lunes, 30 de mayo de 2011

PERFILADOR ELECTRICO DE POZOS DE AGUA

Prototipo funcional de un perfilador electrico de pozos de agua.
 Proyecto seleccionado para exponer en Innovar 2009

TEORIA DE FUNCIONAMIENTO

Capitulo 1: Perfilaje eléctrico de pozos de agua


En este capítulo se dará una breve descripción de lo que es un perfil eléctrico de un pozo de extracción de agua, la importancia de su realización como así también las partes constituyentes de un perfilador eléctrico. También se describirán, en líneas generales, los pasos a seguir para la realización de un perfil eléctrico.

Finalmente se describirán los métodos empleados por el perfilador para la medición del potencial espontáneo, resistencia puntual, resistividad normal corta y larga. Teniendo en cuenta los principios físicos, instrumentación, calibración, estandarización, perturbaciones y aplicaciones.

1- Perfilaje - definiciones


Un perfilaje es una operación en la cual se registran datos característicos de las formaciones atravesadas por una perforación. Este registro es denominado perfil de un pozo.

Un tipo de perfilaje muy utilizado es el eléctrico, en el que se registran las resistividades de las formaciones geológicas del subsuelo y los potenciales espontáneos generados en las perforaciones.

No solo existe el perfilaje eléctrico sino también otros tipos de perfilaje, estos pueden ser de tipo sónico, inductivo, radiactivo, de temperatura, de presión, entre otros.

Los perfilajes, luego de su obtención, son analizados por el geólogo y brindan esencialmente la siguiente información:
  • Diferenciación entre arcillas, rocas duras y capas permeables.
  • Definición cuantitativa de porosidad y saturación del agua (salinidad).
  • Discriminación cualitativa entre capas petrolíferas, gasíferas y acuíferas.
  • Determinación de la construcción del pozo.

El aspecto típico de un perfilaje de un pozo puede verse en la siguiente figura.

Figura 1.1: Aspecto típico de un perfil eléctrico.

En el gráfico se observa un perfil eléctrico. La parte izquierda del perfil eléctrico contiene la curva de potencial espontáneo SP, a la derecha, están registradas las curvas de conductividad y resistividad.

La obtención del perfilaje eléctrico de un pozo es de suma importancia por que toda empresa perforadora de pozos debe presentar en el informe final el perfil eléctrico registrado junto con los datos de la perforación hecha (profundidad alcanzada, litografía, diámetro de perforación, lodo empleado, tiempo de perforación, avance de la perforación, entre otros). En este caso el perfil eléctrico es utilizado por la empresa perforadora para realizar el entubado del pozo.

La normativa que exige a toda empresa perforadora la realización del perfil eléctrico del pozo es el decreto ley Nº 4295 titulado “Código de aguas”. En el libro IV, titulo VI de la ley explica todo lo necesario para el uso, limitaciones, concesiones, requisitos para el empleo de aguas subterráneas en la provincia de La Rioja.

En el artículo 173 se detallan los datos a suministrarse. A continuación se transcribe este artículo.

Art. 173° - Datos a suministrarse. Una vez efectuada la perforación, deberán suministrarse a la autoridad de aplicación los datos e informes que exija el reglamento, tendientes a establecer las características de la perforación, análisis cualitativos y cuantitativos del agua, mecanismos de aforos, etc. Será imprescindible suministrar lo siguiente:
  1. Profundidad y diámetro del pozo, numero de acuíferos atravesados, niveles piezométricos, caudal y calidad del agua de cada uno.
  2. Perfil geológico y estratigráfico y perfilaje eléctrico de la perforación, perfil de entubación, consignando diámetro y tipo de filtro.
  3. Muestras de aguas y análisis químico.
  4. Sistema utilizado para aforar y caudal extraído.”

Cuando se finaliza la perforación de un pozo, el volumen de suelo que fue retirado, es reemplazado por un lodo especial, el más utilizado es bentonita. Este lodo es utilizado por dos motivos: uno para que las paredes del pozo no se desmoronen y otra, para poder medir en forma correcta el perfil eléctrico ya que este lodo es conductivo, lo cual facilita el contacto de los electrodos de la sonda con las paredes del pozo.

El perfilaje debe ser realizado al poco tiempo de haber sido terminada la perforación del pozo. Si el perfilaje es demorado, la medición del pozo no será la más precisa porque el lodo conductivo contamina las paredes del pozo y la toma de datos no es la que se pretende obtener. También, el pozo corre el riesgo de desmoronarse.

2- Partes constitutivas de un perfilador eléctrico


El conocimiento del principio de funcionamiento del perfilador por parte del operador y del geólogo es de suma importancia. Los operadores necesitan conocer como funciona cada perfilador para detectar y solucionar problemas que se presenten en el momento en que se realiza el perfilaje del pozo. Los geólogos deben reconocer, observando el registro gráfico, funcionamientos erróneos o registros mal generados y notificar al operador esas situaciones. Para obtener el máximo beneficio, tanto el operador como el geólogo deben trabajar en forma conjunta para conseguir la configuración del equipo más efectiva.

En líneas generales un perfilador puede ser subdividido en las siguientes partes constitutivas:
  • Sonda
  • Cable y carretel (incluyendo sistema de lectura de profundidad)
  • Módulo de control
  • Módulo de grabación

2.1- Sonda


La sonda de un perfilador eléctrico es básicamente una varilla con electrodos de acero inoxidable, plomo o cualquier otro metal resistente a la corrosión. En el extremo inferior se coloca un bloque de plomo para dar peso a la misma y para que pueda descender con facilidad dentro del pozo. En el extremo superior de la sonda se encuentra un conector especial en donde se conecta el cable a la sonda. El conector especial debe ser a rosca para que no se desconecte dentro del pozo y tiene que ser de tipo sumergible (sellado con doble o-ring en las juntas), ya que dentro del pozo esta el lodo conductivo y las filtraciones pueden afectar las mediciones.

Para pozos de agua, el diámetro de la sonda es de unos 5 cm, el largo de la sonda normalmente es de 2 metros y el peso de hasta 8 kilos. La mayoría de las sondas son flexibles para perfiladores eléctricos. Se puede observar una sonda en la siguiente figura,

Figura 1.2: Sonda de un perfilador eléctrico.

En la figura anterior puede observarse los electrodos A, M1, M2 y B. En las próximas secciones se explicara como se realiza la medición del potencial espontáneo y resistividades del suelo con estos electrodos.

Cuando se mide a bajas profundidades (hasta unos 300 metros), la sonda solo consta de los electrodos que hacen el contacto con el lodo. En cambio para profundidades mayores, las sondas no solo constan de los electrodos sino también poseen en su interior un circuito capaz de digitalizar las mediciones del pozo y enviarlos a la superficie mediante sistemas de comunicación digital. Esto permite que parte del procesamiento se produzca dentro de la sonda. También permite enviar datos de varios sensores ubicados en la sonda a la superficie, esto quiere decir que con una simple sonda es posible obtener distintas mediciones del pozo. La digitalización de la sonda disminuye la cantidad de conductores del cable que conecta la sonda a la superficie, reduciendo su costo. Otra ventaja es la mejora de la relación señal-ruido producida por los sistemas de detección y corrección de errores presentes en todo sistema de comunicación digital.

2.2- Cable y carretel


El cable de un perfilador eléctrico de pozos de agua es por lo general de tipo trifilar mallado y con cable acero portante en el interior para que pueda soportar el peso de la sonda y del cable mismo. Una de las ventajas de los cables multipar es la de poder realizar múltiples mediciones eléctricas al mismo tiempo poseyendo mayor resistencia para usar sondas pesadas en pozos profundos.

Estos cables son por lo general caros y deben ser tratados con cuidado si se pretende que tengan un tiempo de vida útil prolongada. Para lograr esto es necesario que se eviten las torceduras y quiebres del cable cuando se lo desenrolla o enrolla. También tiene que limpiarse el cable cuando es enrollado en el carretel luego de haber sido utilizado en fluidos corrosivos.

En el extremo del cable donde se conecta la sonda se encuentra un conector especial, el cual, entre otras cosas, debe evitar que se filtre lodo hacia el interior del cable (esto se consigue hermetizando con o-rings el conector). En caso de haber filtración se producen pérdidas eléctricas y debe ser verificado el estado del cable antes de iniciar el perfilaje. También se debe controlar que no haya conductores abiertos o en corto circuito.

El carretel sirve para poder utilizar y transportar el cable con facilidad y seguridad. Pueden ser manuales o automáticos. En los manuales es el operador el que tiene que desenrollar el cable mediante una manija. Estos solo son aptos hasta profundidades de 200 metros con una sonda liviana.

En cambio, los automáticos poseen un motor que realiza esta tarea y pueden llegar a profundidades mayores que las manuales y soportar el peso de sondas mas pesadas.

La conexión entre el cable en la superficie y el circuito de captura de señal se realiza mediante anillos colectores. Este sistema debe ser periódicamente limpiado ya que puede ocasionar ruido en el registro gráfico.

El cable es guiado dentro del pozo mediante una polea acanalada, ubicado en la superficie, de un diámetro adecuado. El ancho de la ranura de la polea debe ser compatible con el diámetro del cable. La rotación de esta polea es transformada a una señal eléctrica (por medio de algún codificador óptico, electromecánico, etc.) para ser enviada al modulo de grabación. La precisión de este sistema debe ser verificada periódicamente.

Cuando se perfilan pozos de gran profundidad y se utilizan sondas pesadas, se debe tener en cuenta la tensión del cable cuando es desplazado en ambas direcciones. El indicador de tensión puede estar conectado a una alarma audible ajustable para alertar al operador sobre valores de tensión elevados. También puede ser agregado una alarma de profundidad para alertar al usuario cuando se esta llegando al fondo o a la superficie del pozo. Todo esto es útil para que el operador este pendiente de como se desarrolla el perfil y no de que este pendiente de la tensión del cable.

2.3- Módulo de control


El módulo de control esta conformado por los circuitos de medición de los parámetros eléctricos del pozo, lectura de profundidad, fuentes de alimentación, etc. Aquí es donde se realizan la mayoría de los ajustes para la realización de un perfilaje, desde ajustes de ganancia de amplificadores a ajustes de las fuentes de tensión y corriente.

En los instrumentos fabricados en la década de los ochenta, existía un interruptor selector de función que permitía al operador elegir la combinación mas adecuada de módulos, paneles y fuentes de alimentación para graficar cualquier tipo de registro. A veces, también era necesaria la conexión de cables entre módulos y paneles. Un indicador luminoso en cada módulo o panel mostraba si estaban encendidos. Los módulos podían tener controles para el manejo de la corriente y tensión enviada a la sonda; se incluían medidores para corroborar estos ajustes. Adicionalmente, había interruptores para la selección de escalas y de la posición de la aguja en el módulo de graficación.

En la actualidad el control se realiza con electrónica digital microprocesada capaz de seleccionar de manera efectiva valores de corriente y tensión que es enviada a la sonda, selección de escalas, etc. Lo que debe realizar el operador es seleccionar la configuración del equipo mas adecuada para el perfilaje a realizar desde el teclado de un ordenador.

2.4- Módulo de graficación


El módulo de graficación es el encargado de trazar en papel, o algún otro medio, el perfilaje realizado al pozo.

Antes de la era digital, los módulos de graficación eran de tipo pluma y tinta (pen-and-ink) con uno a cuatro plumas, este era el más utilizado para pozos de agua. Estos graficadores eran baratos y las plumas venían en distintos colores, por lo que las trazas podían ser fácilmente distinguibles. Una desventaja de estos graficadores era que la punta de la pluma debía ser limpiada antes de realizar el perfilaje o durante un movimiento corto, ya que había perdidas de tinta en el papel. El número de plumas o de canales era dependiente de la cantidad de registros que se querían trazar simultáneamente.

Los módulos de graficación de un perfilador eléctrico deben tener por lo menos 2 canales para que puedan ser graficados en forma simultánea el potencial espontáneo y resistencia puntual. Cuatro canales permiten dos registros de resistividad normal, un registro de potencial espontáneo y un registro de radiación gamma en forma simultánea si la sonda es apropiadamente diseñada. Cada canal puede tener su propio ajuste de ganancia o atenuación y posicionamiento de la pluma. La ganancia permite al operador ajustar la amplitud de la deflexión de la pluma para una señal entregada por la sonda. El control de posición permite el desplazamiento manual de la pluma en el gráfico sin modificar la ganancia.

El registro en papel esta marcado con divisiones verticales y horizontales dependiendo de los registros que se deben realizar. Para pozos de agua normalmente el tamaño de un registro (en forma horizontal) es de 5 cm para potencial espontáneo y resistencia puntual y de 10 cm para resistividades normales. Los módulos de graficación antiguos no tenían un sistema automático de indicación de profundidad de la sonda, por lo que este trabajo debía ser hecho en forma manual y debía verificarse que la lectura del indicador de profundidad de la sonda debía coincidir con las divisiones del registro gráfico en papel. Los valores en la escala horizontal también debían ser escritos en el momento de la configuración previa al perfilaje, como así también el ajuste la posición de la pluma. La selección de las escalas adecuadas es esencial para obtener la máxima cantidad de información el registro.

Como los títulos del registro no son colocados hasta que se finalice el perfilaje toda información pertinente debe ser escrito en el registro mientras se realiza el perfilaje, incluyendo información del pozo, sonda, ajuste de módulos, velocidad de perfilaje y calibraciones. Los títulos del registro pueden ser usados como recordatorio para asegurar que toda la información pertinente fue anotada.

Los módulos de graficación en la actualidad son digitales, toman los datos digitalizados por el módulo de control, los procesa y los muestra por una pantalla o en papel. El formato del registro gráfico es el mismo que los de tipo analógico. La gran ventaja de estos sistemas es que se consigue una mejor calidad de dibujo, ya que se eliminan la mayoría de los problemas que ocasionan los módulos de graficación de tipo lápiz y tinta. Los datos de configuración, tales como ganancia, calibración, etc. pueden ser guardados en un archivo para su posterior análisis o ser enviados a otras personas vía email.

3- Realización de un perfil eléctrico (Norma ASTM 5753)


En esta sección se describe brevemente el proceso de realización de un perfilaje teniendo en cuenta la norma ASTM 5753. Para una completa referencia de la norma ver el anexo N01.

La norma ASTM 5753 cubre la documentación y procedimientos generales para planificar y conducir un programa de registro geofísico aplicado comúnmente a investigaciones geológicas, ingenieriles y de agua subterránea.

En primer lugar se debe tener un plan de trabajo. Los pasos para realizar un plan de desarrollo de un perfilaje debe presentar lo siguiente:
  • Selección del registro a realizar: en este caso el registro a realizar es de tipo eléctrico.
  • Selección del personal: El personal que realice esta tarea debe estar capacitado sobre la teoría, procedimientos de campo y métodos de interpretación del registro de perfil. Un geólogo con experiencia debe estar presente en el programa para realizar la interpretación de los registros obtenidos.
  • Control de calidad y documentación: Se debe tener presente la documentación del perfil realizado, calibraciones y estandarizaciones hechas al equipamiento, configuraciones del equipamiento, condiciones de perforación (profundidad, diámetro, fluido de perforación, etc.). Se debe realizar el control de calidad de todos los datos obtenidos en todo el proceso de perfilaje.
  • Procedimientos de calibración y estandarización: Se debe realizar la calibración y estandarización del equipamiento cada vez que se cambie o repare algún componente de importancia del perfilador (sonda, cable, etc.). También deben realizarse en intervalos periódicos de tiempo.
  • Responsabilidad del equipamiento: Es responsabilidad del usuario de esta norma establecer las pautas de seguridad y responsabilidad del equipamiento por perdidas de alguna de las partes (sondas, materiales radiactivos en perfiladores nucleares).
  • Limpieza del equipamiento: La limpieza del equipo debe ser tenida en cuenta por que el fluido de la perforación o algún otro contaminante que pueda degradar partes del equipo.

Otro de los puntos a tener en cuenta es la asistencia de campo de las condiciones de perforación. En este caso las condiciones de la perforación tienen una gran influencia en la calidad del registro final o en su interpretación. Para ello se debe tener presente las condiciones de su construcción. En general son:
  • Métodos de perforación.
  • Evolución de la perforación.
  • Propiedades del fluido de perforación (resistividad, temperatura, densidad y viscosidad.
  • Diámetro de la perforación, rugosidad y estabilidad.
  • Desviación de la perforación.
  • Presión en el trepano.

Por ultimo se realizan las operaciones de registrado del perfil del pozo. Se realiza lo siguiente:
  • Determinar en el que bajan las sondas por la perforación (para este caso solo la sonda para perfil eléctrico).
  • Seleccionar las profundidades de referencia las cuales deben ser estables y accesibles.
  • Seleccionar escalas horizontales y verticales.
  • Seleccionar el intervalo de digitalización.

4- Métodos de medición


A continuación se detallan los métodos empleados por un perfilador eléctrico para realizar el perfil eléctrico de un pozo. Los métodos más utilizados son las mediciones del potencial espontáneo, resistencia puntual, resistividad normal corta y normal larga.
Se indicara en cada caso principio, unidades, instrumentación, radio de investigación, aplicación, perturbaciones y calibración.

4.1- Potencial espontáneo


La curva de potencial espontáneo SP es un registro del potencial que se genera, en forma natural, por contacto del lodo con la pared del pozo. El potencial espontáneo es función de las actividades químicas de los fluidos en la perforación y rocas adyacentes, la temperatura, y del tipo y cantidad de arcilla presente; no esta directamente relacionada con la porosidad y permeabilidad. Se mide en voltios [V] entre -1,5 V y 1,5 V.

Es el mas antiguo de todos los registros y es un estándar en todos los perfiladores eléctricos.

Principio
El potencial espontáneo tiene un origen de tipo electroquímico y electrocinético.
  • Potencial electroquímico: es el más importante y es originado por el movimiento de iones desde soluciones concentradas hacia soluciones diluidas. Se subdivide en potenciales de membrana o de contacto de líquidos. Los potenciales de membrana se desarrollan cuando iones se migran del agua de la formación a la pizarra adyacente al líquido de la perforación. Los potenciales de contacto de líquidos son los desarrollados entre el líquido filtrado del lodo en la zona invadida y el agua de la formación.
  • Potencial electrocinético: son los de menor importancia, y pueden llegar a ser despreciados. Pueden cambiar la magnitud y dirección de la curva bajo ciertas circunstancias. Son causados por el movimiento del lodo hacia o desde las paredes del pozo. Se produce un movimiento de iones por la diferencia de presión existente entre el lodo y el medio permeable, lo que origina un potencial. Si hay movimiento del lodo hacia el medio permeable (pozo) los potenciales generados son negativos. Si el agua de la formación fluye hacia el lodo, el potencial originado es positivo.

Instrumentación
La instrumentación necesaria para realizar la medición del potencial espontáneo consta de un electrodo ubicado en la punta de sonda conectado a través de un milivotímetro a un segundo electrodo ubicado en la superficie. Los electrodos de contacto están hechos con materiales relativamente estables como plomo o acero inoxidable. En el siguiente gráfico puede observarse un esquema de conexión para la medición del potencial espontáneo.
 


Figura 1.3: Esquema de conexión para la medición del potencial espontáneo.

Radio de investigación
El radio de investigación de la sonda de potencial espontáneo es variable, porque depende de la resistividad y del espesor de las capas.

Calibración
La calibración del medidor de potencial espontáneo puede realizarse conectando entre los electrodos A y B una fuente de tensión continua precisa del orden de los milivoltios de cualquier tipo. Estas fuentes, las cuales contienen una batería y resistencia selectoras, están disponibles específicamente para calibrar este tipo de medidor, o pueden ser fabricadas en forma sencilla.

La precisión de alguno de estos calibradores puede no ser mayor que el 10%; lo que se considera más que suficiente para esta aplicación.

Perturbaciones
Los registros de potencial espontáneo son más afectados por perdidas de corriente eléctrica y por problemas del equipo que la mayoría de los otros registros. Estas perturbaciones producen ruido y deflexiones anormales en los registros. La malla del cable puede magnetizarse y producir oscilaciones en los registros. Se puede aliviar este problema recubriendo el cable con algún material aislante cerca del electrodo de superficie el cual esta descubierto. Perdidas de corriente, incluso de rayos que caen a largas distancias o de tormentas magnéticas, pueden dejar sin utilidad el registro de potencial espontáneo.

Un aumento del diámetro de perforación o profundidad de invasión del lodo a la pared del pozo disminuye la magnitud del potencial espontáneo registrado. Obviamente que cambios en la profundidad de invasión en el tiempo también produce cambios en el registro. Es por esto que el perfil del pozo debe ser realizado en el momento de haber terminado de perforar el pozo.

Aplicaciones
Con el registro de potencial espontáneo es posible determinar:
  • Las capas permeables.
  • Localizar sus límites.
  • Relacionar tales capas.

Un análisis de la circulación de la corriente demuestra que los límites de las capas litológicas son localizados en los puntos de inflexión de la curva de potencial espontáneo. Con esto se puede determinar el espesor de la capa con un perfilaje de potencial espontáneo.

La gran limitación del registro de potencial espontáneo en estudios de pozo de agua es el rango considerable de diferencias de salinidad que existe entre el líquido de la perforación y el líquido de la formación. Esto es por que a lo largo del pozo la salinidad del lodo varía y no es posible determinar con exactitud el valor salinidad del pozo de agua.

4.2- Resistencia puntual


La curva de resistencia puntual SPR es un registro de la resistencia medida entre un electrodo A en la sonda y un electrodo B en la superficie del pozo. No es utilizado para una interpretación cuantitativa pero son excelentes para información litológica. El equipamiento para realizar este tipo de medición esta disponible en la mayoría de los perfiladores de pozos de agua, no así para los perfiladores de pozos de petróleo.

Principio
El principio básico de medición lo provee la ley de Ohm según la siguiente ecuación:
Donde ΔV es la diferencia de potencial en voltios entre los electrodos A y B; I es la corriente en amperes que circula entre los electrodos A y B. R es la resistencia puntual medida en Ohm [Ω].

Instrumentación
La medición de la resistencia puntual se consigue inyectando una corriente entre un electrodo A en la sonda y un electrodo B en la superficie y midiendo la diferencia de potencial que se produce entre dichos electrodos.

La corriente que es inyectada tiene que ser de tipo alterna de amplitud constante. Si la corriente fuese de tipo constante se superpondría con el potencial espontáneo y se dificultaría la medición de ambos. La corriente alterna tiene la gran ventaja de que puede filtrarse con mucha facilidad y así eliminar señales que no deseemos como ser ruidos, potencial espontáneo, corrientes industriales, etc. Y, además, la fuente de corriente alterna no necesita ser tan potente como la de corriente continua.

Para medir resistencia puntual puede utilizarse el mismo electrodo de potencial espontáneo en la sonda, pero debe filtrarse la señal alterna de medición de resistencia y la señal continua de potencial espontáneo. Esta configuración es representada en la siguiente figura y fue utilizado como base para el diseño de los medidores de potencial espontáneo y resistencia puntual.


Figura 1.4: Sistema para medir en forma simultánea potencial espontáneo y resistencia puntual. Tomada de [3].

Con este esquema de conexión se puede medir en forma independiente el potencial espontáneo de la resistencia puntual. Ambos medidores son milivoltímetros pero uno de continua y otro de alterna para potencial espontáneo y resistencia puntual, respectivamente. La tensión medida por el milivotímetro de alterna es luego convertida a resistencia dividiendo el valor de corriente que es generada por la fuente de corriente, representada a la derecha de la figura.

Radio de investigación
El radio de investigación de este registro es pequeño, de unos 5 a 10 veces el diámetro del electrodo. Cuando a una perforación en rocas resistivas se rellena con un fluido salino, la mayoría de la corriente fluirá por la perforación. Bajo estas condiciones, valores finos de resistividad serán difíciles de identificar en el registro. Para reducir este efecto, la sonda debe tener electrodos de mayor longitud para producir más señal de las rocas y menos de la perforación.

Calibración
La calibración de este registro puede ser realizado usando resistencias fijas o variables conectadas a los electrodos A y B. Puede utilizarse el mismo calibrador del registro de potencial espontáneo apagando la batería y utilizando las resistencias en su interior, que pueden ser determinadas con un multímetro.

Perturbaciones
El registro de resistencia puntual es afectado por la mayoría de los mismos fenómenos externos o del equipo que produce ruido en los registros de potencial espontáneo. También es afectado por suciedad que puedan tener los anillos colectores.

Un problema común que se presenta en este tipo de registro es el ruido de línea que puede ser evitada colocando un filtro en el sistema de adquisición. Para reducir aun más este efecto, la frecuencia de la fuente de corriente no debe ser cercana a la frecuencia de línea. Si el filtro es pasa banda se pueden reducir no solo la frecuencia de la línea sino también otras frecuencias que dificulten la medición.

Este registro es mayormente afectado por cambios en el diámetro de perforación, en parte por el pequeño radio de investigación. Un incremento del diámetro de perforación aumenta la sección transversal del flujo de corriente porque el lodo de perforación es más conductivo, reduciendo así la resistencia aparente medida. Este efecto puede ser utilizado para localizar fracturas en la perforación.

Aplicaciones
El registro de resistencia puntual proporciona información del pozo de tipo cualitativa, ya que la resistencia medida es la suma de la resistencia del cable del perfilador con la resistencia de los materiales atravesados, y es función del diámetro de perforación. Resulta especialmente útil para tareas de identificación litológica, calidad de agua y localización de zonas fracturadas.

Tiene la una ventaja considerable en relación a los registros de resistividades normales por que la curva se desvía en la dirección apropiada en respuesta a la resistividad de los materiales adyacentes al electrodo, sin importar el espesor de la capa, y por esto tiene una muy buena resolución vertical.

4.3- Resistividades normales


La curva de resistividades normales es un registro de las distintas resistividades del pozo con el fin de informar distintas características del medio. Este método, al igual que los anteriores, puede realizarse si en el pozo se dispone de un lodo conductor para que haya contacto entre la sonda y las paredes del pozo. Es el más utilizado de los registros eléctricos. Puede ser interpretado cuantitativamente cuando son adecuadamente calibrados en ohm-m. Este tipo de registro mide resistividad aparente, si se desea obtener el valor de resistividad verdadero, hay que aplicar factores de corrección. Este tipo de medición esta disponible en todos los perfiladores eléctricos de pozo de agua.

Principio
Los registros de resistividad normal se obtienen mediante 4 electrodos denominados A, B, M y N. Por los electrodos A y B se inyecta una corriente alterna de amplitud constante y se mide la diferencia de potencial producida en M y N. En la siguiente figura puede observarse el diagrama de conexión.

Figura 1.5: Diagrama de conexión para la medición de resistividad normal

La resistividad aparente se calcula con la siguiente ecuación:

En donde ΔV es la diferencia de potencial en voltios medida entre los electrodos M y N. I es la corriente en amperes inyectada entre los electrodos A y B. ρ es la resistividad aparente en Ohm-metros [Ohm-m]
K es un factor que depende de la posición relativa de los electrodos, se mide en metros [m], y es igual a:

En la práctica, la distancia AM es mucho menor que las distancias AN, BM y BN, aplicando esta aproximación en la ecuación anterior, la resistividad queda:

La distancia AM es denominada espaciado de la sonda normal, se mide en metros [m]. La resistividad aparente calculada se encuentra en un punto O en el centro de AM.

Normalmente se miden dos tipos resistividades normales, una normal corta y otra normal larga. La diferencia entre ambas es que la medición de resistividad corta se realiza con una distancia AM = 16” = 0,4064 m y la medición de resistividad normal larga a una distancia AM = 64” = 1,6256 m. En la sonda se tiene un electrodo A y dos electrodos M denominados M1 y M2 para resistividad normal corta y larga, respectivamente. En la figura 1.2 puede verse esta disposición de electrodos.

El electrodo B se encuentra conectado en superficie en contacto con tierra por medio de una jabalina y el electrodo N en el lodo conductor en la base del pozo.

Tener dos registros de resistividad normal es de gran interés ya que al comparar ambos registros se pueden descubrir con facilidad las capas porosas y permeables invadidas por el lodo. La resistividad aparente de las capas gruesas permeables es próxima a la resistividad verdadera de la zona invadida en la normal corta y a la resistividad verdadera de la capa en la normal larga.

Instrumentación
La medición de la resistividad normal se realiza, como se explico anteriormente, con 4 electrodos denominados A, B, M, y N. Por los electrodos A y B se inyecta una corriente alterna de amplitud constante. El electrodo A se ubica en la punta de la sonda y el electrodo B en la superficie. Por los electrodos M y N se mide una diferencia de potencial. El electrodo M se ubica en la sonda al igual que el electrodo A, pero a una distancia de 16” o 64” según sea resistividad normal corta o larga, respectivamente. El electrodo N se ubica en la superficie y el electrodo B en contacto con el lodo del pozo.

Los electrodos que están en superficie pueden estar ubicados en distintas posiciones. Normalmente, el electrodo B esta en contacto con tierra y el electrodo N en contacto con el lodo del pozo. Esta configuración es ventajosa por que se eliminan ciertos efectos de capacidad e inducción debido a los cables conductores. Algunos equipos permiten intercambiar estos electrodos.

Radio de investigación
El volumen de investigación de este registro es considerado como una esfera de radio igual al espaciado AM, pero este radio puede variar en función de la resistividad y espesor de la capa.

Las sondas de medición normal corta son capaces de medir solo la zona invadida por el lodo conductor y las sondas de medición normal larga son capaces de medir tanto la zona invadida como la zona donde el agua de formación esta presente.

Calibración
La calibración de este registro puede ser realizada conectando los electrodos A, B, M1, M2 y N como se observa el siguiente circuito esquemático.

Figura 1.6: Esquema de conexión para la calibración del registro de resistividad normal

Las resistencias R son de 100 Ω y son empleadas para simular la resistencia de contacto entre los electrodos y el lodo conductor. La resistencia Req es empleada para calibrar al equipo. El valor de Req es ingresado en una ecuación y el resultado debe coincidir con el valor de resistividad medido por el perfilador.

Teniendo en cuenta la ecuación de calculo de la resistividad normal aparente anteriormente vista, la formula puede ser rescrita de la siguiente forma.
 
Con esta ecuación puede encontrarse el valor de resistividad que debe indicar el equipo al conectar una resistencia Req. Se puede variar el valor de Req y controlar que el equipo este indicando un valor de resistividad acorde a la ecuación presentada. Antes de realizar el perfilaje es bueno controlar dos o mas valores de resistividad tanto en el registro normal corta como el largo.

Con este sistema se puede armar una placa con las resistencias de 100 Ω y distintos valores de Req para corroborar la calibración del equipo antes de realizar el perfilaje. Puede armarse junto con los sistemas de calibración de los registros de potencial espontáneo y resistencia puntual.

Perturbaciones
El registro de resistividades normales es afectado por algunos de los problemas de instrumentación que afecta al registro de resistencia puntual, estos problemas normalmente aparecen como ruido u oscilaciones periódicas en los registros. El ruido de línea es el más común.

La respuesta de la resistividad normal larga es afectada por el espesor de las capas, este problema puede hacer al registro muy difícil de interpretar. Por ejemplo, si el espesor de una capa es varias veces mayor al espaciado AM (unas 6 veces o mas) la resistividad aparente medida se aproxima, pero nunca iguala, a la resistividad verdadera. En cambio, si el espesor de la capa es igual o menor al espaciado AM el registro no indica el correcto espesor de capa, y se producen anomalías justo antes de un cambio de capa (por ejemplo de arcilla a piedra caliza). Estos fenómenos pueden ser vistos en la siguiente figura, tomada de [3].
 
Figura 1.7: Relación el entre espaciado AM y espesor de capas para resistividades normales

En la figura superior se puede observar el primer fenómeno en donde el espaciado AM es mucho menor al espesor de la capa. En la figura inferior el efecto contrario. Las curvas continuas representan la resistividad teórica de la capa y la curva de línea punteada representa la resistividad obtenida.

Aplicaciones
La aplicación más importante de los registros de resistividad normal en hidrología de agua subterránea es para determinar la calidad de agua. Como estos registros representan resistividades aparentes, si se desea calcular el valor de resistividad verdadero hay que considerar ciertos factores de corrección.

Estos factores son resistividad de la zona invadida (Ri), diámetro de la zona invadida (Di), resistividad del lodo (Rm), diámetro de perforación (d), ancho de separación de capas litológicas (h), resistividad de las capas litológicas adyacentes y la separación AM. También hay factores de temperatura pero su uso es aplicado en ciertos casos. Estos factores se encuentran ya tabulados y es el geólogo el encargado de determinar cuales serán los factores a utilizar.

Teniendo ya el valor verdadero de resistividad, se pueden obtener los valores de porosidad y salinidad de agua de las capas que determinan la calidad del agua a extraerse del pozo.

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