Diagrama de Stiff en Excel: Analizando la Química del Agua
Construye paso a paso el diagrama que revela el tipo de agua de tus pozos
Yacimientos
Química del Agua
Excel
Aprende a construir un Diagrama de Stiff desde cero en Excel. Identifica tipos de agua, detecta mezclas y analiza el comportamiento del yacimiento comparando la composición iónica de tus pozos.
¿Qué es el Diagrama de Stiff?
El Diagrama de Stiff (1951) es una representación gráfica de la composición química del agua de formación. Cada muestra de agua genera un polígono característico — como una huella digital — que representa visualmente la concentración de iones disueltos.
Se utiliza para:
- Identificar tipos de agua (clorurada sódica, bicarbonatada cálcica, etc.)
- Detectar mezclas entre agua de formación y agua de inyección
- Comparar pozos y zonas dentro del mismo yacimiento
- Monitorear cambios en la química del agua producida a lo largo del tiempo
¿Por qué es útil en ingeniería de yacimientos?
Si un pozo empieza a producir agua con un diagrama de Stiff diferente al original, puede indicar invasión de agua de otro intervalo, comunicación entre zonas, o avance del acuífero. Es una herramienta de vigilancia poderosa y subestimada.
Estructura del Diagrama
El Stiff usa 4 pares de iones organizados en filas horizontales. Los cationes van a la izquierda y los aniones a la derecha, creando una figura simétrica tipo espejo:
| Fila | Catión (izquierda) | Anión (derecha) |
|---|---|---|
| 1 | Na⁺ (Sodio) | Cl⁻ (Cloruro) |
| 2 | Ca²⁺ (Calcio) | HCO₃⁻ (Bicarbonato) |
| 3 | Mg²⁺ (Magnesio) | SO₄²⁻ (Sulfato) |
| 4 | Fe²⁺ (Hierro) | CO₃²⁻ (Carbonato) |
Conversión a meq/L
Las concentraciones del análisis de agua generalmente vienen en mg/L (ppm). Para el Stiff necesitas convertirlas a miliequivalentes por litro:
\[meq/L = \frac{mg/L \times Valencia}{Peso\ molecular}\]
Ejemplo para Na⁺: si tienes 5,000 mg/L → \(\frac{5000 \times 1}{23} = 217.4\) meq/L
Los Datos de Ejemplo
Trabajamos con análisis de agua de 3 pozos de la hoja Diagrama stiff_EI del archivo Excel adjunto. Los datos ya están en meq/L:
| Pozo | Fecha | Na⁺ | Ca²⁺ | Mg²⁺ | Fe²⁺ | Cl⁻ | HCO₃⁻ | SO₄²⁻ | CO₃²⁻ | Salinidad (ppm) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| POZO-1 | Jul 2009 | 275.04 | 13.42 | 4.24 | 2.73 | 256.18 | 31.45 | 7.81 | 1.00 | 14,882 |
| POZO-2 | Ago 2009 | 173.60 | 6.24 | 3.65 | 0.98 | 152.11 | 20.41 | 11.97 | 1.00 | 8,874 |
| POZO-3 | Sep 2017 | 560.00 | 23.00 | 14.50 | 1.00 | 560.63 | 26.67 | 10.67 | 1.00 | 31,861 |
Paso 1 — Organizar la tabla de datos en Excel
Lo primero es organizar los datos con el formato correcto. En la hoja de Excel necesitas:
- Fila 1: Los valores de Y para el gráfico →
1, 2, 3, 4(uno por cada par de iones) - Fila 2: Encabezados →
Pozo | Fecha | Na | Ca | Mg | Fe | Cl | HCO3 | SO4 | CO3 | Salinidad - Filas 3-5: Datos de cada pozo en meq/L
La celda C1 contiene y como referencia, y las celdas E1:H1 contienen 1, 2, 3, 4 que serán las coordenadas verticales del gráfico (una por cada par de iones: Na-Cl, Ca-HCO₃, Mg-SO₄, Fe-CO₃).
Paso 2 — Crear el gráfico de dispersión con líneas
El diagrama de Stiff se construye usando dos gráficos de dispersión con líneas (XY Scatter with Straight Lines) superpuestos en uno solo:
- Uno para los cationes (lado izquierdo)
- Otro para los aniones (lado derecho)
Para el primer pozo (POZO-1):
- Selecciona los datos de los cationes como eje X: Na=275.04, Ca=13.42, Mg=4.24, Fe=2.73
- Selecciona los valores Y correspondientes: 1, 2, 3, 4
- Insertar → Gráfico de Dispersión → Dispersión con líneas rectas y marcadores
- Repite el proceso para los aniones: Cl=256.18, HCO₃=31.45, SO₄=7.81, CO₃=1.00 con los mismos valores Y
Paso 3 — Clave del método: El efecto espejo
Aquí está el truco que hace funcionar todo:
- Los cationes se grafican en orden inverso → se invierte el eje X para que los valores crezcan hacia la izquierda
- Los aniones se mantienen en orden normal → valores crecen hacia la derecha
- Al combinar ambos, se crea la figura tipo espejo característica del Stiff
Para invertir el eje X de los cationes:
- Click derecho sobre el eje X → Formato de eje
- En Opciones del eje → marcar ✅ “Valores en orden inverso”
- En el mismo menú → marcar ✅ “Escala logarítmica” (base 10)
- Establecer Mínimo = 0.1 y Máximo = 1000
Paso 4 — Combinar cationes y aniones en un solo gráfico
Para lograr el efecto espejo completo en un solo gráfico de Excel:
Método 1 — Dos gráficos alineados (el más fácil):
- Crea un gráfico de dispersión con los cationes → invierte el eje X (paso anterior)
- Crea otro gráfico de dispersión con los aniones → eje X normal
- Redimensiona ambos gráficos al mismo alto y elimina los márgenes internos
- Colócalos lado a lado perfectamente alineados
- Agrega cuadros de texto con los nombres de los iones: Na⁺, Ca⁺, Mg⁺, Fe⁺ a la izquierda y Cl, HCO₃, SO₄, CO₃ a la derecha
Paso 5 — Agregar más pozos al diagrama
Para comparar pozos, simplemente agrega más series al mismo gráfico:
- Click derecho en el gráfico → “Seleccionar datos” → Agregar
- Agregar los cationes del POZO-2 como nueva serie (Valores X = Na, Ca, Mg, Fe del POZO-2; Valores Y = 1, 2, 3, 4)
- Agregar los aniones del POZO-2 como otra serie
- Repetir para el POZO-3
- Asignar colores consistentes → mismo color para cationes y aniones del mismo pozo
Colores sugeridos:
| Pozo | Color |
|---|---|
| POZO-1 | Azul |
| POZO-2 | Naranja |
| POZO-3 | Gris |
Paso 6 — Formato final y presentación
Para que el gráfico quede profesional:
- Título: “Diagrama Stiff” o “Diagrama de Stiff — Campo [Nombre]”
- Etiquetas de iones: Agregar cuadros de texto con Na⁺, Ca⁺, Mg⁺, Fe⁺ (izquierda) y Cl, HCO₃, SO₄, CO₃ (derecha)
- Leyenda: Mostrar solo el nombre de cada pozo (no las series individuales de cationes/aniones)
- Gridlines: Líneas de cuadrícula verticales en escala log (1, 10, 100, 1000)
- Eje Y: Ocultar los valores numéricos — las etiquetas de iones los reemplazan
- Línea central: Si usas un solo gráfico, insertar una línea vertical en el centro para separar cationes de aniones
Interpretación del Diagrama
Cada forma de polígono tiene un significado geológico:
| Forma del polígono | Tipo de agua | Interpretación |
|---|---|---|
| Ancho arriba (Na⁺-Cl⁻ dominante) | Clorurada sódica | Salmuera de formación profunda, agua connata |
| Ancho al centro (Ca²⁺-HCO₃⁻) | Bicarbonatada cálcica | Agua meteórica, recarga, formaciones someras |
| Simétrico/equilibrado | Mezcla | Posible mezcla de aguas |
| Ancho abajo (Mg²⁺-SO₄²⁻) | Sulfatada magnésica | Agua de mar o inyección de agua marina |
Para nuestros 3 pozos:
- POZO-1: Dominancia Na⁺-Cl⁻ (275 y 256 meq/L) → agua clorurada sódica, típica de formación profunda. Salinidad: 14,882 ppm.
- POZO-2: También Na⁺-Cl⁻ dominante pero con menor concentración (174 y 152 meq/L) → misma familia de agua pero más diluida. Salinidad: 8,874 ppm.
- POZO-3: Na⁺-Cl⁻ muy alto (560 meq/L en ambos) → salmuera concentrada, la más salina de los tres. Salinidad: 31,861 ppm.
Los tres pozos producen agua del mismo tipo (clorurada sódica) pero con diferentes concentraciones, lo cual sugiere que están en la misma unidad hidrogeológica pero con diferente grado de concentración o dilución.
Aplicaciones en Ingeniería de Yacimientos
1. Vigilancia de waterflood: Compara el Stiff del agua producida vs el agua de inyección. Si la forma del polígono cambia, el frente de inyección está llegando al pozo.
2. Diagnóstico de comunicación: Si un pozo en la zona A produce agua con el Stiff de la zona B, puede haber comunicación detrás del casing o por fracturas naturales.
3. Monitoreo temporal: Haz un Stiff por trimestre del mismo pozo. Si la forma cambia progresivamente, el tipo de agua está cambiando (mezcla creciente con otra fuente).
4. Complemento del WOR: El WOR te dice cuánta agua produces. El Stiff te dice qué tipo de agua es. Juntos son un diagnóstico mucho más completo.
Descarga
- 📥 Graficos_Stiff.xlsx — Archivo de Excel con los datos y gráficos de ejemplo
Referencias
- Farías Rodríguez, L., & Merola Pilerci, V. (2014). Propiedades de los fluidos del yacimiento. Editorial Reverté.