Tesis de doctorado: Estudio de la fisilidad en la formación Vaca Muerta en superficie y subsuelo : impacto en las propiedades petrofísicas y mecánicas del reservorio no convencional
Fecha
2023
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Resumen
La fisilidad es la capacidad de ciertas rocas de grano fino de partirse a lo largo de superficies suaves paralelas a la estratificación. Es una propiedad estructural que se expresa en afloramiento gracias a los procesos de meteorización que promueven la ruptura de la roca aprovechando planos de debilidad preexistentes. El grado de fisilidad de una roca influye en características petrofísicas como la porosidad y la permeabilidad, así como en
propiedades geomecánicas, como su resistencia y anisotropía. En consecuencia, esta propiedad puede influir en la eficiencia del fracturamiento hidráulico de un play no convencional tipo shale como la Formación Vaca Muerta. Si bien los estudios de la fisilidad se remontan hacia fines del siglo XIX, los mecanismos que controlan su desarrollo siguen siendo motivo de debate. La mayoría de los autores sostiene que la fisilidad es consecuencia de la abundancia de minerales arcillosos y su orientación paralela a la estratificación. Otros estudios desestiman la importancia de la fábrica
horizontal y proponen a la existencia de una fina laminación como el factor de primer orden en el desarrollo de la fisilidad. En el presente estudio se identificaron los principales controles en el desarrollo de la fisilidad a escalas macro- a microscópica en la Formación Vaca Muerta, Cuenca Neuquina,
Argentina. Para ello se integraron datos provenientes de afloramientos (en donde esta propiedad tiene su máxima expresión) con datos de subsuelo (en donde se explota esta Formación como un reservorio no convencional). En ambos casos, se estimó el grado de fisilidad de las rocas desarrollando metodologías semicuantitativas y no destructivas. Para la caracterización de la fisilidad en afloramiento se generó una curva de densidad de planos de fisilidad a partir del conteo de dichos planos en 5 centímetros en dirección perpendicular a los mismos. En el caso de las rocas de subsuelo, se generó el denominado índice DAD (Drying Alcohol Discontinuities) compuesto por cuatro clases de distinto grado de fisilidad. Las rocas con diferente grado de fisilidad fueron estudiadas en términos de su composición y fábrica a través de secciones petrográficas, Difracción y Fluorescencia de Rayos X y estudios de geoquímica orgánica junto con datos provenientes de perfiles de pozo e imágenes de pozo. A su vez, se incluyeron estudios petrofísicos y ensayos geomecánicos de laboratorio a fin de analizar el impacto de la fisilidad en su calidad como roca reservorio y en el comportamiento mecánico de la roca. Por último, se desarrolló un modelo capaz de predecir el índice DAD utilizando perfiles e imágenes de pozo a partir de la clasificación supervisada. El algoritmo utilizado fue el Multi-Resolution Graph-based Clustering (MRGC) en un flujo iterativo testeando múltiples combinaciones de curvas a fin de encontrar aquellas que permitieran discriminar las distintas clases de fisilidad con mayor eficiencia. Como resultado, se obtuvo un modelo utilizando perfiles representativos de la composición (Gamma Ray y factor fotoeléctrico), de la textura de la roca (resistividad somera) y de la respuesta mecánica de la roca (perfil sónico). Posteriormente, se construyó un segundo modelo incorporando la información de la imagen microresistiva permitiendo una mejora sustancial en la predicción particularmente de los intervalos de alta a muy alta fisilidad. De esta manera, se demuestra la importancia de utilizar información con una resolución vertical comparable con la variabilidad vertical de la propiedad modelada. Los principales controles del grado de fisilidad de una roca están estrechamente vinculados con condiciones depositacionales tales como la composición del sedimento, el contenido de carbono orgánico total (COT) y mecanismo de depositación, dando lugar a una fisilidad
primaria. A su vez, el desarrollo de la fisilidad puede estar condicionada por la historia de soterramiento, por procesos tales como la compactación mecánica o el crecimiento de minerales secundarios, resultando en una fisilidad secundaria. En consecuencia, es posible analizar y, en última instancia, predecir esta propiedad desde el punto de vista de la estratigrafía secuencial, tanto a escala de las parasecuencias como en distintos órdenes de ciclos transgresivo-regresivos. Las rocas presentan una máxima fisilidad hacia la base de las parasecuencias y cerca de las superficies de máxima inundación, mientras que los términos de menor o nula fisilidad se encuentran hacia el tope de las parasecuencias y hacia el fin de
los hemiciclos regresivos. Las rocas altamente físiles se caracterizan por su mayor contenido de materia orgánica y material silicoclástico, moderada a alta densidad de laminación y bajos tenores de carbonatos. En contraste, las rocas de baja fisilidad a masivas poseen altos valores de carbonatos, bajos contenidos de materia orgánica y material silicoclástico, y en ocasiones pueden presentar una intensidad de bioturbación muy elevada. La fisilidad muestra una correlación positiva con la porosidad y permeabilidad, mientras que su relación con la densidad es inversa. Los ensayos de laboratorio geomecánicos muestran que, a mayor fisilidad la roca se vuelve más anisotrópica y dúctil y menos rígida, poniendo en evidencia la importancia de tener esta propiedad en cuenta a la hora de estimularla hidráulicamente.
Descripción
Palabras clave
FISILIDAD, HETEROGENEIDAD, DISCONTINUIDAD, PETROFÍSICA, SUPERFICIE, MECÁNICA