GEOMECANICA APLICADO A PERFORACIÓN

ING. CRISTINA CAVEROJUNIO, 2016

Donde requerimos la mecánica de rocas?

Aplicaciones en la industria PetroleraEstabilidad de pozo

Predicción de arenamiento

Fracturamiento hidráulico

Optimizacion de la perforación

Determinacion de esfuerzos en el reservorio

Flujo de trabajo de Modelo Geomecanico 1D

Flujo de trabajo -Schlumberger

Ventana de Lodos

Ref: International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences

Modos de Falla en la cara del pozo

Tipo de fallas más comunes en la pared del pozo

Problemas de inestabilidad INDICADORES: PRESENCIA DE CAVINGS • Los derrumbes son fragmentos de roca producidos por

inestabilidad de agujero y transportados a la superficie en el fluido de perforacion.

• Derrumbes tipicos son fragmentos de ~1cm., pero pueden variar en tamano de 1mm a mas de 10cm.

• Pequenos derrumbes, llamados clay rings se forman desprendiendose de derrumbes lutiticos de mayor tamano (por hinchamiento de las arcillas).

• Derrumbes de mayor tamano son producidos de formaciones naturalmente fracturadas. Estos se encuentran contenidos en planos naturalmente fracturados.

MW

Problemas de inestabilidad de pozo

Splintered Cavings

Angular Cavings Tabular Cavings

• Mas de un tipo de caving puede ser observado en la perforacion de una seccion del pozo

• Se determina el modo de falla y cual de ellos es el mas problematico y se realizar la apropiada mitigacion.

• Es importante monitorear el volumen de la produccion de cavings, sin embargo no requiere un cambio inmediato del plan.

• Se requiere esperar y revisar practicas operacionales junto con la ventana de estabilidad del pozo y comunicarlos al Ing. Geomecanico por un posible incremento de peso de lodo o con el Ing. De Lodos por un posible cambio en la química del lodo.

Problemas de Inestabilidad: Cavings Splintery

Tipo de caving:• Splintery Cavings son producidos cuando el

pozo se encuentra bajo balance con respecto a la presion de pozos, principalmente en lutitas sobreprezurisadas.

Caracteristicas:• Los cavings son alargados y filudos. Cavings

puede ser pequenos de rocas fragiles, formaciones muy duras. Cavings pueden ser mas alargados en planos de capa debiles.

Mitigación:• Indicador de inestabilidad de pozo por

encontrarse bajo balance. Incrementar el peso de lodo como una solucion. Reducir ROP podria reducir el volumen de cavings splintery si es que se sospecha que pueden haber sido producidos por un alto ROP.

Problemas de Inestabilidad: Cavings Angular

Tipo de caving:• Cavings Angular es producido por la falla por

corte en las paredes del pozo. Cuando estos recortes se encuentran frescos, los cavings provienen de breakouts.

Caracteristicas:• Los cavings son de forma angulosa o triangular.

Una parte del caving puede ser curva, correspondiendo a la parte del corte de la circunferencia del hoyo.

Mitigación:• Incrementar el peso de lodo si la ventana de lodo

lo permite. Revisar el limite de gradiente de fractura.

• Si la gradiente de fractura se encontrar muy cerca, se procedera a mitigar con procedimientos de perforacion o aditivos estabilizantes.

• Buena practica de limpieza de hoyo y minimizar las vibraciones

Problemas de Inestabilidad: Cavings Tabulares

Tipo de caving:• Cavings tabulares se producen al perforar planos

debiles pre-existentes. Caracteristicas:• Superficies muestran planos debiles pre-

existentes• Suelen tener una o mas superficiles paralelas• Superficien tienen a ser suaves y planas• La falla inicia en el lado alto del agujero al

perforar casi paralelo a un plado debilMitigación:• Mantener densidad de lodo• Minimizar perdidas de circulacion• Usar aditivos obturantes• Evitar sacando rotando (Back reaming)• Mejorar Limpieza del agujero• Evitar vibraciones de sarta y altas RPM

Problemas de Pérdidas de circulación

Causa:• Las perdidas de circulacion se presentan por

incrementar el peso de lodo y superar el limite de gradiente de fractura, induciendo una fractura causando perdidas totales.

• Se presentan perdidas parciales en caso se supere el limite del esfuerzo minimo (Presion de cierre) al perforar zonas con fracturas pre-existentes.

Caracteristicas:• Disminucion de volumenes de lodo en los

tanques.• Disminucion del ECD• Posible inestabilidad en zonas inestables de la

misma seccion.Mitigación:• Usar aditivos obturantes para perdidas de lodo• Incrementar progresivamente el MW

Problemas de Pega de tuberíaPega Diferencial

La pega diferencial ocurre cuando la sarta de perforación es sostenida en la pared del agujero por una fuerza. Esta fuerza es creada por el desequilibrio de la presión hidrostática en el agujero y la presión de poro en una formación permeable.

Ocurre cuando hay una alta diferencia entre el MW y la PP. Esto se llama sobrebalance.

Prevención:

• Mantener la sarta en movimiento

• Evaluar ventana de estabilidad, peso de lodo y puntos de revestimiento para evitar perforar una zona inestable en la misma sección

• Propiedades de lodo adecuadas

Pega geométrica

Perforar en rocas fuertemente abrasivas llevan a desestabilizar el agujero resultando un agujero mas pequeño. Si la sarta es corrida dentro del agujero rapidamente sin escaria, la barrena puede ser atascada en la sección descalibrada del agujero.

Indicadores:

• Restricciones al presentar viajes bajando broca.

• La circulación es ligeramente restringida

• Intento de atrapamiento en el fondo

Prevención:

• Utilizar adecuadamente las zonas en calibre-protegidas por la tuberia o estabilizacores.

• Uso apropiado y buena configuración de brocas para viajes o limpieza de hoyo.

Principales problemas que ocurren durante la perforación

Motivación para analizar problemas de perforación de pozos cercanos

El objetivo principal de identificar los eventos de perforación y analizar la causa/origen de estos es para usarlos como puntos de calibración en el modelo geomecánico.

Eventos de Perforación - Calibración de Presión de poros (Eventos de Sobrepresión/influjos/cortes de lodo, cavings splintery, pega diferencial, parámetros de la perforación ROP, etc)

- Calibración de Presión de Colapso (Eventos de empaquetamiento, cavings, cambios en parámetros de perforación por acumulación de presión dentro del pozo y atrapamiento de la sarta, embolamiento de broca, etc)

- Calibración del esfuerzo mínimo (Eventos como pruebas de integridad en el zapato como LOT o ELOT, perdidas parciales durante la perforación, picos de presión, ECD usados, etc)

- Calibración del gradiente de fractura (Eventos de pérdidas totales de lodo, si se presentan imágenes de pozos se revisa si existen fracturas inducidas, Pruebas de integridad de la formación como LOT o ELOT, Información de fracturamiento hidráulico si se presenta en el pozo, ECD usados)

Modelos Geomecánicos de pozos vecinos Calibrados

3D geomechanical modeling, wellbore stability analysis improve field’s performance -RESERVOIR MANAGEMENT!D MEM wellbore Stability -

Caliper

Caliper orientado

Calculo de Propiedades de roca y esfuerzos

Ventana de Lodos

Plan para perforar un nuevo pozo

Preguntas para planear un nuevo pozo Qué eventos de perforación presentaron los pozos vecinos?

Construcción de modelo geomecanico de pozos vecinos.

Calibración con eventos de pozos vecinos, usando los mismos parámetros, tendencias, constantes por encontrarse en el mismo campo.

La ventana de estabilidad de los pozos vecinos representa los eventos de perforación e información adicional del pozo?

Recomendaciones para una nuevo pozo

•Se recomienda la mejor dirección para perforar el nuevo pozo desviado en el campo, teniendo en cuenta la dirección de los esfuerzos, y planos de debilidad en las formaciones.

•Esto dependerá del regimen de esfuerzos que se tenga en el campo y el contraste entre estos esfuerzos.

•Comunmente la mejor dirección para perforar un pozo en un regimen de normal cual sería? SH, Sh o Sv?

Recomendaciones para una nuevo pozo

- Se recomienda puntos de revestimiento con el fin de aislar zonas inestables, zonas con pérdidas o con riesgos de pega diferencial.

Recomendaciones para una nuevo pozo

•Se recomienda los límites de pesos de lodos máximos y mínimos con el fin de optimizar tiempo y costos.

•Se realiza un análisis de riesgos, indicando las zonas mas propensas a:

◦ La inestabilidad de pozo◦ Zonas con sobrepresión◦ Zonas con riesgo de pérdidas de lodo◦ Zonas con intervalos en calibre

Geomecánica en tiempo Real Monitorea, actualiza y recalibra el estudio de geomecánica, modelo de presión de poros y

esfuerzos realizado antes de la perforación, usando información diaria, reportes de perforación, eventos de perforación, registros en tiempo real, y pruebas de integridad durante la perforación.

Resultado:

•Reduce tiempo No Productivo durante las operaciones.

•De acuerdo a lo cambios en las formaciones, profundidades o comportamiento de la formación se toma deciciones sobre los pesos de lodo y puntos de revestimiento (cambiando profundidades de puntos de revestimiento o hasta la recomendación de eliminar alguno)

•El Ingeniero Geomecanico en Tiempo Real trabaja constantemente con el grupo de perforación, geología, geofísica, con el fin de integrar y correlacionar la información y dar las recomendaciones adecuadas para prevenir eventos, como tambien para mitigarlos.

Consencuencias de un modelo geomecánico calibrado en el campo

Comparación de pozos vecinos (Sin geomecánica) con pozo que presentó estudio de Geomecánica

Tiempo (dias) Vs. Profundidad

GRACIAS POR SU AMABLE ATENCIÓN

ING. CRISTINA CAVERO PANEZ

INGENIERA GEOMECÁNICA

cavero.cristina@gmail.com