en ambientes diagenéticos de sepultamiento. La textura se desarrolla cuando los cristales experimentan un crecimiento facetado con las interfaces planares, característico de los cristales de dolomía formados durante los primeros estadios de la diagénesis y, bajo ciertas condiciones, a temperaturas elevadas en el subsuelo. En relación con la dolomía planar existen dos poblaciones en cuanto a la relación entre la porosidad y la permeabilidad. • Dolomía planar-e (euhedral): Esta textura, a menudo aludida como “sucrósica,” forma importantes yacimientos en todo el mundo. La permeabilidad varía considerablemente con la porosidad. En la dolomía planar-e se encuentran tamaños uniformes de gargantas de poros y sistemas de poros bien interconectados, como se observa en los datos de presión capilar y en Textura no planar Textura planar Euhedral Subhedral Anhedral Incremento de la temperatura > Texturas de las dolomías. La dolomía puede dividirse en una textura planar y una textura no planar (extremo superior). La textura planar se subdivide a su vez en euhedral y subhedral. La dolomía euhedral (planar-e) se caracteriza por la presencia de caras cristalinas bien desarrolladas con bordes netos, en las que el área existente entre los cristales es porosa o está rellena con otro mineral. Los granos de dolomía subhedral (planar-s) siguen siendo planares pero menos claros que los granos planares-e y muestran bordes comprometidos entre los cristales. La dolomía no planar está compuesta por granos anhedrales que carecen de caras cristalinas bien desarrolladas. Estos granos anhedrales se encuentran estrechamente empacados con bordes cristalinos curvos, lobulados, dentados o de otro modo irregulares (Adaptado de Sibley y Gregg, referencia 20.) Algunos ejemplos reales de estas texturas son captados en micrografías de secciones delgadas pulidas, obtenidas a través de un microscopio petrográfico bajo luz polarizada. La dolomía euhedral (extremo inferior izquierdo) de un yacimiento de edad Cretácico de Medio Oriente exhibe caras bien desarrolladas, asociadas con la porosidad intercristalina. La dolomía subhedral (extremo inferior central) fue obtenida de un yacimiento Triásico del norte de la Plataforma de Arabia. La dolomía anhedral de un yacimiento Jurásico de la Cuenca de Arabia (extremo inferior derecho) muestra una carencia de caras cristalinas y cristales entrelazados que destruyen la porosidad. (Fotografías, cortesía de Fadhil Sadooni.) MattV_ORAUT09_Fig6_2 36 Oilfield Review el análisis de moldes de poros efectuado con el microscopio de barrido electrónico (SEM). • Dolomía planar-s (subhedral): La permeabilidad es más baja que en la dolomía planar-e y no se incrementa tan rápido con el incremento de la porosidad. En esta dolomía no se observan tamaños de gargantas de poros uniformes y sistemas de poros bien conectados, debido probablemente a la persistencia de la cementación durante la diagénesis. La dolomía no planar existe en el subsuelo a temperaturas de más de 50ºC [122ºF]. Esta dolomía no muestra ninguna correlación significativa entre la permeabilidad y la porosidad (abajo). La permeabilidad en la dolomía no planar se atribuye a menudo a rasgos de porosidad secundaria, tales 105 Permeabilidad, mD 104 Dolomía planar-e Dolomía planar-s r = 0.99 103 102 101 r = 0.99 100 10–1 0 5 10 15 20 25 Porosidad total, % en volumen 30 105 Permeabilidad, mD 104 Dolomía no planar 103 r = 0.15 102 101 100 10–1 0 5 10 15 20 25 Porosidad total, % en volumen 30 > Porosidad versus permeabilidad. El análisis cuantitativo de los diferentes tipos texturales indica que la permeabilidad de las dolomías no está relacionada directamente con la porosidad total o el tamaño de los cristales sino con la conectividad de las gargantas de poros. Existe una fuerte relación entre el incremento de la porosidad y de la permeabilidad en las dolomías planares-e (extremo superior, verde), y una fuerte relación aparente en las dolomías planares-s (azul). El coeficiente de correlación (r) entre la porosidad y la permeabilidad en las dolomías no planares (extremo inferior, amarillo) es bajo, puesto que la permeabilidad en este tipo de dolomía es una función de los rasgos secundarios tales como las cavidades y fracturas conectadas. Los puntos correspondientes a un valor de permeabilidad de 0.5 mD representan mediciones que cayeron por debajo del límite de determinación inferior del permeámetro y no forman parte de una tendencia estadística. (Tomado de Woody et al, referencia 21.) Evaporación Flujo libre Incremento de la densidad del agua Agua marina vapo evaporada densa R ef lujo Reborde (umbral, filón capa, manto) Mar abierto por filtr ación > Reflujo de salmueras en un ambiente evaporítico. Un reborde (umbral, filón capa, manto) presente en dirección hacia el mar restringe la circulación de las aguas. Parte del agua de mar se evapora, haciendo que se incremente la densidad del agua. Las salmueras densas se sumergen por debajo de los sedimentos, refluyen a través del fondo de la cuenca o de la laguna y dolomitizan cualquier sedimento carbonatado que atraviesan. (Adaptado de Allan y Wiggins, referencia 19.) como las fracturas o las cavidades (vacuolas) interconectadas, más que a la porosidad intergranular observada entre los cristales.21 Los investigadores continúan develando los misterios de la mineralización de la dolomía. El descubrimiento de que la dolomía es metaestable constituyó una revelación que ayudó a los geocientíficos a explicar las variaciones de las proporciones químicas y el orden estructural que se observan a medida que el mineral se desarrolla. La dolomitización no constituye un solo evento sino una secuencia de respuestas causadas por la modificación de las condiciones geológicas. formaron las dolomías antiguas. Primero se analizan tres modelos y ambientes hidrológicos bien establecidos, junto con algunas de sus variables, y la sección concluye con los casos hidrotermales y bacterianos. Modelo de reflujo de salmueras—Probablemente, el concepto más popular de la formación de dolomía se encuentra expresado en el modelo de reflujo de salmueras y en variantes similares. En este ejemplo, el agua salada existente en una laguna restringida se evapora para formar una salmuera hipersalina que se hunde en el fondo de la laguna y se filtra a través de los sedimentos calcáreos infrayacentes a medida que fuga, o vuelve al mar por reflujo (arriba). Conforme se filtra a Modos de formación de la dolomía Se han identificado muchos ambientes de dolo- través de los poros de la roca infrayacente, el magmitización. Algunos producen geometrías de nesio de la salmuera reemplaza parte del calcio yacimientos únicas que inciden directamente so- contenido dentro de los componentes aragonita y calcita de la caliza, convirtiéndolo en dolomía. bre la estrategia de exploración. Este escenario fue propuesto en el año 1960 En lugar de describir todos los tipos de formación de dolomía, el análisis siguiente se centra para explicar las extensivas dolomías lagunares y MattV_ORAUT09_Fig_8 principalmente en los modos que hacen posibles arrecifales asociadas con las evaporitas de platadolomías de espesor suficiente para constituirse forma de la Cuenca Pérmica situada en el oeste en objetivos exploratorios. Esto implica, además, de Texas, EUA.22 Desde entonces, se ha reconoque el análisis cubra fundamentalmente a la cido el fenómeno de dolomitización por reflujo en dolomía secundaria o de reemplazo. En algunos núcleos de otras áreas, en las que la intensidad casos, se debe deducir la distinción entre las con- de la dolomitización se reduce con la distancia diciones modernas y las condiciones antiguas, respecto del contacto evaporita-carbonato. En la porque los ambientes actuales no necesaria- actualidad, los ambientes hipersalinos—en los mente reflejan las condiciones en las cuales se que la salinidad del agua aumenta superando a la 18. Lucia, referencia 12. 19. Allan JR y Wiggins WD: Dolomite Reservoirs: Geochemical Techniques for Evaluating Origin and Distribution. Tulsa: The American Association of Petroleum Geologists, AAPG Continuing Education Course Note Series 36 (1993). 20. Sibley DF y Gregg JM: “Classification of Dolomite Rock Textures,” Journal of Sedimentary Research 57, no. 6 (Noviembre de 1987): 967–975. 21. Woody RE, Gregg JM y Koederitz LF: “Effect of Texture on Petrophysical Properties of Dolomite: Evidence from the Cambrian-Ordovician of Southeastern Missouri,” AAPG Bulletin 80, no. 1 (Enero de 1996): 119–132. 22. Adams JE y Rhodes ML: “Dolomitization by Seepage Refluxion,” AAPG Bulletin 44, no. 12 (Diciembre de 1960): 1912–1920. MattV_ORAUT09_Fig_7 Volumen 21, no. 3 37 Evaporación Submareal Marea alta Intermareal Marea baja R ef lu jo por filtr ación Crecida d ebida a un a te mp est ad Nivel de agua Supramareal > Ambiente de reflujo tipo sabkha. Este esquema de sedimentos perimareales, en una estructura de tipo sabkha de la península de Qatar, muestra otra variante del tema del reflujo. El agua de mar es impulsada hacia tierra firme durante las marejadas, se concentra a través de la evaporación, y luego se filtra en el sedimento infrayacente para refluir hacia su fuente. (Adaptado de Warren, referencia 2.) En este modelo, la migración errática de la del agua salada normal—se extienden en una salmuera hipersalina gobernó la dolomitización faja situada entre aproximadamente 30º de latitud norte y sur. En la Cuenca Pérmica, las lagu- de amplias extensiones de roca carbonatada en nas se desarrollaron por detrás de los arrecifes la Cuenca Pérmica. Dentro de los carbonatos, los de barrera en una amplia plataforma inundada trayectos de reflujo de salmueras se desplazaron por las aguas someras de los mares Pérmicos. Los en dirección hacia el mar conforme retrocediearrecifes impidieron el intercambio superficial ron las plataformas. Las lagunas, origen de las de agua entre la laguna y el mar. La circulación salmueras, también siguieron depósitos arrecifarestringida, combinada con la pérdida de agua les formados por pulsos de avance progresivos. Al por evaporación, redujo los niveles de agua de la ser selladas por las evaporitas en avance, las laguna, incrementó la salinidad de las salmueras zonas de fuga establecidas para las salmueras y favoreció la precipitación de las evaporitas. Al serían reemplazadas por salidas similares situaincrementarse la densidad de la salmuera con- das a más distancia en dirección hacia el mar. centrada, ésta se hundió a través de la columna Con cada pulso de avance, las calizas arrecifales de agua y migró hacia las depresiones más bajas no invadidas previamente quedaron expuestas a las salmueras dolomitizadoras. La velocidad de la existentes en el fondo carbonatado de la laguna. Desplazando el agua connata presente en la regresión fue geológica y tan lenta que la mayoría roca infrayacente, la salmuera hipersalina densa de las calizas se dolomitizaron antes de cortarse se filtró hacia abajo, a lo largo de trayectos de el suministro de salmuera. La mayor parte de la dolomía moderna se asomigración verticales, siguiendo los planos de estratificación sólo si se agotaban los trayectos cia con soluciones hipersalinas.23 Se han docuMattV_ORAUT09_Fig_9 verticales. En las rocas con permeabilidades mentado condiciones modernas de reflujo de variables, las salmueras de filtración migraron salmueras, en menor escala, en ambientes tales principalmente a través de las zonas porosas, como las Islas de San Andrés, en el área marina pasando por alto las lentes de caliza más densas. de Colombia, las Islas Canarias, España y la Isla Por consiguiente, las dolomías de grano grueso y Caribeña de Bonaire, en las Antillas Holandesas.24 porosas de edad Pérmico se limitan a capas comUna variación aún más conocida del reflujo de puestas previamente por calizas gruesas y poro- salmueras lagunares, a escala localizada, se observa sas. Por el contrario, las dolomías densas de quizás en el modelo de sabkha. En este escenario grano fino ocupan posiciones en plataformas de clima árido, las marejadas o las mareas altas abiertas, donde normalmente se formarían cali- impulsan el agua de mar en dirección a la costa, zas litográficas a base de lodo, extremadamente sobre los sedimentos perimareales de una llafinas. Se observó que las texturas dolomíticas nura de tipo sabkha. A medida que el agua supereran causadas por la permeabilidad primaria y la ficial se introduce en el sedimento, parte de las cristalinidad, más que por la dolomitización. aguas intersticiales se pierden por la evaporación 38 capilar, dejando una salmuera hipersalina. Aquí, la presión hidrodinámica genera el bombeo hidrológico para desplazar el Mg a través del sistema. A medida que se vuelve más concentrada, la salmuera precipita aragonita y anhidrita o yeso; minerales que a veces forman un sello echado arriba en los yacimientos dolomíticos. La precipitación de estos minerales remueve el calcio de la solución pero deja inalterado el contenido de magnesio, incrementando así la relación Mg-Ca y favoreciendo la precipitación de dolomía o la dolomitización.25 La salmuera densa continúa filtrándose hacia abajo dentro de los sedimentos calcáreos infrayacentes, y refluye nuevamente hacia su fuente (izquierda). La dolomía de tipo sabkha se asocia comúnmente con sedimentos y rasgos supramareales, tales como los estromatolitos algáceos, las anhidritas nodulares y los depósitos interestratificados generados por el viento. Un excelente ejemplo del modelo de sabkha es el de las dolomías de la Formación Red River de edad Ordovícico, ubicadas en la Cuenca Williston de EUA y Canadá. Las sabkhas modernas están siendo sometidas a un estudio extensivo en Trucial Coast, Emiratos Árabes Unidos (UAE). Allí, la dolomitización tiene lugar sólo en la zona de recarga por tormentas y el volumen de dolomía se correlaciona con la frecuencia de la recarga.26 No obstante, los investigadores pusieron en tela de juicio el hecho de si el fenómeno de reflujo puede operar a escala regional, como se propuso originalmente. Las hidrologías de las dolomías modernas formadas por el reflujo de las salmueras nunca se aproximan a la escala de los procesos que produjeron la dolomitización de los carbonatos de plataforma, adyacentes a las evaporitas antiguas. En los ambientes modernos, se han encontrado dolomías formadas por reflujo debajo de cortezas evaporíticas; sin embargo, las zonas de precipitación de evaporitas son a la vez localizadas y de pequeña escala.27 Las analogías modernas con los depósitos dolomíticos antiguos a menudo resultan difíciles de encontrar. Como sucede con otros modos, esta construcción conceptual popular debe ser aplicada caso por caso y de manera criteriosa. Modelo de mezcla de aguas marinas y meteóricas—La posición estratigráfica, las asociaciones fósiles relacionadas y la falta de evaporita asociada indican que algunas dolomías no se forman en un ambiente supramareal marino restringido. Por el contrario, se encuentran en áreas en las que las aguas salinas ricas en Mg se mezclan Oilfield Review con agua meteórica dulce. Las formaciones dolomíticas modernas y antiguas de todo el mundo sustentan variantes con respecto a este tema. Una de esas variantes se basa en las facies dolomíticas generalizadas asociadas con plataformas epicontinentales someras o con altos estructurales, en los que—a diferencia de los modelos previos—no se observan evidencias de evaporación de salmueras salinas.28 El origen de estas dolomías se explica a través del modelo de dorag, en el que la dolomitización se produce en la zona de agua salobre que se forma cuando el agua subterránea dulce se mezcla con el agua de mar.29 En esta zona, el agua de mar suministra los iones de Mg2+, y la disolución del CaCO3 se produce cuando se mezclan las dos aguas. Los cálculos indican que la mezcla de las aguas subterráneas meteóricas con un 5% a un 30% de agua de mar puede producir un fenómeno de subsaturación con respecto a la calcita, mientras que la dolomía se sobresatura. Dentro de este rango, la calcita puede ser reemplazada por la dolomía. En general, el proceso de dolomitización se expresa mediante la siguiente ecuación química: 2CaCO3 + Mg2+ => CaMg(CO3)2 + Ca2+. Este modelo se basa en los afloramientos carbonatados Mifflin de la Formación Platteville, en la Serie Champlain de Wisconsin, EUA, del Ordovícico Medio. Aquí, los carbonatos parecen homogéneos a través de una vasta área, y el espesor de la unidad y la estructura general sugieren un extenso ambiente marino abierto y somero. Los fósiles del ambiente marino abierto, además de la falta de grietas de desecación, mantos algáceos y evaporitas, impiden la depositación supramareal y la dolomitización en un ambiente lagunar físicamente restringido. La dolomitización del Miembro Mifflin fue el resultado de un proceso diagenético relativamente temprano que siguió a la exposición subaérea de la caliza levantada y el subsiguiente establecimiento de lentes de agua dulce. La dolomitización se produjo en la zona de agua salobre donde se mezclaron el agua salada con el agua dulce, estableciéndose un límite entre la roca dolomítica y la caliza a lo largo del margen inferior de las lentes de agua subterránea.30 En un modo levemente diferente, la dolomía puede ser creada a través de la circulación de aguas subterráneas salinas en las profundidades de una plataforma carbonatada. En el sur de Florida, EUA, el agua de mar fría y densa circula a través del margen de plataforma de los estrechos profundos de La Florida. La circulación impulsada geotermalmente hace que el agua de mar, rica en contenido de Mg, penetre en el interior de la plataforma carbonatada de La Florida, donde se mezcla con agua meteórica dulce antes de ser descargada a través de un extensivo sistema acuífero. La interacción de las aguas dulces y salinas con el flujo de calor geotérmico se conoce como convección de Kohout.31 En este escenario, las aguas intersticiales resultantes se subsaturan con respecto a la calcita y la aragonita, pero siguen estando saturadas con respecto a la dolomía, la cual se precipita en los acuíferos permeables. Otro ambiente de mezcla de agua dulce y salina se encuentra situado a lo largo de las llanuras costeras del sudeste de Australia. Desde el momento actual, y extendiéndose a través de todo el Período Cuaternario, se han formado dolomías microcristalinas y otros minerales carbonatados en los lagos efímeros y someros de la región de Coorong. Estos lagos se desarrollan a lo largo de una faja de 100 km [62 mi], en un corredor de interduna localizado inmediatamente tierra adentro con respecto a la línea de costa actual, detrás de una barrera de arena calcárea. Los lagos se consideran afloramientos de la capa freática, y el agua libre, resultante de las precipitaciones y la recarga de los acuíferos regionales o locales, se encuentra en su superficie sólo durante el invierno y la primavera.32 Las dolomías modernas sólo se encuentran en lagos sometidos a una fase de desecación anual. Esos lagos se forman principalmente en zonas que reciben menos de 500 mm [19.7 pulgadas] de precipitaciones por año, y habitualmente se llenan hasta una profundidad de agua que oscila entre 0.5 y 1 m [1.6 y 3.3 pies]. Si están llenos, poseen un fondo de lodo carbonatado que contiene algas y otros tipos de materia orgánica. Cuando los niveles del lago caen, las aguas se vuelven cada vez más salinas, exponiendo finalmente el fondo de lodo a la luz solar y a la consecuente disecación. Las salmueras resultantes se forman durante la fase de secado y son refluidas fuera del sistema hacia las aguas subterráneas que fluyen en dirección al mar. Las dolomías finas y otros carbonatos permanecen detrás, mientras que los minerales salinos y los minerales evaporíticos de sulfato son eliminados del sistema. Se cree que esta dolomía precipita de un de gel de carbonato en suspensión, no a través del reemplazo de un carbonato preexistente. Las dolomías de este sistema se acumulan por encima de las aguas subterráneas continentales someras que fluyen en dirección hacia el mar. Durante su migración hacia la costa, las aguas subterráneas atraviesan grandes volúmenes de sedimentos acuíferos predominantemente carbonatados. La fuente del Mg es poco conocida pero se cree que el Mg proviene de una provincia volcánica local de edad Cuaternario o bien que es secuestrado por el flujo de agua subterránea proveniente de otras fuentes. Modelo de diagénesis por sepultamiento— La dolomía puede formarse en ambientes en los que la química del fluido intersticial es dominada por los procesos diagenéticos del subsuelo, o donde las interacciones entre el agua y la roca han modificado las aguas intersticiales originales. Dichos ambientes son eliminados del proceso activo de sedimentación superficial por el fenómeno de sepultamiento intermedio a profundo y se caracterizan por sus condiciones químicamente reductoras. Las dolomías de sepultamiento se forman en el subsuelo después de la litificación de los sedimentos calcáreos. Estas dolomías pueden precipitar directamente como cemento o bien formarse como reemplazos en los intervalos permeables invadidos por las aguas de cuenca e hidrotermales, 23. Land LS: “The Origin of Massive Dolomite,” Journal of Geological Education 33, no. 2 (1985): 112–125. 24. Kocurko MJ: “Dolomitization by Spray-Zone BrineSeepage, San Andrés, Colombia,” Journal of Sedimentary Research 49, no. 1 (Marzo de 1979): 209–213. Müller G y Teitz G: “Dolomite Replacing “Cement A” in Biocalcarenites from Fuerteventura, Canary Islands, Spain,” en Bricker OP (eds): Carbonate Cements. Baltimore, Maryland, EUA: Johns Hopkins Press, 1971. Deffeyes KS, Lucia FJ y Weyl PK: “Dolomitization of Recent and Plio-Pleistocene Sediments by Marine Evaporite Water on Bonaire, Netherlands Antilles,” en Pray LC y Murray RC (eds): Dolomitization and Limestone Diagenesis: A Symposium. Tulsa: Society of Economic Paleontologists and Mineralogists, SEPM Special Publication 13 (1965): 71–88. 25. Warren, referencia 2. 26. Land, referencia 23. 27. Warren, referencia 2. 28. Las plataformas epicontinentales son continentes inundados, creados a través del proceso de inundación ocasionado por antiguas vías marítimas. 29. Se dice que el término “dorag” es una traducción aproximada del idioma persa, que significa “sangre mixta o híbrida.” Badiozamani K: “The Dorag Dolomitization Model— Application to the Middle Ordovician of Wisconsin,” Journal of Sedimentary Research 43, no. 4 (Diciembre de 1973): 965–984. 30. Para obtener más información sobre este tipo de dolomía, consulte: Folk RL and Siedlecka A: “The “Schizohaline” Environment: Its Sedimentary and Diagenetic Fabrics as Exemplified by Late Paleozoic Rocks of Bear Island, Svalbard,” Sedimentary Geology 11, no. 1 (Mayo de 1974): 1–15. 31. Kohout FA: “Ground-Water Flow and the Geothermal Regime of the Floridian Plateau,” Actas de la Asociación de Sociedades Geológicas de la Costa del Golfo 17 (1967): 339–354. 32. von der Borch CC y Lock D: “Geological Significance of Coorong Dolomites,” Sedimentology 26, no. 6 (Diciembre de 1979): 813–824. Volumen 21, no. 3 39 40 se localizan alrededor de fallas (derecha). La dolomía hidrotermal es formada por las aguas de cuenca profundas a medida que se desplazan hacia arriba, a través de conductos relativamente permeables tales como las fallas y los planos de corrimiento, o incluso zonas situadas debajo de sellos impermeables. A medida que las aguas circulan hacia abajo, en celdas de convección de cuenca, aumentan su temperatura de acuerdo con el gradiente geotérmico local. Al templarse adquieren más flotabilidad, se desplazan en forma ascendente y fluyen hacia afuera a lo largo de fallas y planos de estratificación. La flotabilidad y la viscosidad afectan la velocidad de ascenso y la geometría del fluido ascendente. Cuando las fuerzas de flotabilidad son más intensas, el fluido ascendente forma una pluma convectiva concentrada predominantemente vertical. Dentro de esta pluma convectiva, puede esperarse que las temperaturas, las tasas de flujo y el potencial químico se reduzcan desde el centro hacia sus márgenes. En el caso de los sistemas relativamente fríos, en los cuales predomina la viscosidad, los fluidos se elevan lentamente y la geometría de la pluma convectiva queda determinada por la relación entre la permeabilidad vertical y la permeabilidad horizontal.35 Las aguas profundas se vuelven hidrotermales—lo cual significa que superan en al menos 5ºC [9ºF] la temperatura de formación ambiente—a medida que son transmitidas a las porciones más frías y más someras de la cuenca. Las presiones de los fluidos hidrotermales también tienden a ser más elevadas que las presiones ambiente de los fluidos. Por lo tanto, los fluidos hidrotermales son los fluidos que ascienden a los estratos más fríos antes de que su calor tenga tiempo para disiparse de manera apreciable en la formación. Estos fluidos fluyen rápidamente hacia arriba por conductos permeables, en lugar de migrar lentamente a través de los estratos de baja permeabilidad. Las fallas activas constituyen los mejores conductos porque no han sido mineralizadas. Algunas fallas pueden incluso fracturar los sellos de los acuíferos más profundos, drenando los fluidos geopresionados que fluyen en forma ascendente y a alta velocidad a través de las fallas.36 La industria minera hace mucho tiempo reconoció un proceso similar—la alteración hidrotermal relacionada con las fallas—como un aspecto importante de la diagénesis de los carbonatos. Sin embargo, hasta hace poco, este proceso en general se pasaba por alto en la evaluación de los yacimientos carbonatados. En consecuencia, ciertos rasgos producidos probablemente por la presencia de fallas y el flujo de fluido hidrotermal Dolomía Caliza L e os po n for fluid r e ma os l p a flu lan sce yen o d nde e fa nte ll a cálidas o frías, enriquecidas con magnesio. Dado que el reemplazo de la dolomía formada por sepultamiento se produce después de la litificación de una roca hospedadora carbonatada, esta dolomía puede atravesar las facies depositacionales así como también los límites de formaciones.33 Además de la posición estructural, los isótopos de oxígeno y estroncio [Sr] resultan útiles para la determinación del origen de las dolomías. Estas dolomías tienden a exhibir valores negativos de isótopos de oxígeno δ18O , lo que indica la precipitación a partir de fluidos con temperaturas levemente más elevadas que las de las dolomías de plataforma previas. La recristalización de las dolomías formadas previamente por los fluidos de cuenca puede restablecer las características de los cristales, produciendo cristales con valores de δ18O bajos, relaciones 87Sr/86Sr modificadas e inclusiones de fluidos salinos de alta temperatura.34 En estos ambientes subterráneos, la dolomitización de la caliza es facilitada por el incremento de las temperaturas a medida que aumenta la profundidad de sepultamiento. A su vez, las temperaturas más elevadas hacen posible la dolomitización a través de soluciones con relaciones Mg-Ca más bajas que las salmueras hipersalinas mencionadas previamente. Para que se formen dolomías de sepultamiento son suficientes temperaturas que oscilan entre 60º y 70ºC [140º y 158ºF] y estas condiciones usualmente pueden satisfacerse a unos pocos kilómetros de la superficie. Con un incremento suficiente de la temperatura, muchas aguas subterráneas pueden convertirse en soluciones dolomitizadoras, incluyendo las salmueras evaporíticas residuales, el agua de mar y las aguas resultantes de la compactación de las lutitas. En este último caso, el agua intersticial es expulsada de los sedimentos finos durante el sepultamiento y la compactación. Los minerales de arcilla liberan Mg+2, que puede pasar a través de los carbonatos produciendo su dolomitización. No obstante, la dolomitización que tiene lugar en el subsuelo profundo no es extensiva porque los fluidos intersticiales y los iones se pierden progresivamente con la persistencia de la compactación. El caso de la compactación de la lutita es otro tema discutible. Algunos especialistas sostienen que la precipitación de la clorita en las lutitas puede constituir una fosa local para el Mg. Como sucede con otros modelos, para que éste sea viable son necesarios grandes volúmenes de fluidos portadores de Mg. Modelo hidrotermal—Un modelo bastante popular, el de la dolomitización hidrotermal (HTD), surge de una idea más antigua que se ha reencarnado en forma refinada. La dolomitización HTD comúnmente genera dolomías macizas que > La dolomitización hidrotermal. Los fluidos provenientes de las profundidades de una cuenca pueden desplazarse por los planos de fallas rápidamente y en forma ascendente para dolomitizar los carbonatos a profundidades más someras. fueron interpretados como formados en las zonas de mezcla de aguas meteóricas, en entornos de sepultamiento profundo y en otros ambientes.37 Un ejemplo excelente de una dolomía antigua relacionada con fallas es el de las calizas ordovícicas de las formaciones Trenton–Black River de Michigan, en EUA, y la zona sudoeste de Ontario, en Canadá.38 Allí, la dolomía define áreas de fallamiento y fracturamiento dentro de la caliza adyacente. Modelo de mediación microbiana—La dolomía actual de baja temperatura se forma con mucha frecuencia en ambientes marinos restringidos o en ambientes costeros hipersalinos; sin embargo, estos ambientes modernos producen sólo una fracción pequeña de la dolomía total observada en el registro de la roca. Si bien la dolomía es abundante en las rocas de la era Paleozoica (250 a 540 Ma), se vuelve cada vez más escasa en las rocas o los sedimentos más modernos, particularmente en los ambientes recientes (Holoceno). Por el contrario, se cree que las dolomías macizas antiguas seMattV_ORAUT09_Fig_10 formaron en una amplia diversidad de ambientes, descriptos previamente. Esta disparidad conduce a algunos investigadores a cuestionar si las condiciones actuales reflejan efectivamente aquellas condiciones que permitieron la formación de las dolomías macizas antiguas. Para comprender la escasez de dolomía en el registro de roca reciente, los investigadores intentaron descubrir primero cómo se forma la dolomía. Hasta hace poco, sus esfuerzos se centraron en sintetizar el mineral en sus laboratorios. Considerando que el agua de mar contenía los ingredientes necesarios para la formación de la dolomía, los geoquímicos utilizaron las concentraciones de salmuera y las condiciones de presión-temperatura que se creía que existían naturalmente durante la formación de la dolomía.39 La incapacidad para producir dolomía en el laboratorio constituye el meollo del problema que ha perturbado a los geocientíficos durante años (véase “El problema de la dolomía,” página 1). Si bien los iones de magnesio, calcio y carbonato son comunes en el agua de mar, Oilfield Review aparentemente han cambiado las condiciones necesarias para disponerlos en las capas alternadas, ordenadas en forma neta, que formaron la dolomía estequiométrica. Una vez que los geocientíficos comprendan cómo se forma la dolomía en un ambiente controlado, tal vez estén más cerca de saber cómo se forma naturalmente y porqué abundó tanto en un momento y, sin embargo, es tan poco común en nuestros días. El problema de la dolomía se vincula con una serie de procesos relacionados entre sí que involucran la termodinámica, la cinética química, la hidrología, la textura de la roca hospedadora y la mineralogía. Los descubrimientos de la década de 1990 revelaron que en la ecuación debe incluirse además otro proceso: la acción microbiana (derecha). Los microbios se convirtieron en el centro de atención en los barros ricos en sulfato de las lagunas aisladas someras, al descubrirse que la dolomía rica en contenido de calcio precipita en condiciones hipersalinas anóxicas. Las bacterias sulfato reductoras de Lagoa Vermelha, en Brasil, desempeñan un rol importante en la formación de la dolomía primaria en las lagunas de la costa, al este de Río de Janeiro.40 Allí, los ciclos hidrológicos lagunares varían con la alternancia de las estaciones húmedas y secas. En la estación húmeda, las precipitaciones y el agua subterránea continental elevan los niveles de agua; en la estación seca, el agua de mar recarga la laguna, que se vuelve cada vez más salina a medida que la evaporación se intensifica. Este sistema dinámico ayuda a suministrar los iones necesarios para la precipitación de la dolomía y la actividad microbiana anaeróbica. La precipitación de la dolomía requiere iones de Mg2+, Ca2+ y CO23–, mientras que un suministro continuo de iones de SO42– provee el oxígeno requerido para sustentar la actividad metabólica de las bacterias sulfato reductoras. El momento más favorable para la precipitación de la dolomía es la estación seca, en la que la fuente principal de recarga del agua subterránea es el agua de mar que provee los iones necesarios tanto para la precipitación de la dolomía como para la reducción de los sulfatos. En ciertos modelos geoquímicos, se considera que el sulfato inhibe la producción de dolomía. Los experimentos han demostrado que en un sistema puramente inorgánico sin el beneficio de la acción bacteriana, el sulfato en realidad no inhibe la precipitación de la dolomía. No obstante, éste es el caso opuesto al de Lagoa Vermelha, donde el sulfato es necesario para mantener la actividad microbiana requerida para producir dolomía. El sistema hidrológico provee los iones de sulfato a la zona de reducción activa de sulfatos donde los Volumen 21, no. 3 0.5 µm > Fotomicrografía de células microbianas baciliformes que habitan en la superficie de una muestra de basalto, tomada con un microscopio de barrido electrónico. Estos microbios precipitaron dolomía después de tres meses en agua subterránea anaeróbica. Las diferencias producidas en la incrustación de los cristales pueden deberse al tiempo de residencia de los microbios en la superficie del basalto o simplemente reflejar diferencias en la actividad metabólica. Cada célula posee una longitud de aproximadamente 1 μm. (Tomado de Roberts et al, referencia 43.) sedimentos se enriquecen en contenido de dolo- aumentaba al incrementarse el tiempo de incubamía que, una vez nucleada, continúa desarrollán- ción. Aquí, la actividad metabólica bacteriana dose con el sepultamiento. La cepa correcta de implica la producción de amoníaco [NH3], que crea bacterias también es clave para la precipitación un microambiente alcalino alrededor de las células de la dolomía, como lo demuestra el hecho de que de las bacterias. Las bacterias también producen la dolomía no precipita en la mayor parte de los CO2, que se disuelve y transforma en HCO –3 o bien otros sedimentos marinos anóxicos, ricos en car- en CO–23 con un valor de pH más elevado. En prebono orgánico. sencia de Ca2+ y Mg2+, el medio de cultivo se superLos experimentos de laboratorio lograron satura respecto de la dolomía. Estos cambios simular la química de las aguas lagunares hiper- fisicoquímicos inciden en el ambiente geoquímico salinas anóxicas de la estación seca. Se utilizaron 33. Allan and Wiggins, referencia 19. las bacterias tomadas del barro lagunar para 34. Warren, referencia 2. inocular un medio de cultivo y se incubaron 35. Warren, referencia 2. durante un año en un refrigeradorMattV_ORAUT09_Fig_11 a 4ºC [39ºF]. 36. Allan and Wiggins, referencia 19. Transcurrido el período de incubación, se recu- 37. Allan and Wiggins, referencia 19. NF y Budros R: “Albion-Scipio and Stoney Point peró un precipitado de dolomía. El análisis con 38. Hurley Fields, U.S.A., Michigan Basin,” en Beaumont EA y microscopio de barrido electrónico (SEM) y por Foster NH (eds): Stratigraphic Traps I. Tulsa: American Association of Petroleum Geologists, AAPG Treatise of difracción de rayos X (XRD) demostró que se Petroleum Geology, Atlas of Oil and Gas Fields (1990): había precipitado una dolomía ferrosa con un 1–37). 39. Land LS: “Failure to Precipitate Dolomite at 25°C from grado bastante elevado de orden catiónico. Dilute Solution Despite 1000-Fold Oversaturation After Los exámenes de laboratorio subsiguientes en 32 Years,” Aquatic Geochemistry 4, nos. 3–4 (Septiembre de 1998): 361–368. los que se utilizaron dos cultivos de bacterias aeróbicas, Halomonas meridiana y Virgibacillus 40. Vasconcelos C y McKenzie JA: “Microbial Mediation of Modern Dolomite Precipitation and Diagenesis Under marismortui, precipitaron dolomía en sólo 30 días Anoxic Conditions (Lagoa Vermelha, Río de Janeiro, Brasil),” Journal of Sedimentary Research 67, no. 3 a 25ºC y 35ºC [77ºF y 95ºF], respectivamente.41 (Mayo de 1997): 378–390. Estos experimentos demostraron además que el 41. Sánchez-Román M, Vasconcelos C, Schmid T, Dittrich M, McKenzie JA, Zenobi R y Rivadeneyra MA: “Aerobic tiempo requerido para la iniciación y precipitación Microbial Dolomite at the Nanometer Scale: Implications de la dolomía se reducía al incrementarse la temfor the Geologic Record,” Geology 36, no. 11 (Noviembre de 2008): 879–882. peratura, mientras que la cantidad de cristales 41 y favorecen la precipitación de la dolomía. Otros experimentos relacionados están ayudando a los investigadores a desarrollar paleotermómetros de isótopos de oxígeno para evaluar las condiciones de formación de la dolomía antigua.42 Estos análisis demostraron que los procesos de mediación microbiana de la producción de dolomía pueden lograrse bajo condiciones anóxicas de baja temperatura, y en un tiempo relativamente corto. Por consiguiente, cuando la dolomía se asocia con sedimentos ricos en carbono orgánico, deberían investigarse las influencias biológicas. En el año 2004, se reportó un tipo diferente de biomineralización cuando se descubrió que los metanogenes, en lugar de los organismos sulfato reductores, gobernaban la nucleación y la precipitación de la dolomía. En lugar de examinar una laguna hipersalina, los investigadores del agua subterránea efectuaron una evaluación a largo plazo de un acuífero de agua dulce contaminado con petróleo en Minnesota, EUA. Allí, descubrieron la presencia de dolomía en las células de los microbios metanogénicos que colonizaban una capa basáltica del subsuelo en un ambiente altamente reductor.43 En este ambiente, la formación de dolomía es vista como parte de un proceso de dos pasos en el que los microorganismos primero meteorizan el basalto e incidentalmente liberan Mg, Ca y Fe. El consumo microbiano de CO2 conduce luego a la nucleación de cristales de dolomía en las paredes de sus células. Las observaciones de campo indicaron la precipitación de la dolomía de baja temperatura como consecuencia de la acción microbiana después de tres meses. Los experimentos subsiguientes fueron llevados a cabo en un ambiente de laboratorio controlado en el que se incubaron bacterias metanogénicas en una cámara anaeróbica a 25ºC durante ocho meses. Una vez más, los cristales de dolomía se nuclearon en las células de los microbios que colonizaban las superficies basálticas. Este estudio expande el abanico de ambientes en los que se observa que la precipitación de dolomía tiene lugar a baja temperatura, lo cual abre la posibilidad de que nuevos modelos expliquen el origen y la historia diagenética de las dolomías antiguas. La revisión precedente sobre la formación de la dolomía provee sólo una orientación general y no cubre todo el espectro de ambientes que la sustentan. Muchos investigadores propugnan variaciones y combinaciones de diferentes modos. Por otro lado, una revisión de la literatura existente sobre la dolomía revelaría que la eficiencia de cada modelo es equiparable sencillamente a la del último artículo técnico y que todos los 42 Litología y porosidad Sistemas de poros y permeabilidad Permeabilidad relativa y saturación Espectroscopía Densidad Neutrón termal Neutrón epitermal Factor fotoeléctrico RMN Rayos gamma Distribución de T2 por RMN Registro de imágenes Resistividad de lateroperfil Resistividad derivada de los registros de inducción Datos de núcleos Densidad de granos Porosidad Permeabilidad > Flujo de trabajo del sistema Carbonate Advisor. El primer paso incorpora los resultados de las herramientas que proveen información sobre la litología y la porosidad: espectroscopía, densidad, neutrón termal, neutrón epitermal, factor fotoeléctrico, RMN y rayos gamma. Los datos son examinados por los petrofísicos y sirven como datos de entrada para el paso siguiente, el cual consiste en la evaluación del sistema de poros y la permeabilidad utilizando la distribución de T2 de los datos RMN o los registros de imágenes. Luego se obtienen la permeabilidad relativa y la saturación en base a las mediciones de resistividad derivadas del registro de inducción de arreglo y de herramientas de lateroperfil de arreglo. Además, se pueden agregar al análisis datos de núcleos, tales como densidad de granos, porosidad y permeabilidad. producibilidad, utilizando registros sensibles a la textura y técnicas de generación de imágenes de la pared del pozo para caracterizar la geometría de los poros.44 La metodología de interpretación implica una secuencia integrada para determinar la litología, la porosidad, el tipo de poro, la permeabilidad, la permeabilidad relativa y la saturación (arriba). La litología y la porosidad se obtienen mediante la combinación de mediciones de diversas herraEvaluación de yacimientos mientas, cada una de las cuales posee sensibiliLa evaluación de los yacimientos de dolomía dad con respecto a diferentes factores, incluidos nunca es directa. Los sistemas de poros heterogé- la matriz de la roca, las propiedades de los fluidos neos existentes en las rocas dolomíticas pueden y la porosidad. Los datos de espectroscopía de frustrar fácilmente los esfuerzos de evaluación captura de neutrones y del factor fotoeléctrico petrofísica y hasta la cuantificación de la dolomía (PEF) se utilizan para cuantificar la mineralogía MattV_ORAUT09_Fig_12 puede resultar difícil. Los carbonatos precursores de las rocas. Las mediciones de densidad voluméde la dolomía, depositados principalmente como trica y porosidad neutrónica son sensibles tanto a resultado de la actividad biológica y compuestos la litología como a los fluidos contenidos en sus por fragmentos fósiles y granos de rocas variados, espacios de poros. La porosidad derivada por tienden a formar rocas con texturas muy comple- resonancia magnética nuclear (RMN) y el volujas y una amplia diversidad de formas y tamaños de men de fluido ligado son sensibles al tipo de poros. Estas rocas pueden ser alteradas posterior- fluido y a la geometría del espacio de poros, pero mente por múltiples procesos físicos, biológicos y menos sensibles a la matriz de roca. La perquímicos, cada uno de los cuales opera en diferen- meabilidad relativa, que se relaciona con el flujo tes escalas. Una vez convertida, la dolomía puede efectivo de petróleo o gas y agua, afecta las medisometerse más tarde a múltiples etapas de disolu- ciones de resistividad somera más que las medición, precipitación y recristalización. ciones de resistividad profunda. Todas estas La evaluación de los yacimientos de dolomía mediciones se integran con otras para conformar debe dar cuenta de la heterogeneidad de la litolo- una solución simultánea. gía, los poros, granos y texturas de las rocas. El La porosidad, en particular, constituye un eleproceso de análisis de la petrofísica y la producti- mento fundamental de cualquier evaluación de vidad Carbonate Advisor fue desarrollado para yacimientos. No obstante, el cálculo de los valoayudar a los geocientíficos a evaluar estos yaci- res de porosidad en los carbonatos que incluyen a mientos complejos. El sistema Carbonate Advisor la calcita y la dolomía, puede constituir un prorelaciona los datos obtenidos de registros con la ceso un tanto complicado. Las mediciones de modelos han sido completamente analizados, criticados y, en ciertos casos, reprobados. Cada yacimiento de dolomía se forma bajo circunstancias únicas y algunos pueden estar compuestos por múltiples generaciones de dolomías formadas por diferentes sistemas y mecanismos de flujo. Por consiguiente, todos los yacimientos de dolomía deberían ser investigados y caracterizados caso por caso. Oilfield Review porosidad neutrónica deben corregirse por la matriz de la roca. Si la matriz contiene sólo dolomía o sólo calcita, la transformación de la porosidad es relativamente simple. Pero si la roca contiene una combinación de ambos minerales, es necesario determinar las proporciones correctas de cada uno para calcular con precisión los valores de porosidad. La complejidad de la matriz también afecta el cómputo de la porosidad derivada del registro de densidad, porque la ecuación utilizada para convertir la porosidad en base a las mediciones de la densidad volumétrica requiere la densidad de la matriz como dato de entrada. Si la roca es una combinación de dolomía y calcita, los cálculos de la porosidad serán incorrectos a menos que se obtenga un valor preciso de la densidad de la matriz. Por consiguiente, el hecho de subestimar o ignorar la presencia de dolomía puede traducirse en valores bajos de porosidad computada que enmascaran la presencia de zonas potencialmente productivas. En ciertos casos, la calcita y la dolomía pueden ser distinguidas fácilmente utilizando los datos PEF de una herramienta de Lito Densidad (Litho-Density).45 El valor de la matriz según los datos PEF para la arenisca pura es 1.81; para la dolomía, 3.14 y para la caliza, 5.08. A partir de la medición del PEF, el porcentaje de dolomía puede calcularse directamente si la matriz contiene sólo dos minerales; lamentablemente, las rocas a menudo contienen una mezcla de minerales. A esta complejidad se suma el hecho de que aún las concentraciones pequeñas de minerales relativamente comunes, tales como la siderita (con un PEF de 14.7), la pirita (con su PEF de 16.97) o la anhidrita (con un PEF de 5.03), distorsionan los valores de PEF medidos y desvían el valor hacia la calcita. En este caso, existen demasiadas incógnitas para determinar el tipo de matriz y su porosidad a partir de registros estándar. Un problema adicional que plantea el uso del factor PEF para la determinación de la litología es el efecto de la barita, que comúnmente se agrega como espesante a los sistemas de lodo de perforación. La barita, con su PEF de 266.82, perturba otras mediciones del factor PEF en estos sistemas de lodo. La herramienta de espectroscopía de captura elemental ECS puede ayudar a salvar algunas de las deficiencias del proceso de interpretación. La espectroscopía de captura de neutrones mide las proporciones elementales de los minerales que se encuentran en la formación. Los avances recientes registrados en materia de espectroscopía de captura elemental condujeron a un mejoramiento de las mediciones de los porcentajes de magnesio Volumen 21, no. 3 Porosidad total Microporosidad Mesoporosidad ~ 0.5 µm ~ 5 µm φ para la distribución Todos los poros < 50-100 µm > valor límite poseen el mismo T2 largo de T2 φ para la Respuesta RMN <distribución valor límite corto deT2 Respuesta en base a registros de imágenes Macroporosidad Porosidad Ciega a los poros más no vugular pequeños que los botones de la herramienta Porosidad vugular 100% de mesoporosidad Macroporoso Micromacro Microporoso Macromicro Micromeso 100% de microporosidad Macromeso Mesomicro Mesoporoso 100% de mesoporosidad > Geometrías de los poros. La porosidad total (extremo superior) puede dividirse en diferentes tipos de poros en base a los datos RMN y los datos de registros de imágenes. Los microporos, con diámetros de gargantas de menos de 0.5 μm, usualmente contienen gran parte de agua irreducible y pocos hidrocarburos. Los mesoporos, con diámetros de gargantas que oscilan entre 0.5 y 5 μm, pueden contener cantidades significativas de petróleo o gas en los poros situados por encima del nivel de agua libre (FWL). Los macroporos, con gargantas que miden más de 5 μm de diámetro, son responsables de los prolíficos regímenes de producción existentes en muchos yacimientos carbonatados pero a menudo constituyen trayectos para la irrupción prematura de agua, dejando atrás volúmenes considerables de petróleo y gas en los mesoporos situados por encima del nivel FWL. Los tres tipos diferentes de poros pueden dividirse a su vez en ocho clases de sistemas de poros (extremo inferior). para ayudar a los petrofísicos a cuantificar el volumen de dolomía y de otros minerales contenidos en las rocas yacimiento. Las mediciones ECS proveen además los porcentajes de calcio y azufre que son cruciales para la determinación de la litología carbonatada. Por oro lado, los datos de espectroscopía ECS proporcionan los porcentajes relativos de elementos MattV_ORAUT09_Fig_13 tales como el hierro, el silicio, el bario, el hidrógeno y el cloro. En consecuencia, los datos ECS reducen la incertidumbre asociada con las mediciones de porosidad obtenidas de registros estándar. La geometría de los poros adquiere especial protagonismo a la hora de evaluar la calidad del yacimiento y las propiedades del flujo de fluidos. Para el sistema Carbonate Advisor, los poros se dividen en diferentes tipos según el tamaño de las gargantas. La división se basa en las distribuciones de los tiempos de relajación transversal (T2) del registro de RMN aumentadas por las imágenes de la pared del pozo. Si bien el método de RMN es sensible a la distribución del tamaño de los cuerpos de poros, el sistema Carbonate Advisor calibra los resultados para que aparezcan como una distribución del tamaño de las gargantas de poros. A las distribuciones de T2 se aplican dos valores límites que relacionan el tiempo de relajación con la distribución del tamaño de los poros (arriba). 42. Vasconcelos C, McKenzie JA, Warthmann R y Bernasconi SM: “Calibration of the δ18O Paleothermometer for Dolomite Precipitated in Microbial Cultures and Natural Environments,” Geology 33, no. 4 (Abril de 2005): 317–320. 43. Roberts JA, Bennett PC, González LA, Macpherson GL y Milliken KL: “Microbial Precipitation of Dolomite in Methanogenic Groundwater,” Geology 32, no. 4 (Abril de 2004): 277–280. 44. Ramamoorthy R, Boyd A, Neville TJ, Seleznev N, Sun H, Flaum C y Ma J: “A New Workflow for Petrophysical and Textural Evaluation of Carbonate Reservoirs,” Actas del 49o Simposio Anual de Adquisición de Registros de la SPWLA, Edimburgo, Escocia, 25 al 28 de mayo de 2008, artículo B. 45. El registro PEF se obtiene como parte de la medición de la densidad. La medición PEF carece de unidad pero como es proporcional a la sección transversal fotoeléctrica por electrón, a veces se expresa en barnios/electrón. 43 Agua desplazada Hidrocarburo desplazado Agua Petróleo Dolomía Macroporosidad Calcita Macro-meso Anhidrita Resistividad 10 pulgadas 0.2 Densidad de granos de caliza 2.7 3 0.2 3 0.2 0.25 0.2 lbf/lbf Densidad de granos de núcleos 2.7 g/cm3 2000 ∆T T compresional 2000 109 2000 1.95 3 Prof., pies ohm.m 2000 0.45 ohm.m g/cm3 % 0.5 0.5 Clorita 2.95 2.5 100 % 0 % Densidad de granos derivada de los núcleos g/cm3 0 2.5 g/cm3 Meso-micro Micro-macro Macroporosidad 0 3.5 Distribución de T2 0.5 0.015 3.5 pies3/pies3 0.5 pies3/pies3 0.1 Micro-meso 0 Carbonate Advisor Porosidad total –0.015 Densidad de granos computada Volúmenes ELAN - 0.15 % Mesoporosidad Porosidad computada Hilita 29 Porosidad-neutrón Resistividad 90 pulgadas 0.2 µs/pies Densidad Resistividad 60 pulgadas Peso seco relativo, Mg 0 ohm.m Microporosidad Porosidad derivada de los núcleos Caolinita Resistividad 30 pulgadas Densidad de granos de dolomía g/cm3 ohm.m Macro-micro Pirita 2000 Resistividad 20 pulgadas g/cm3 2.7 ohm.m Mesoporosidad Microporosidad Movilidad MDT 0.1 mD mD/cP 10,000 Carbonate Advisor Permeabilidad estimada Carbonate Advisor Permeabilidad 0 0.1 Permeabilidad del núcleo 10,000 mD 10,000 0.1 mD 10,000 X,050 X,100 X,150 X,200 X,250 > Evaluación de un yacimiento carbonatado complejo. En el Carril 1, se observa una fuerte correlación entre la medición del peso seco relativo de Mg obtenido con la herramienta ECS (curva verde) y las mediciones de la densidad de granos obtenidas mediante el análisis de núcleos (puntos rojos). Para el cómputo de la porosidad y la saturación de agua, se utilizan los datos de resistividad derivados del registro de inducción de arreglo (Carril 2) y los datos de los registros convencionales de densidad (curva rosa), neutrón (curva azul) y sónico (curva verde) del Carril 3. El Carril 4 muestra la litología, la porosidad y los volúmenes de fluidos resultantes, computados con el sistema Carbonate Advisor. En el Carril 5 se observa un buen ajuste entre los datos de núcleos (rojo) y la densidad computada de granos (curva azul) y la porosidad computada (curva negra). La medición de la distribución de T2 con la herramienta de resonancia magnética combinable CMR (Carril 6) se utiliza para la división de la porosidad, la clasificación del sistema de poros y los cómputos de la permeabilidad. Si el resultado de la división de la porosidad (Carril 7) se compara con la litología computada (Carril 4), el contenido de dolomía muestra una correlación estrecha con la mesoporosidad (sombreado verde) y la macroporosidad (sombreado rojo). Esta formación exhibe una correspondencia general entre los incrementos del contenido de dolomía y el tamaño de poros. La porosidad se relaciona además con la permeabilidad (Carril 8). Los valores de permeabilidad elevados, en general, corresponden a zonas de macroporosidad (sombreado rojo). La permeabilidad computada puede ser comparada con los datos de núcleos y los datos obtenidos con el probador modular de la dinámica de la formación MDT (Carril 9). El sistema Carbonate Advisor estimó que MattV_ORAUT09_Fig_14 la permeabilidad (curva negra) se ajusta a la permeabilidad derivada de los núcleos (cuadrados rojos) y es confirmada por la lectura de movilidad del probador MDT (puntos azules). 44 Oilfield Review en la respuesta de la herramienta de resistividad. Para el análisis, pueden utilizarse tanto las mediciones provistas por herramientas de inducción de arreglo como por herramientas de lateroperfil de arreglo. Con sus múltiples profundidades de investigación, las herramientas de resistividad pueden caracterizar con precisión el frente de invasión, el cual se invierte para determinar las curvas de permeabilidad relativa por imbibición. El frente de saturación y el frente de salinidad se resuelven simultáneamente para determinar el flujo fraccional, la permeabilidad relativa versus la saturación y la resistividad verdadera de la formación. El sistema Carbonate Advisor fue puesto a prueba recientemente en un yacimiento del norte de Kuwait. La evaluación de los yacimientos de esta área puede verse complicada por los fluidos de perforación espesados con barita, utilizados para incrementar la seguridad de las operaciones de perforación en campos conocidos por las altas concentraciones de ácido sulfhídrico y las altas presiones de yacimiento.46 Los geocientíficos de la compañía operadora Kuwait Oil Company (KOC) e do lomí 0.9 0.300 1.0 a 0.7 1 0.01 0.1 0.5 en d 0.8 Volu m 0.6 1,000 10 100 da deriva ilidad , mD b a e m os Per núcle de los 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 El valor límite corto define la fracción de microporosidad y el valor límite largo la fracción de macroporosidad, mientras que la fracción de mesoporosidad cae entre ambas fracciones. La componente macroporosidad también es determinada a partir de las imágenes de la pared del pozo mediante la conversión de la imagen de resistividad en una imagen de porosidad y la extracción de la fracción de poros grandes presentes. En base a las tres divisiones de la porosidad, se identifican ocho clases petrofísicas de sistemas de poros. La permeabilidad de la matriz también se estima utilizando transformaciones optimizadas para cada clase de poro. Las estimaciones de la permeabilidad pueden ser validadas o calibradas utilizando los datos obtenidos con las herramientas de pruebas de formación o las mediciones de núcleos. Las soluciones simultáneas de saturación y permeabilidad relativa se obtienen a través del modelado directo. El modelo completo da cuenta de las variaciones radiales producidas en la resistividad por la distribución de los fluidos de perforación que invadieron la formación, lo cual incide 0.30 0 0.27 0.240 0.24 0.21 e los nú 0 0.210 0 0.18 0 5 1 . 0 0 0.12 cleos, % 0 ad deriv Porosid 0.270 0 ada de 0.18 los núcle rivada d 0 0.1 50 0.1 20 0.0 90 0.0 60 0.0 30 1,00.000 00 .090 Porosid ad de 0 os, % 0 0.06 0 0.03 0 0.00 .0 0 .1 0 0.2 0 10 0.4 0.7 0.8 1 0.9 0. a mí olo da iva der , mD d a lid eos abi úcl me los n r e P de 1 0.6 10 0.5 ed nd me lu Vo 0.3 1 0.0 1.0 > Efecto de la dolomitización sobre la calidad del yacimiento. Los datos provenientes del análisis de núcleos de un campo situado en Kuwait se utilizaron para representar gráficamente el volumen de dolomía, la porosidad y la permeabilidad derivadas de los núcleos. Estos datos indicaron fuertes correlaciones entre el incremento de los volúmenes de dolomía y los incrementos producidos en la porosidad y la permeabilidad. La dispersión, en esta gráfica de interrelación 3D, refleja la naturaleza heterogénea del sistema de poros dentro de la roca dolomítica. Volumen 21, no. 3 observaron que, en este campo, las zonas de porosidad y permeabilidad mejoradas se asociaban con el fenómeno de dolomitización. Por lo tanto, la cuantificación del contenido de dolomía era importante para la clasificación de la calidad del yacimiento. No obstante, la estimación del contenido de dolomía a partir de las mediciones convencionales puede verse entorpecida por una diversidad de factores, tales como los efectos del lodo con barita, la complejidad de las litologías y la sensibilidad de las mediciones derivadas de registros con respecto a la dolomía, además de las diferencias existentes en la resolución vertical y la profundidad de investigación de cada herramienta. Con el fin de superar estos desafíos en materia de evaluación de formaciones, se utilizó una herramienta ECS para obtener los porcentajes relativos elementales para el cómputo de la mineralogía. El magnesio medido con esta herramienta fue un elemento clave para la cuantificación de la dolomía en este yacimiento complejo. También se corrió la herramienta de resonancia magnética combinable CMR para obtener información sobre la geometría de los poros. El sistema Carbonate Advisor proporcionó resultados de evaluación de formaciones que concuerdan estrechamente con los datos de núcleos (página anterior). El análisis de núcleos confirmó la relación existente entre el contenido de dolomía y la calidad prospectiva en este campo del norte de Kuwait. La gráfica de interrelación 3D muestra una tendencia general de incremento del contenido de dolomía con los incrementos producidos en la porosidad y la permeabilidad (izquierda). Expansión del alcance A pesar de los esfuerzos para determinar los marcos ambientales, los modos de origen y las condiciones que inciden en la calidad de las dolomías, la exploración y producción de estas formaciones están atiborradas de incertidumbres. Los refinamientos de los enfoques claramente diferentes están ayudando a las compañías de E&P a reducir algunas de estas incógnitas. 46. Kho D, Al-Awadi M y Acharya M: “Application of Magnesium Yield Measurement from Elemental Capture Spectroscopy Tool in Formation Evaluation of Northern Kuwait Fields,” presentado en el 50o Simposio Anual de Adquisición de Registros de la SPWLA, The Woodlands, Texas, 21 al 24 de junio de 2009. 45 Prof., pies X00 X02 X04 X06 X08 > Rellenado de huecos. Imágenes de un intervalo fracturado y estratificado, obtenidas con una sola pasada (izquierda) de un generador de imágenes de la pared del pozo de tipo patín. Se removieron los datos provenientes de un patín para destacar el área medida normalmente por cada patín (línea verde de puntos, izquierda). Los huecos existentes entre los patines fueron rellenados en la imagen de cobertura total utilizando la técnica de modelado geoestadístico que se basa en patrones MPS (centro). Los parches conductivos oscuros se indican mediante curvas de contornos verdes (derecha). Estas curvas de contorno identifican trayectos complejos del flujo de fluido 3D en carbonatos heterogéneos. Como se analizó previamente, las evaluaciones ciones de pozo, los lodos con barita y la invasión petrofísicas de los yacimientos de dolomía requie- de los fluidos de perforación. ren un detalle de la mineralogía y las propiedades No obstante, las mediciones ECS obtenidas de la matriz para corregir los cálculos de la densi- con el servicio LWD multifunción EcoScope, son dad y de la porosidad neutrónica. Estos datos de sensibles a la proporción de Mg presente en una entrada dependen, en parte, de la capacidad para formación. Esta capacidad es clave para la deterdiferenciar la calcita de la dolomía. El primer minación del contenido de calcita y dolomía paso para la obtención de estos datos de entrada existente en una formación carbonatada. Este disconsiste en la selección de las herramientas de positivo LWD permite obtener una amplia gama MattV_ORAUT09_Fig_16 adquisición de registros utilizadas para investi- de mediciones. Diseñada en torno a un generador gar el yacimiento; las herramientas estándar de de neutrones pulsados, la herramienta EcoScope espectroscopía de captura no son sensibles a las mide la resistividad, la porosidad neutrónica, los proporciones de Mg y Ca presentes en una for- rayos gamma azimutales, la densidad, la densimación. Si bien las mediciones del factor dad-neutrón-rayos gamma y el parámetro sigma fotoeléctrico pueden utilizarse con este fin, su de la formación, además de la espectroscopía de naturaleza somera las hace sensibles a las condi- captura elemental. 46 Otro enfoque, basado en las imágenes de la pared del pozo y en barridos por tomografía computada (TC), está ayudando a las compañías de E&P a predecir mejor las fracturas y las tendencias de alta permeabilidad presentes en formaciones altamente heterogéneas. Con la ayuda de sofisticados algoritmos de simulación condicional, este enfoque permite analizar las imágenes de la pared del pozo para determinar dónde se encuentran los poros y los parches conductivos en relación con la matriz de la roca.47 Los huecos existentes en la imagen de la pared del pozo—un rasgo inherente de la cobertura con patín provista por las herramientas de generación de imágenes—se rellenan utilizando un proceso de simulación condicional estadística multipunto (MPS) para crear una imagen de cobertura total del pozo (izquierda). La simulación condicional multipunto incorpora barridos por TC del núcleo real, de escala micrónica, con el fin de crear muestras de roca digitales que sirven para entrenar el programa MPS.48 Este enfoque basado en patrones, contempla todos los datos obtenidos con el dispositivo de tipo patín; además, traslada los patrones de la medición obtenida con el patín a los huecos de las imágenes, creando un pseudonúcleo 3D.49 La nueva imagen de cobertura total puede dividirse luego en diferentes facies petrofísicas que se utilizan para estimar la porosidad y la permeabilidad. Por ejemplo, puede utilizarse para evaluar la presencia de cavidades (vacuolas)—poros irregulares y grandes visibles a simple vista—existentes comúnmente en las rocas carbonatadas. Las zonas de porosidad y permeabilidad mejoradas se sitúan en las proximidades de las cavidades, como lo confirman las secciones delgadas, las imágenes SEM y las mediciones de minipermeabilidad. En 47. Para obtener más información sobre la evaluación de núcleos utilizando la técnica de tomografía computada con rayos X, consulte: Kayser A, Knackstedt M y Ziauddin M: “Una observación más detallada de la geometría de los poros,” Oilfield Review 18, no. 1 (Verano de 2006): 4–15. 48. Zhang T, Hurley NF y Zhao W: “Numerical Modeling of Heterogeneous Carbonates and Multi-Scale Dynamics,” artículo JJJ, presentado en el 50o Simposio Anual de Adquisición de Registros de la SPWLA, The Woodlands, Texas, 21 al 24 de junio de 2009. 49. Hurley NF y Zhang T: “Method to Generate Fullbore Images Using Borehole Images and Multi-Point Statistics,” artículo SPE 120671, presentado en la Exhibición y Conferencia del Petróleo y el Gas de Medio Oriente de la SPE, Bahrain, 15 al 18 de marzo de 2009. Oilfield Review Diám et F 0.3 m [1 pie] B Diámetro, 10 cm 4 gadas] pul Volumen 21, no. 3 das] pulga [8.5 m c 22 ro, [ las proximidades de las cavidades grandes, se observan comúnmente aglomeraciones de cavidades pequeñas. En los registros de imágenes de la pared del pozo, las cavidades pequeñas que escapan a la resolución de los patines de generación de imágenes aparecen como regiones oscuras de alta conductividad, más que como poros discretos. Las imágenes de cobertura total permiten trazar curvas de contorno cerradas alrededor de las regiones resistivas o no resistivas de la imagen. Dichas regiones proveen mediciones importantes de la heterogeneidad del yacimiento y son, en general, mucho más grandes que los tapones de núcleos o los modelos digitales generados a partir de los barridos por TC de las rocas. Por consiguiente, las imágenes de la pared del pozo son cruciales para la identificación de las heterogeneidades del modelo de flujo, cuya escala oscila entre algunos centímetros y algunos metros. A través de la definición de regiones de alta o baja resistividad, la técnica de generación de imágenes puede ayudar a determinar si las cavidades forman una red conectada y, por consiguiente, permeable. Las curvas de presión capilar y permeabilidad relativa pueden ser asignadas a diferentes facies 0-100% along the petrofísicas; top. esto, sobre la base del análisis de núcleos especiales realizado en el laboratorio y de las pruebas de presión capilar por inyección de mercurio efectuadas sobre muestras de núcleos de rocas yacimiento. Las simulaciones numéricas que utilizan estos resultados constituyen la clave para la cuantificación del impacto de la heterogeneidad de la roca carbonatada sobre el flujo de fluido durante los procesos de producción primaria, inyección de agua o inyección de gas. Dichas simulaciones se llevan a cabo sobre los pseudo-núcleos numéricos construidos previamente para estimar parámetros efectivos importantes tales como el corte de agua, el factor de recuperación de petróleo y la eficiencia de la recuperación a escala del pseudo-núcleo o de registros de pozos (arriba, a la derecha). Los barridos por TC y las observaciones a nivel de microescala pueden ayudar a los geoafter placeing científicos a pronosticar las características de los atributos a nivel de macroescala. El tamaño, la forma y la altura del pseudo-núcleo numérico 0.17 Saturación de petróleo 0.86 > Simulación de flujo. Estos resultados fueron producidos después de inyectar 0.72 volúmenes porosos de agua mediante un pseudo-núcleo numérico en una dolomía humedecida con petróleo. La saturación volumétrica del petróleo remanente es del 58%; el corte de agua es del 77%. El agua es inyectada a través del pseudo-núcleo desde afuera hacia dentro. Los colores representan las saturaciones de petróleo. La heterogeneidad se manifiesta en la irrupción no uniforme de agua (B) mostrada en ciertas partes del pseudo-núcleo de flujo, mientras que en otras áreas el frente de inundación (F) apenas se ha desplazado hacia el interior de la roca. quedan limitados solamente por la capacidad de identificar y cuantificar la dolomía en las rocas memoria computacional disponible. Esto permite yacimiento plantea un claro desafío. Aunque las que los investigadores ejecuten experimentos mediciones basadas en el laboratorio quizás no numéricos rápidos sobre muestras grandes que aborden las controversias existentes en torno a la no podrían reproducirse en un laboratorio, dado formación de la dolomía, pueden caracterizar el pozo con precisión a fin de proporcionar conocicualquier plazo de tiempo o monto de dinero. mientos valiosos que ayudarán a las compañías Si bien las técnicas de evaluación de formaMattV_ORAUT09_Fig_17 ciones permiten diferenciar fácilmente las are- de E&P a desarrollar estos yacimientos notoria—MV niscas de los carbonatos, la capacidad para mente heterogéneos. 47
