Pollo Kbra

8/11/2019 Pollo Kbra

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MANUAL DE PRESIONES ANORMALES

E HIDRULICA DE LA PERFORACIN

ROTATORIA


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Las formaciones con alta presin causan serios problemas en la perforacin yterminacin de pozos en casi todas las reas importantes de perforacin del mundo.

Desde el punto de vista estadstico, casi la mitad de los pozos de tierra firme y msde la tercera parte de los pozos costa afuera son perforados a travs de dificultosas

formaciones caracterizadas por su elevada presin (o geopresurizadas).Con demasiada frecuencia esto da por resultado grandes gastos, contaminacin delambiente, prdida de reservas de petrleo y an, en algunos casos, prdida de vidas.Por esas razones, es importante detectar la presencia y determinar la magnitud de esaszonas y las presiones que ellas contienen.

QU SON LAS GEOPRESIONES?

Los fluidos contenidos dentro de las formaciones geolgicas ejercen presiones. Lamagnitud del efecto de esas presiones se relaciona directamente con el tipo de fluidocontenido, con la porosidad de la formacin, con la permeabilidad (la capacidad delfluido para moverse) y con el ambiente geolgico en que la formacin se encuentra.Una formacin est geopresurizada (o sobre presurizada) si esas presiones de fluidoson anormalmente altas. Una presin anormal es aquella que es mayor que la presinhidrosttica de los fluidos de formacin que esta por arriba de ella. La presinhidrosttica es la presin ejercida por el peso de una columna de fluido. Esta presindepende solamente de la densidad del fluido y de la altura de la columna, cualquieraque sea la forma o tamao de esta ltima.

Los fluidos asociados con formaciones geolgicas son agua (dulce, salmuera, sal),petrleo y gas. En formaciones recientes y costa afuera, el fluido de formacin estconstituido por agua salada. Por el contrario, en formaciones ms antiguas o

localizadas en medio del continente, el agua de formacin es usualmente dulce.Cuando se piensa en presiones a profundidades arbitrarias, lo comn es referirse algradiente de presin. Un gradiente de presin del fluido es la presin del mismo fluido acualquier profundidad, dividido por esa profundidad, dicho de otra manera, es elaumento constante de la presin por cada unidad de profundidad. (kg/cm)/m).

Se considera como presin normal, a una columna de salmuera de 80,000 ppm desal y un gradiente de presin de 0.107 kg/cm/m, equivalente a un fluido de densidad de1.07 gr/cm.

Considerando pues, la presin hidrosttica del agua salada como una presin

normal; es necesario tener ahora, una presin anormal mxima. A este valor mximo sele denomina gradiente de sobrecarga o su equivalente en densidad de sobrecarga.

La sobrecargase define como la presin ejercida por el peso combinado de todoslos materiales y fluidos contenidos en los poros de los mismos, sobrepuestos unos aotros hasta determinada profundidad, por tanto, el lmite superior para un gradiente depresin anormal es la sobrecarga.


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Si bien este gradiente vara con la profundidad y con el rea, un promedio aceptablees el valor de 0.230 kg/cm/m (1 psi/pie). Los valores anormales de presin pueden sersemejantes, pero rara vez son iguales o mayores que este gradiente de sobrecarga.

No se debe confundir el gradiente de sobrecargacon el gradiente de fractura (delos cuales se amplia la informacin mas adelante). Este ltimo es la presin que hayque aplicar a una formacin para romperla o extender las fracturas existentes; y est enfuncin, adems de la sobrecarga, de la resistencia qumica y cohesin molecular de laroca. Vencer esta resistencia da como resultado una prdida de lodo en la formacin.

CLASIFICACIN DE LAS PRESIONES

As pues, las presiones anormales se definen como aquellas presiones mayores quela presin hidrosttica de los fluidos de formacin. Si se considera una capa desedimentos depositados en el fondo del mar, a medida que ms sedimentos se agreganencima de la capa, el peso adicional las compacta. Parte del agua existente en losespacios porosos se expulsa por la compactacin. Mientras este proceso no seainterrumpido y el agua superficial permanezca con el mar arriba, la presin dentro de laformacin se dice que es normal o hidrosttica.

Por definicin, la presin hidrosttica es la presin ejercida por el peso de unacolumna de agua. Cualquier presin mayor a la presin hidrosttica, es una presinanormalmente alta, as tambin, presiones menores a la hidrosttica son llamadaspresiones subnormales o anormalmente bajas.

A la densidad de los fluidos de formacin, generalmente se les llama gradiente depresin, aunque estrictamente no lo es, puesto que el gradiente de presin se obtienedividiendo la presin de formacin entre la profundidad y sus unidades son kg/cm/m enel Sistema Internacional y lb/pulg/pie en el sistema ingles. Sin embargo, se ha hechocostumbre en el ambiente del campo utilizar densidades como gradientes, lo cualdimensionalmente no implica error.

Se debe considerar como sobrepresin de la formacin, a la presin ejercida poralgn fluido dentro de los poros de la roca y que es mayor a la presin hidrostticaejercida por una columna de agua salada con densidad equivalente a 1.07 gr/cm y unaconcentracin de cloruros de 80,000 ppm a la profundidad a la que se encuentren losfluidos en la formacin. Este valor es aceptado para las regiones costera y costa afuera.En regiones continente adentro se ha observado que los gradientes de presin normalvaran de 0.098 a 0.106 kg/cm/m, equivalentes a una densidad de 0.98 a 1.06 gr/cm.Debido a que en muchas de estas reas prevalecen las presiones subnormales, enocasiones el gradiente normal se define como un valor igual al del agua dulce, esto es,una densidad de 1.0 gr/cm para zonas continente adentro.


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Se ha establecido que el gradiente anormalmente alto es mayor al equivalente endensidad de 1.07 gr/cm cerca de las costas y costa afuera y 1.0 gr/cm en zonascontinente adentro, especialmente en las partes altas; sin embargo, no existe un lmitebien definido para su valor mximo, aunque en trminos generales se acepta un

equivalente en densidad de 2.30 gr/cm o un gradiente de 0.230 kg/cm/m. Laspresiones de yacimiento ms altas que se conocen son del orden de 2.10 2.15gr/cm, aunque tambin se han encontrado flujos de agua salada que requierendensidades mayores a 2.40 gr/cm para poder ser controlados.

Despus de estas consideraciones, se puede hacer la definicin siguiente comoresumen general de presiones.

1. Presin de formacin o de poro. Es la presin que ejercen los fluidos (gas,aceite agua dulce, agua salada o las combinaciones de estas) contenidos en losporos de las rocas. A esta presin tambin se le conoce como presin de roca, deyacimiento, de poro, de depsito y se clasifican de la siguiente manera.

a. Presin subnormal: cuando la presin es menor a la normal, es decir, ala presin hidrosttica de la columna de fluidos de formacin extendidahasta la superficie. (Figura 1)

b. Presin normal: Cuando es igual a la ejercida por una columna de fluidosde formacin extendida hasta la superficie y que es equivalente a unadensidad de 1.07 gr/cm en zonas costeras y 1.00 gr/cm continenteadentro. (Figura 1)

c. Presin anormalmente alta:Cuando es mayor a la presin hidrostticade los fluidos de formacin normal. (Figura 2)

Sise considera que parte de los fluidos estn siendo sometidos a una compresinmayor mientras ms se profundiza, entonces es necesario manejar un conceptoadicional que ayudar a comprender mejor los problemas que se generan y que puedeprestar un auxilio eficaz en el control adecuado de las presiones.

2. Presin de sobrecarga:Es la presin ejercida por el peso combinado de todoslos materiales y los fluidos contenidos en los poros de las rocas de una formacinen particular a una determinada profundidad. La presin de sobrecarga mximaaceptada es igual a un equivalente en densidad de 2.30 gr/cm. (Figura 2, 3 y 4)

3. Esfuerzo de matriz: Se considera como esfuerzo de matriz la resistencia queofrece la roca para ser perforada, tanto en su estructura y dureza fsica, como ensu cohesin molecular. El esfuerzo de matriz para una presin normal, resulta derestar al gradiente de sobrecarga la presin de poro. Por tanto, el esfuerzo dematriz para una presin de poro de 1.07 gr/cm es igual a un equivalente endensidad de 1.23 gr/cm. (Figura 1)


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2.30 gr/cm 1.07 gr/cm = 1.23 gr/cm

Bajo este concepto, considrese como esfuerzo de matriz a la resistencia de la rocapara ser perforada.

Generalmente el gradiente de presin total de sobrecarga, en un rea determinadade perforacin, es menor que el terico y el conocimiento real, es muy importante paraalgunas operaciones de perforacin. Los pesos de los lodos pueden aproximarse algradiente de presin de sobrecarga pero no rebasarlo para no inducir una prdida. Lapresin mxima que se puede mantener en los preventores para no fracturar laformacin siempre ser menor a la sobrecarga.

Es una verdad irrefutable que cuando la presin de poro aumenta, el esfuerzo dematriz disminuye en la misma proporcin; parece como si el empuje de los fluidoscontenidos en los poros de las rocas y que empujan en todas direcciones disminuyerala resistencia de la roca, hacindola ms ligera y ms fcil de perforar. (Figura 4)

4. Gradiente de fractura o presin de fractura. Es la presin necesaria paravencer la resistencia mecnica de la roca o para vencer la presin total desobrecarga. El gradiente de fractura aumenta con la profundidad ya que laresistencia de la roca aumenta con la profundidad. (Figura 1)

Es de inters conocer esta presin debido a la posibilidad de levantar la sobrecargatotal, ya sea accidentalmente o a propsito para crear fracturas. La fractura hidrulicaes una tcnica por medio de la cual se levanta la sobrecarga con objeto de incrementarlos canales de flujo en tamao alrededor de un pozo para aumentar su produccin; perotambin se puede inducir una prdida de fluido perforando un pozo y perder el intervalodescubierto.

Bajo estas circunstancias, se debe tener extremo cuidado en la zona ms dbil delpozo. Esta resulta siempre la zona descubierta ms alta (zapata de T.R.) debido a quepara levantar la sobrecarga es ms sencillo un bloque ms delgado que uno msgrueso.

Es comn que durante la perforacin de intervalos muy compactos y de baja presin,se obtengan prdidas de lodo sin haber rebasado el gradiente de fractura. Esto sucedegeneralmente cuando se atraviesan rocas del Mesozoico. Las prdidas se registran enla entrada al Cretacico o en el contacto Paleoceno-Cretcico formado por carbonatosde baja presin o sin presin y fuertemente fracturados, lo mismo sucede en parte delJursico. Estas prdidas no pueden considerarse como levantamiento de sobrecarga,las fracturas ya existen y la prdida de lodo es debida a que el contenido de fluidos enlas rocas no tiene la suficiente presin para resistir el empuje de la columna hidrostticadel fluido con el que se perfora.


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Ejemplificacin grfica de los conceptos analizados hasta el momento

Figura 1


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Llevado a un diagrama de presiones generalizado se observan los desplazamientosde las curvas a los costados de la lnea de presin normal.

Figura 2


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Con los valores de presin de sobrecarga (PS) y presin de poro normal, para estecaso (PPN) , se obtienen los valores del esfuerzo de matriz (EM).

0 m

500 m

1000 m

1500 m

2000 m

2500 m

3000 m

3500 m

4000 m

Figura 34500 m

PS 0 103.5 207 316.3 420 523.5 632.5 742 849 943 1035PPN 0 48.15 96.3 147.1 195.3 243.4 294.2 345 395 439 481.5EM 0 55.35 75.6 169.2 224.7 280.1 338.3 397 454 504 553.5

EM = PS PP PP = PS - EM


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Anlisis del intervalo que comprende la curva de presin anormalmente alta paraobservar el comportamiento del esfuerzo de matriz con relacin a la presin de poro.

0 m

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1000 m

1500 m

2000 m

2500 m

3000 m

3500 m

4000 m

4500 mPS equivalente a densidad gr/cm 1.07 1.15 1.38 1.61 1.84 2.07 2.3PP 187 256.. ...386 483 593 678EM 215 256.. . .258 207 149 75

Figura 4


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Como se puede observar en el clculo elaborado con la lista de interpolaciones de la grficade la pgina anterior, mientras el valor de presin es mayor, el esfuerzo de matriz disminuye enla misma proporcin. (Figura 4 y cuadro 1)

EM = PS PPPresin de sobrecarga (PS) Presin de poro (PP) Esfuerzo de matriz (EM)

Prof. m PS Kg/cm Prof. m PP Kg/cm Operacin EM

1750 2.30 402.5 1750 1.07 187 402.5 187 215

2225 2.30 512 2225 1.15 256 512 256 256

2800 2.30 644 2800 1.38 386 644 386 258

3000 2.30 690 3000 1.61 483 690 483 207

3225 2.30 742 3225 1.84 593 742 593 149

3275 2.30 753 3275 2.07 678 753 678 75

Cuadro 1

Esto quiere decir, que las presiones que se encuentran dentro de los poros de las

rocas y que ejercen esfuerzos en todas direcciones, estn permitiendo que laresistencia de la roca sea cada vez menor. Si el aumento de presin contina, al llegaral limite del esfuerzo de matriz, tericamente no se necesitara ningn esfuerzo pararomperla.

Bajo estos conceptos, al perforar, es recomendable guardar un sobrebalance mnimode control en la columna hidrosttica para que los fluidos que se encuentran dentro delos poros de las rocas ayuden a perforar. (Figura 5)

Figura 5

Ejemplo No. 1 Ejemplo No. 2

La roca No. 1 tiene una presin de poro equivalente a densidad de 1.76 gr/cm y laroca No. 2 de 1.54 gr/cm. Ambas se encuentran a una profundidad de 3450 m.

Con los datos proporcionados resumir y calcular la siguiente informacin

a). Calcular la presin a la que se encuentran los fluidos en los poros de la roca aesa profundidad.

Roca del ejemplo No. 1 __________________ kg/cmRoca del ejemplo No. 2 __________________ Kg/cm


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b) Calcule el esfuerzo de matriz de cada una de las rocas de los ejemplos, tanto enpresin como en equivalencia en densidad.

Esfuerzo de matriz equivalencia en densidad

Roca del ejemplo No. 1 _____________ Kg/cm ____________ gr/cmRoca del ejemplo No. 2 _____________ Kg/cm _____________ gr/cm

c) Con los datos obtenidos y suponiendo que se usa un lodo con la misma densidadpara ambos casos, explique cual roca ser perforada con mas facilidad y porqu ____________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

d) Cul ser el lmite, a su juicio, de la densidad de lodo usado para no generaruna prdida en la formacin, por levantamiento de la sobrecarga?

Caso No. 1 ____________________Caso No. 2 ____________________

e) Suponga que la roca del ejemplo No. 1 se encuentra 600 m ms superficial quela roca del ejemplo No. 2 y ambas tienen presin de poro de 531.3 kg/cm; conesta informacin realice lo siguiente.

1) Calcule el equivalente en densidad de la presin de la roca No. 1 _________2) Calcule el equivalente en densidad de la presin de la roca No. 2 _________3) Explique porque la diferencia: ______________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4). Escriba cual roca se perforara con mayor rapidez si se usa un lodo de 2.07gr/cm e iguales condiciones mecnicas para ambas y porque.

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


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ORIGEN DE LAS PRESIONES ANORMALES

Las pocas geolgicas en que se han encontrado presiones anormales pertenecen alas eras Cenozoica, Mesozoica y Paleozoica. Estadsticamente, las zonas de presiones

anormales se encuentran con mayor frecuencia en sedimentos del periodo Terciario, sinembargo, las presiones anormales del periodo Jursico son, en ocasiones, de mayormagnitud; requiriendo a veces para su control densidades mayores a 2.40 gr/cm

Las sobrepresiones de una formacin es el resultado de efectos diagenticos, ocolocacin estructural en la cementacin de la formacin. Otros factores quecontribuyen al origen de una sobrepresin son:

a) Efectos de compactacinb) Efectos diagenticosc) Propiedades de las arcillasd) procesos osmticose) sellos de permeabilidadf) Efectos de densidad diferencialg) Efectos de migracin de fluidosh) Efectos por formaciones salinasi) Movimientos tectnicos

j) Expansin trmica del agua y los hidrocarburos

Cualquier mecanismo que sea capaz de atrapar fluidos de formacin y que no losdeje salir de la formacin a medida que la sobrecarga aumenta, tiene lacapacidad potencial de formar geopresiones

Uno de los fenmenos mas simples es el acufero. Un acufero es tcnicamente unaformacin que contiene agua mvil. Un acufero es una arena superficial que sobresaleen la cercana de una elevacin apreciablemente mas alta que la elevacin del pozo. Sibien la presin registrada en el pozo artesiano es de naturaleza hidrosttica, da lailusin de tratarse de una geopresin por la fuerza con que sale el agua.

Las arenas superiores pueden ser tambin altamente presurizadas si hay gasatrapado por una deposicin muy rpida o si estn cargadas con gas proveniente de lasformaciones inferiores. Estas arenas pueden tambin haber sido cargadas por fluidoque escap de profundidades mayores a lo largo de planos defectuosos.

Las arenas, de esta manera sobrepresionadas, tienen un comportamiento muylimitado o local. La ocurrencia mucho ms extendida de presiones anormales provienede actividades geolgicas y deposicionales ms complejas. Mientras el proceso desedimentacin permite que los fluidos de las formaciones escapen hacia la superficiecon la adicin de mas sobrecarga, la presin de la formacin se mantendr hidrosttica.Cuando el fluido ya no tiene la posibilidad de ser forzado hacia fuera, los granossedimentarios no pueden compactarse totalmente. Los fluidos atrapados en este tipo de


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formaciones no compactadas completamente, deben soportar ahora parte de lasobrecarga. La presin de poro debe ser entonces la suma de la presin normal delfluido mas una porcin de la presin de sobrecarga. Esos sedimentos quedan assobrepresionados. Los movimientos tectnicos y la compactacin pueden ser los dos

factores principales involucrados en la mayora de las presiones anormales de lasformaciones.

Para ilustrar el efecto de compactacin considrese la analoga de una esponjasaturada de agua. La porosidad y permeabilidad de la esponja son comparables a la dela matriz de la roca. Cuando esta es sometida a compresin se produce un escape deagua. La presin aplicada es soportada principalmente por la matriz de la esponja. Siesta esponja se introduce en una bolsa de plstico, se impide que el agua escape. Laesponja en esta situacin se comprime muy poco, porque la presin se transmite alagua. En ese sentido la presin externa aplicada es anloga a la sobrecarga. Unpequeo orificio en la parte superior de la bolsa permite que el agua escape bajopresin.

Es evidente que la presencia y la eficiencia del sello es la clave de la presin anormalpor compactacin o, en el caso de cualquier otra presin anormal. Considrese lapresencia de un sello efectivo sobre una formacin de presiones aproximadamentenormales. La formacin normalmente presionada puede convertirse en sobrepresionadasi tanto ella como el sello son llevados tectnicamente a un nivel mas superficial porefecto de plegamiento o fallas, acompaado de una erosin subsiguiente de lasuperficie elevada. Si bien la presin de la formacin no cambia, el gradiente de presindel fluido hace que la formacin pueda ser definida ahora como geopresurizada.

Un sello perfecto raramente existe. Si se le da suficiente tiempo, la presinanormalmente alta llegar a liberarse. Pero durante todo el tiempo en que se retarda elproceso de expulsin del fluido, especialmente bajo condiciones de deposicin rpida ode serios movimientos de tierra, la situacin puede conducir a presiones anormales.

Ademes de esas causas fsicas principales de presiones anormales, otros procesosqumicos y trmicos que ejercen efectos de las formaciones pueden contribuir a lasgeopresiones.

Es importante detallar con mas claridad cada uno de los fenmenos que son capacesde creas presiones anormales en la naturaleza, ya que el entendimiento apropiado delos mismos crea confianza y seguridad en el momento de aplicar los mtodos dedeteccin de las presiones anormales durante las actividades diarias dentro de laindustria de la perforacin de pozos petrolero.


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TEORA DE LAS PROPIEDADES DE LAS ARCILLAS

Uno de los aspectos ms importantes a considerar para el diseo de un fluido deperforacin es la secuencia estratigrfica probable que se va a atravesar.

En base a lo anterior, se deben de tomar todas las precauciones posibles que tendrel fluido con la perforacin y el efecto con respecto a la estabilidad del hueco, por lotanto, un buen entendimiento de la naturaleza de las arcillas llevara a la seleccinapropiada del fluido de perforacin.

Las arcillas son minerales que pueden ser clasificados como silicoaluminatos desodio, potasio, calcio y magnesio principalmente, y estructuralmente son cristales conformas laminares dispuestas plano a plano formando paquetes microscpicos, estos sepueden presentar en diversas combinaciones y configuraciones as como sucomposicin qumica. De lo anteriormente dicho, se derivan las diferentes propiedadesde las arcillas.

Las estructuras minerales de las arcillas poseen cargas elctricas debido a lapresencia de tomos metlicos diferentes a los predominantes y tienen una carga inicadiferente.

Existen en la naturaleza varios tipos de arcilla, pero las ms conocidas son del tipomontmorillonita, que adems de ser las arcillas formadas mas recientemente tienden ahidratarse e hincharse al entrar en contacto con los lodos base agua durante laperforacin. Las montmorillonitas, se convierten a illitas por procesos diagenticosconforme se profundiza.

El mecanismo de adsorcin de agua o hidratacin es acompaado por elhinchamiento y aumento de volumen del mineral de arcilla. Esto causa un aumento depresin creando una zona sobrepresionada. Al perforar estos intervalos, la accin ycontacto de la roca con el lodo de perforacin, absorbe el agua creando unainestabilidad en el agujero dando como resultado la presencia de derrumbes (figura 6).

Figura 6


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EFECTOS DE COMPACTACIN

El proceso normal de sedimentacin involucra la depositacin de capas o estratos departculas de diferentes rocas. A medida que estas capas continan depositndose, se

incrementa la presin de sobrecarga, y las capas inferiores de sedimentos son forzadashacia abajo para permitir mayor depositacin en la superficie.

En condiciones normales de perforacin, la presin de formacin es la nica queinteresa ya que es capaz de producir flujo de fluidos hacia el agujero bajo ciertascondiciones geolgicas. La manera en que la matriz rocosa absorbe el aumento de lapresin de sobrecarga servir para explicar la generacin de presiones anormales eneste ambiente. A medida que tanto la depositacin en superficie como la presin desobrecarga resultante aumentan, la roca subyacente deber absorber la carga.

La forma ms simple en que la matriz rocosa puede incrementar su resistencia, esaumentar el contacto grano a grano de las partculas individuales de la roca, estoimplica que la porosidad resultante debe disminuir con la profundidad bajo condicionessedimentarias normales (Figura 7). Si el proceso de compactacin normal de laformacin se interrumpe, no permitiendo que los fluidos en los espacios porosos seescape, la matriz rocosa no podr aumentar el contacto grano a grano, o sea sucapacidad para soportar la presin de sobrecarga. Puesto que la sobrecarga totalcontina aumentando y la matriz rocosa ya no puede soportar su carga, los fluidos enlos poros de la roca tendrn entonces que empezar a soportar una cantidadanormalmente grande de la presin de sobrecarga, produciendo presiones de fluidomayores que las normales.

Figura 7 Efectos de compactacin.

Para que las presiones anormales queden atrapadas dentro de su ambiente y no se

disipen, es necesario que un mecanismo de sello est presente. El sello mscomnmente encontrado en cuencas sedimentarias es la depositacin rpida de unestrato rocoso de baja permeabilidad, tal como una seccin de lutita limpia; la lutitareduce el escape normal del fluido causando subcompactacin y presiones anormalesde fluidos. El sello tambin se puede producir como resultado natural de prdida depermeabilidad por la compactacin de sedimentos de grano fino tales como arcillas oevaporitas.


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EFECTOS DIAGENTICOS

Diagnesis es un trmino que se refiere a la alteracin qumica de los minerales de la

roca por procesos geolgicos. Se cree que las lutitas y los carbonatos sufren cambiosen su estructura cristalina que contribuyen a la generacin de presiones anormales.

Los minerales arcillosos tienen una estructura del tipo multicapas, tetrahdrica,octadrica, apilonada y de persiana. En estos minerales puede ocurrir la sustitucin delaluminio y slice por otros elementos, o el magnesio puede ser sustituido por el catinde aluminio, o el aluminio por el slice. Las molculas de agua son cargadas as mismo,dbilmente, siendo positivas de un lado y negativas del otro; estos procesos puedencontinuar hasta que tengan varias capas de agua encima. Esta expansin considerableentre dos capas unitarias de cada cristal ocasiona el hinchamiento de la bentonita delas arcillas. La liberacin de esta agua desde el espacio poroso del mineral representaun cambio en el ambiente hidrodinmico de los sedimentos, y por lo tanto ocasionaruna sobrepresin (Figura 8).

Otro ejemplo es la posible conversin de montmorillonita en illita, alteracin quelibera agua a los espacios porosos. Si al agua adicional no se le permite escapar,entonces tender a absorber sobrecarga. En secuencias de carbonatos, la diagnesispuede crear barras de permeabilidad en las formaciones porosas y formar sellos para elfluido.

Figura 8

Expansin de las arcillas en contacto con el agua.


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EFECTOS DE DENSIDAD DIFERENCIAL

Cuando el fluido presente en los poros de una estructura vertical o inclinada tieneuna densidad significativamente menor que la densidad del fluido normal en los poros

de las formaciones de esa rea, pueden encontrarse presiones anormales en la partesuperior de la estructura.

Esta situacin se encuentra con frecuencia cuando se perfora un yacimiento de gascon un echado muy grande. Sin embargo, la magnitud de la presin normal puedecalcularse fcilmente aplicando el concepto de presin hidrosttica. Una densidad delodo mayor se requiere para perforar la zona de gas con seguridad cerca de la cima dela estructura, que la que se requiere para perforar en la zona cercana al contacto agua-gas

Pozo 1 Pozo 2

-Densidades de control-

. 1.36 gr/cm 1.81 gr/ .

1500 m

--Pres. 272 kg/cm .

2000 m

Figura 9Contraste de las densidades de control.


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FENMENO OSMTICO

Una membrana semipermeable se define como una capa que permite el paso de

solventes pero no de solutos, dichas membranas podrn permitir el paso del agua atravs de ella, pero no el de las sales.

Cuando dos soluciones de diferente concentracin salina son separadas por unamembrana semipermeable, una fuerza causa que el agua de menor salinidad se filtrehacia la zona de mayor concentracin de sales. Este proceso continuar hasta que seconsiga un equilibrio entre ambas concentraciones. Esta fuerza es conocida comopresin osmtica (Figura 10).

Estrato con mayor concentracinde salinidad.

Estrato semipermeable

Estrato con menor concentracinde salinidad

Direccin del flujo

Formacin libre de presinosmtica

Fenmeno osmtico. Figura 10

Existen dos procesos bien diferenciados asociados con esta membrana: La filtracin

que permite el paso nico y exclusivo del agua, pero no de los iones disueltos en ella, yla generacin de la presin osmtica, donde existen dos soluciones de diferenteconcentracin salina en cualquier lado de la membrana. Una presin osmtica moverel agua de menor salinidad hacia donde se encuentra el agua de mayor salinidad.Finalmente la presin osmtica alcanzar un punto de compactacin. Al no poderescapar ms agua, la formacin conservar las condiciones de presin de formacinanormal.


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MOVIMIENTOS TECTNICOS

En zonas de movimientos terrestres es posible crear sobrepresiones por la accin deplegamientos y fallamientos de los estratos. Una formacin normalmente presionadapuede convertirse en sobrepresionada si tanto ella como el sello son llevadostectnicamente a un nivel ms superficial por efectos de fallamientos y plegamientos,acompaado de una erosin subsiguiente de la superficie elevada.

El proceso geolgico que empuja hacia arriba una formacin profunda, tambintiende a liberar la sobrecarga, esto indica que las presiones anormales producidas as,estn en funcin de la diferencia entre la profundidad original y de la profundidadposterior al levantamiento.

La figura 11 muestra como una formacin arenosa con presin normal a suprofundidad original (2000 m y con una presin de 214 kg/cm), se transforma engeopresurizada en el nuevo nivel ms superficial (1200 m y con una presin excedentea la normal de 85.6 kg/cm). Si bien la presin de formacin no cambia, el gradiente depresin del fluido hace que la formacin pueda ahora ser definida como

geopresurizada. A su profundidad original, una densidad de lodo de 1.08 gr/cm3serasuficiente para contener los fluidos de la formacin. Sin embargo, a la nueva

profundidad, que es menor, se requerir una densidad de mas de 1.78 gr/cm paracontrarrestar la sobrepresin.

1200 m

2000 m 2000 m

Arena con presin normal Arena levantada tectnicamente yIgual a 214 kg/cm, densidad geopresurizada. Densidad equivalenteEquivalente a 1.07 gr/cm 1.78 gr/cm.

PP = 2000 m * 0.107 kg/cm/mPP = 214 kg/cm

PPN = 1200 m * 0.107 kg/cm/m = 128.4 kg/cmPP = 214 kg/cm 128.4 kg/cm = 85.6 kg/cmPP total = 128.4 + 85.6 = 214 kg/cmEquiv. en densidad = 214/1200 = 1.78 gr/cm

Figura 11


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EFECTO POR FORMACIONES SALINAS

La sal tiene un comportamiento plstico lo que causa que se comporte como un

fluido. En zonas de presin normal la estructura rocosa soporta un poco ms de lamitad de la sobrecarga y los fluidos en los poros absorben el complemento de la misma,en el caso de la sal, que no tiene una estructura rocosa, la presin es transmitidatotalmente en todas direcciones. Por lo tanto, en cualquier punto dentro de la seccinmasiva de sal, la presin es igual a la presin ejercida por la sobrecarga. Esto quieredecir que al ser considerada como un fluido, toda la presin que ejerce hacia lasparedes de la roca que la circunda es transmitida como presin anormal alta venciendototalmente el esfuerzo de matriz (Figura 12 ).

La certeza de esto se confirma cuando se perfora una seccin de sal. Le velocidadde penetracin es muy rpida, solo se puede perforar la sal gracias a que sumovimiento es muy lento; pero despus de un tiempo, el flujo de la misma atrapa latubera invariablemente. Si el intervalo ha sido revestido, es muy posible que pasadoalgn tiempo la tubera colapse por la presin.

.. Distribucin de la presin en la roca

.Mxima presin

. Intrusin salina .

Distribucin de la presin de formacin en intrusiones salinasFigura 12


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EXPANSIN TRMICA DEL AGUA Y LOS HIDROCARBUROS

El agua por su naturaleza es ms susceptible a la expansin trmica que a lacompresin, de tal manera que, en reas de gradientes geotrmicos altos, el aumento

de volumen en los poros podr causar presiones anormales, como los generados en losambientes geotrmicos para la generacin de energa elctrica.

Por otra parte, los hidrocarburos una vez generados y confinados en el subsuelo,estn sujetos a un rompimiento termal (cracking) por los efectos de presin ytemperatura. Este fenmeno puede causar un aumento de volumen de 2 a 3 veces delvolumen original, causando una presin de formacin anormal. (Figura 13)

Las presiones anormales no se limitan a ninguna edad geolgica. Estadsticamente,las zonas de presin anormal se encuentran con mayor frecuencia en sedimentos delTerciario, sin embargo, las presiones anormales en el Jursico han sido en ocasionesde una mayor magnitud requiriendo altas densidades de lodo para su control. Encualquier pozo que se pretenda penetrar estas formaciones, se debern tomarprecauciones especiales.

Figura 13

Expansin trmica del agua y petrleo sobrepresionando los estratos circundantes


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SELLOS DE PERMEABILIDAD

En una alternancia de lutitas y arenas, las lutitas predominan en los depsitosrpidos y no dan tiempo para que el agua sea expulsada a la misma velocidad en que

aumenta la sobrecarga, ya que las arcillas, por el tipo de grano, tienen unapermeabilidad baja, ocasionando con esto una presin anormal; al menos queintervengan otros factores, las lutitas estarn bajo compactacin normal de acuerdo asu profundidad y a la presin de sobrecarga (Figura 14).

Figura 14

Depsitos rpidos de lutitas permiten el confinamiento de presin en las arenas

EFECTOS DE MIGRACIN DE FLUIDOS

El flujo ascendente de fluidos de un yacimiento profundo hacia una formacin massomera se convierte en una zona de presin anormal. Cuando esto ocurre, se dice quela formacin somera esta sobrepresionada. An cuando el flujo ascendente se detenga,puede ser necesario mucho tiempo para que estas formaciones regresen a lanormalidad (Figura 15).

Figura 15

. Arena sobrepresionada .

Sentido de al migracin.

Arena con presin normal

La migracin de fluidos genera geopresiones.


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ZONAS DE TRANSICIN

Con el fin de entender la prediccin y deteccin de las presiones anormales, se debe

tener conocimiento del concepto de zonas de transicin. Esta zona de transicin tienepropiedades elctricas y acsticas nicas, que producen anomalas caractersticas enlos dispositivos ssmicos y de registros elctricos. Si se inspeccionan detenidamente losdiversos parmetros durante las operaciones de perforacin, se pueden detectarindicadores de presiones anormales. Estos indicadores, interpretados adecuadamentepueden dar una magnitud cualitativa del grado de sobrepresin en esa profundidadparticular en la zona de transicin,

La transicin de una zona de gradiente normal a una zona de gradiente anormalocurre en un intervalo relativamente corto, y debido a una caracterstica fsica nica desu agua de poro original, puede detectarse de muchas formas.

La zona de transicin se defina como el intervalo en el cual el gradiente normalcambia a un gradiente de presin anormal, y en el cual se debe de cementar unrevestimiento protector

Generalmente, en la ausencia de fallas o discordancias, las zonas de transicin deroca suave no son abruptas. Estas se clasifican como cortas cuando son menores a150 m desde la cima de la zona hasta alcanzar mas o menos 1.56 gr/cm; moderadasde 150 a 300 m y largas mayores a 300 m. Esta es una clasificacin arbitraria porlongitud y se refiere principalmente a zonas de transicin clsicas.

Dentro de una zona de transicin, hay con frecuencia pequeos lentes de arenasarcillosas, las cuales generalmente tienen una presin de poro mayor que la alturahidrosttica producida por la densidad del lodo utilizado para perforar el pozo. A esto sele conoce como perforacin bajo balance. Cuando estas arenas son penetradas por labarrena, esta diferencial de presin causa que los fluidos que se encuentran dentro dela arena fluyan dentro del pozo, contaminando al lodo de perforacin. Si estos lentes dearena tienen la porosidad y permeabilidad adecuada, existir el riesgo de que el lodosea cortado por el gas o agua, causando problemas de descontrol. Afortunadamente,las arenas arcillosas tienen muy baja porosidad y permeabilidad, as que el peso dellodo puede aumentarse lo suficiente para controlar el flujo de fluido y al mismo tiempoeste flujo ayuda a determinar la presin de poro.

Siempre se deben de seguir cuidadosamente las descripciones litolgicas, as comolos diversos indicadores de presin anormal al momento de estar perforando., pero porsupuesto, no hay ningn sustituto para la experiencia. Todo esto aunado resulta en latoma de la mejor decisin, optimizando as la perforacin y evitando una situacinpeligrosa dentro del pozo.

Una zona de transicin de roca dura se refiere a rocas clsticas o no clsticas delCretcico o mas antiguas. Este tipo de zonas de transicin es a menudo abrupta debido


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principalmente a que las rocas caractersticas de las formaciones de esa edad sonduras por la mineralizacin y muy compactas. Considerando que las zonas detransicin suaves generalmente se presentan bajo una seccin masiva de areniscascon fuerte cementacin calcrea, no es poco comn el encontrar una zona de transicin

de roca dura bajo de una seccin de calizas y dolomas (Figura 16).

Zona de mxima compactacin

Zona de transicin

Zonaprospectiva

Figura 16Zona de transicin de roca compacta

La zona de transicin en rocas arcillosas inicia cuando la concentracin de agua enlos sedimentos hace que el gradiente trmico se mantenga suspendido ligeramentecreando una curva aplanada en la lnea de temperatura del lodo en la salida.

La roca se vuelve mas compacta y el grano de la arcilla est mas apretado formando

una barrera de permeabilidad que impide el flujo del agua en forma lateral. Estaconcentracin anormalmente alta de agua, da inicio a un ambiente de geopresurizacinentre los 180 a 350 m mas debajo de la anomala trmica (Figura 17).

. Barrera de permeabilidad

Anormalidad trmica

. Barrera de permeabilidad Zona de transicin

Figura 17Anormalidad trmica.


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Es interesante hacer notar que existen muchas similitudes de zonas de transicin enrocas de todas las edades geolgicas, la clave para detectar las zonas de transicinest en los cambios de perforabilidad de las formaciones a medida que la barrena pasa

de sedimentos de mxima compactacin a sedimentos de baja compactacin. Sinimportar que la zona de transicin sea de lutita pura, calcrea, limosa anhidrita ocualquiera que sea su componente mineralgico, si la zona est geopresurizada, labarrena perforar de forma diferente.

La zona de transicin de evaporitas ha sido dividida en dos subtipos:

TIPO I Est caracterizada por un incremento en la presin de formacin con laprofundidad. Se debe cementar un revestimiento protector. Este tipo generalmente noest formado por evaporitas limpias, es comn la asociacin de sedimentos clsticos yno clsticos, caliza arcillosa y areniscas seguidas de anhidrta calcrea, lutitas y sales.Las lutitas probablemente no han sido compactadas completamente, por lo que hanretenido algo de su agua poral original y han absorbido agua de la deshidratacin delyeso. La porosidad y permeabilidad en este caso es muy baja, la cual es una condicinfavorable para retener presin. (Figura 18)

. Zona de mxima compactacin.

Zona de transicin

Zona geopresurizada

Figura 18Zona de transicin en evaporitas TIPO I


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TIPO II Se caracteriza por el decremento de la presin de formacin debajo de lazona de transicin. La cima de estas zonas de transicin estn selladas comnmentepor areniscas calcreas de muy baja permeabilidad. En toda la zona de transicin sealternan estratos de anhidrta, sal y lutitas arenosas calcreas. Inmediatamente arriba

de estas formaciones se encuentran calizas dolomticas con buena porosidad ypermeabilidad. Se piensa que esta combinacin de eventos explica la regresin de lapresin de formacin, la cual est normalmente o ligeramente geopresurizada; porejemplo, la anhidrta sella la salida de presin de la formacin. Si escapa presin a lasareniscas, esta se disipa por flujo lateral. (Figura 19)

Arenisca de baja permeabilidad. Zona de transicin

Zona de baja presin

Figura 19Zona de Transicin de evaporitas TIPO II

Las zonas de transicin pueden ser (Figura 20).

1) El intervalo entre la cima de las geopresiones y la parte superior de la primeraarena permeable en la seccin geopresurizada.

2) Cualquier aumento rpido de presin en una seccin de baja permeabilidad.3) El intervalo entre la parte superior de las geopresiones y la profundidad en

que se encuentra la mxima presin de poro en el pozo.

Zona de transicin 1Zona de

Transicin 3Zona de transicin 2

Diferentes zonas de transicinFigura 20


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PROPIEDADES DE LAS FORMACIONES GEOPRESURIZADAS

Los sedimentos geopresurizados tienen diferentes propiedades fsicas y qumicas delos sedimentos con presin normal. Uno de los mas importantes es la transmisin delas ondas sonoras. A medida que los sedimentos se compactan con la profundidad, lavelocidad de las ondas sonoras ssmicas se incrementan. A mayor compactacin de lossedimento, la velocidad se incrementa y el tiempo de viaje disminuye. Un incremento enel tiempo de viaje indica que las propiedades fsicas y qumicas de los sedimentos hancambiado. Esta propiedad es debida al cambio en el tipo estratigrfico de la formacin oa la presencia de presin anormal. La retencin de agua en las zonas de transicincausa que la velocidad de las ondas de sonido disminuya, lo cual ocasiona un tiempode viaje mayor.

Los registros pueden usarse para calcular las presiones de los fluidos de laformacin, debido a las mismas propiedades fsicas de las rocas que afectan lasvelocidades. Las aguas retenidas en las lutitas anormalmente presurizadas son muchoms salinas que aquellas lutitas compactadas justo arriba de las zonas de transicin,esta mayor salinidad se debe principalmente a que el agua de poro de las lutitasanormalmente presurizadas tienen esencialmente la misma concentracin de sales queel agua de mar original en la cual las lutitas fueron depositadas.

De los registros elctricos de RESISTIVIDAD O DE CONDUCTIVIDAD, tambin sepuede graficar la presin de formacin. A mayor salinidad del agua retenida en laslutitas presionadas se incrementa la conductividad de la corriente elctrica.

La lutita tiene un peso especfico, el cual puede determinarse en gr/cm de losrecortes de perforacin. Esta propiedad se puede medir en una columna de fluidosmiscibles y densidades conocidas. La densidad de las lutitas se incrementa ms omenos linealmente con la profundidad a medida que esta se va haciendo mscompacta, sin embargo, una lutita sobrepresionada tiene una densidad menor debida asi agua de poro retenida. Es entonces muy fcil, graficar estos valores de densidad delutitas contra profundidad hasta detectar una desviacin que indique la disminucin enla tendencia normal del gradiente de densidad. Este decremento indica que las lutitasgeopresionadas van a ser perforadas.

Tambin se puede graficar los valores de la densidad de lutitas de los registroselctricos. Sin embargo, este tipo de registros raramente se corre en las zonas detransicin debido al gran dimetro del pozo y la ausencia general de formaciones conhidrocarburos.


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CLCULO DE PRESIONES ANORMALES

Las nicas formas de obtener informacin del subsuelo adems de la perforacin, esutilizando los mtodos geofsicos. Las tcnicas ms usadas son el Registro Ssmico deReflexin Acstica, Conductividad y Resistividad, Registro de Densidad compensada.Sin embargo, estas tcnicas de registro proporcionan la informacin despus deperforar los intervalos que dan problemas y no ayudan en la prediccin de lassobrepresiones en el momento de la perforacin para tomar decisiones de controlrpido.

La oportuna identificacin de una zona de presin anormal y una exacta estimacindel valor de la misma significa seguridad y economa en las operaciones de perforacin.Todos los mtodos de prediccin de sobrepresiones estn sujetos a intervencionesimprevistas de factores externos pero los resultados dependen del cuidado einterpretacin correcta de los datos colectados.

Un punto clave en los mtodos es el carcter establecido de las variables normalesde la presin de una zona y compararlas con el comportamiento en las zonas depresin anormal, cada mtodo es considerado en dos secciones. El primero encerrarla teora bsica detrs del mtodo; la segunda, nos la dar la prctica en la recopilaciny anlisis de los datos.

INDICADORES DE PRESION

Esta es una de las partes ms importantes del estudio de presiones anormales, yaque contiene la tcnica para detectar las presiones anormales al estar perforando.

Los trminos PARAMETRO e INDICADOR, con frecuencia se usan indistintamente,lo cual no es correcto. INDICADOR es algo que seala ms o menos con exactitud.PARAMETRO, es uno de un conjunto de propiedades fsicas cuyos valores determinanlas caractersticas de comportamiento de un sistema. Para nuestro caso, parmetro,cubrir las variables de perforacin como son el peso sobre barrena, revoluciones porminuto, velocidad de perforacin, unidades de gas, propiedades del lodo, etc. Lascuales se grafcan. Las grficas indican que debe de tomarse alguna clase de accindespus de registrar los parmetros y se vuelven indicadores. La clave para detectarlas presiones anormales es reunir y graficar los datos, interpretar el significado de losindicadores y decidir la accin ms adecuada.

Los indicadores de presin anormal estn basados en la experiencia y en el intensoestudio; estos indicadores son:

Velocidad de penetracin.Exponente d y dc.Velocidad de penetracin normalizada.Gases de perforacin.


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Propiedades del lodo.Diferencial de cloruros.Temperatura.

Anlisis de recortes.Densidad de lutitas.Paleontologa.Inestabilidad del pozo.Conductividad.Porosidad de la perforacin.

El incremento en la velocidad de la perforacin (Figura 21) en la zona de transicin,es un indicador consistente y efectivo de que se esta penetrando a una zona desobrepresin, siempre y cuando, ciertas condiciones de perforacin se mantenganconstantes, estas condiciones son:

Figura 21. El incremento en la velocidad de penetracin indica sobrepresin

1) Los parmetros de perforacin (tipo de barrena, peso/Bna., rotacin, presin debombeo),

2) Las propiedades reolgicas de los lodos de perforacin, especialmentedensidad y viscosidad de embudo. La velocidad de perforacin indica que tanrpido se perfora cada metro y se puede reconocer literalmente la litologa y/o lapresin de poro. Este es el primer parmetro recibido a medida que el pozo se

VEL. DE PERF. EN min/m0 10 20 30 40

2200 m

2230 m

2260 m

2290 m

2320 m

2350 m

2380 m

2410 m


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Como se ve, siendo el gradiente de presin de formacin y la densidad del lodoconstantes, la presin diferencial aumenta junto con la profundidad; ocasionando conesto, una disminucin en la velocidad de perforacin y seguir una tendencia definidaen secciones de presin normal. Esas tendencias cambiarn cuando se encuentre una

formacin con un gradiente de presin mayor que el normal, disminuyendo con esto lapresin diferencial y se notar un aumento en la velocidad de perforacin.

La velocidad de penetracin es el nico parmetro de este tipo en los que seconsideran, cambios en el peso/Bna., rotacin, densidad del lodo etc.

Incrementando el peso/barrena y la velocidad de la rotaria, se incrementar lavelocidad de penetracin. Algunas barrenas de menor dimetro que otras tienen mejoravance aun en la misma formacin y bajo las mismas condiciones de operacin.

EXPONENTE d

El mtodo del exponente d nos detecta presiones anormales de la formacin conlos datos obtenidos durante la perforacin y las condiciones mecnicas con las que seperfora tales como: velocidad de perforacin, peso/ Bna, rotaria, densidad del lodo,dimetro del agujero.

El exponente d se considera como el valor aproximado de la perforabilidad de laroca que es semejante a la porosidad de la perforacin.

Si bien, se est considerando que las condiciones mecnicas que intervienen en laperforacin son la variable que influyen en el mayor o menor avance, entonces estasvariables, incluidas en una formula, normalizan los procedimientos de clculo deperforabilidad de la roca para detectar cambios en esta ocasionados porgeopresurizacin.

Se tiene claramente entendido que cuando la presin de poro aumenta, el esfuerzode matriz de la roca disminuye por la presin interna de los fluidos dentro de los poros,de esta manera, si se mantienen constantes las condiciones de perforacin, latendencia de la perforabilidad de la roca se observa bien definida y cuando sepresentan los cambios en la curva de perforabilidad, o sea, del exponente dc, sepueden interpretar y evaluar esos cambios.

La velocidad de perforacin (Vepl) es directamente proporcional al peso sobre labarrena y la velocidad de la rotaria; e inversamente proporcional al dimetro de labarrena y a la presin diferencial.

Velp = K((PSB / Diam. Bna.)d(RPM)e(1/P))


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UNIDADES

K = Perforabilidad constante de la formacinPSB = Peso sobre barrena en libras.

Diam. Bna = Dimetro de la barrena en pulgadasRPM = Velocidad de la mesa rotaria en revoluciones por minutoe = Exponente de la velocidad de la rotariad = Exponente del peso sobre la barrenaP = Presin diferencial en PSI

Considerando que la presin diferencial es constante y que la perforabilidad esconstante, entonces K = 1.0

La velocidad de la penetracin vara linealmente con la velocidad de la rotaria,entonces el valor de e =1.0

Por tanto, la ecuacin se puede transformar de la siguiente manera:

( Velp / RPM ) =( PSB / Diam.Bna )d

Despus de unas conversiones a las unidades, la ecuacin del exponente d quedade la siguiente manera; usando el sistema Ingles y separando los extremos de laecuacin en dos factores.

Consideremos como factor A = log. (Velp / (60 * RPM))

Consideremos como factor B = Log.(12 * PSB) / ( 106* Diam .Bna))

Frmula estructurada por factores del Exponente d

Factor AExponente d =

Factor B

Unidades:d = Exponente del peso sobre barrena : adimensional.RPM = Revoluciones por minuto de la mesa rotariaVelp = Velocidad de penetracin en pies/hora.Diam. Bna. = Dimetro de barrena en pulgadas.PSB = Peso sobre barrena en libras.

Uno de los valores que mas afecta al exponente d como mtodo de deteccin depresiones anormales es la presin diferencial (Sobrebalance) mayor de 500 PSI (35kg/cm). Un mtodo para eliminar tal efecto consiste en corregir el exponente d


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multiplicndolo por la relacin del peso de una columna normal equivalente a densidad,sobre el peso del lodo usado para mantener la formacin controlada. El sobrebalancebaja la velocidad de penetracin y esta disminucin hace aumentar significativamentelos valores del Exponente d (cuadro 2).

De esta manera, el exponente d corregido se le llama Exponente dc y estemodifica el valor de d en funcin del gradiente normal de los fluidos de la formacin ydel peso del lodo. Al corregir el problema del sobrebalance, el valor del exponente dsufre un cambio significativo ajustndose ms al valor del esfuerzo de matriz (Cuadro 3)

Dens. lodogr/cm

Velp.min/m

RPM Diam. Bnapulg

PSB ton. Exp. d Exp. dc

1.25 3 150 9.625 3 1.025 0.88591.25 5 150 9.625 5 1.266 1.0941.25 7 150 9.625 7 1.45 1.26

Cuadro 3

Formula del exponente dc en el sistema Ingles

dc = ( d * 9) / Dens. lodo

Dens. lodo = lb/galn

El exponente d ha sido limitado a rocas de perforabilidad similar, se han escogidolas lutitas para la aplicacin de este mtodo, debido a sus caractersticas decompactacin y estructura homognea; lo mismo que al uso de barrenas tricnicas dedientes. Aunque el uso de barrenas policristalinas ha sido generalizado, el exponented y corregido dc, han cumplido fielmente con su cometido de detectar presionesanormales en rocas presurizadas; ya que lo que se busca son las zonas de transicin yan con este tipo de barrenas, la deflexin de los valores del exponente se observanclaramente denotando cambios en la presin de los fluidos dentro de los poros de laroca.

Aunque en rocas compactas, el comportamiento del exponente es un tanto errtico,la tendencia que sigue siempre presenta auxilio importante en la deteccin degeopresiones; no importa que el valor que se estima no cumpla con los requerimientosde exactitud que presenta en las arcillas, lo importante es la tendencia que se registra,ya que sta es proporcional en alguna forma, a la concentracin de presiones en la

formacin.

Para el rea de la costa del golfo, se han encontrado gradientes de presin normalde formacin equivalentes a 0.468 PSI/pie (9 lb/galn) o sea, 0.108 gr/cm/m (1.08gr/cm) en peso del lodo, si se observa, la densidad normal es un poco mas alta alequivalente de la presin de poro normal (1.07 gr/cm).


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Para zonas compactas en las partes continentales, se han registrado gradientes depresin normal de 0.442 PSI/pie (8.25 lb/galn) o sea 0.102 kg/cm/m (1.02 gr/cm) enpeso de lodo.

Sin romper la estructura de frmula general del exponente d y del exponente dc,para el Sistema Internacional, se usa la siguiente frmula.

Frmula general del Exponente d

Log((0.3049) (RPM) (Velp))Exponente d =

Log(37.87(Diam.Bna / PSB))UNIDADES

PSB = Peso sobre barrena en toneladas.Diam. Bna

=Dimetro de la barrena en pulgadas

RPM = Velocidad de la mesa rotaria en revoluciones por minutoVelp = Velocidad de penetracin en minutos por metro

Formula para el exponente dc en el Sistema Internacional.

dc = d (1.08 / Dens. lodo) Dens. lodo = Gr/cm

Formula general Completa para el exponente dc en el Sistema Internacional.

Log((0.3049) (RPM) (Velp)) 1.07Eponente dc = -------------

Log(37.87(Diam.Bna / PSB)) Dens. Lodo

UNIDADES

d = Exponente d adimensionaldc = Exponente dc adimensionalPSB = Peso sobre barrena en toneladas.

Diam. Bna = Dimetro de la barrena en pulgadasRPM = Velocidad de la mesa rotaria en revoluciones por minutoVelp = Velocidad de penetracin en minutos por metro

Densl lodo = Densidad del lodo salida en gr/cm

Con los valores obtenidos del exponente dc se deben graficar a escalasemilogrartmica (ver grfica en el ejersicio ejemplo). Los clculos del mismo se debenelaborar cada 5 o 10 metros, dependiendo de la velocidad de penetracin. El dato develocidad de penetracin debe ser el promedio de los 5 o 10 metros segn el caso.


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El exponente es muy til para observar el movimiento del aumento de la presin deporo, sin necesidad de correlacionar con otros parmetros que a menudo no se tienendurante la perforacin de pozos exploratorios.

Al graficar el exponente dc contra la profundidad, se deber tener una curvapunteada; en esta curva se deber trazar una recta de tendencia que una la mayorcantidad de puntos. Es preferible hacer la lnea de tendencia en los primeros 500 o 700metros desde la superficie; la finalidad de esto es que la parte superior de los intervalosperforados casi siempre se encuentra con presin de poro normal.

Al unir la mayoria de puntos con la lnea de etendencia, esta lnea tendr un valor degradiente de 0.107 gr/cm/m (valor normal de presin de poro) y todos los puntos quecaigan sobre o muy prximos a la tendencia tendrn un valor de 1.07 gr/cm enequivalencia de densidad. (Ver grfica en el ejersicio ejemplo).

Cuando cambia el dimetro del agujero, se debe corregir la posicin de la lnea detendencia construyendo una paralela a la tendencia original para compensar eldesplazamiento de la misma por la diferencia de dimetro registrada en la frmulageneral del exponente dc. (Figura 22)

Lnea de etendencia

Cambio de barrena

Nueva tendencia

Disminucin del dimetro del agujero

Nueva tendencia

Figura 22. Desplazamientos de la tendencia normal de poro


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Si el cambio de barrena no afecta la tendencia normal que se tena, se contina conla misma lnea sin modificaciones.

Todos los puntos que se desplacen hacia la izquierda de la tendencia normal, indicanuna sobrepresin (Presin anormalmente alta) y los puntos que se desplazan por arribade la tendencia normal sern valores de presin subnormal.

Conociendo la presin de la formacin, conoceremos la densidad del lodoequivalente para mantener una presin hidrosttica que contrarreste la presin de laformacin.


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PRCTICA DE CLCULO DEL EXPONENTE dcProfundidad

(m)Vel. Perf.(8min/m)

rmp Psb(ton)

Bna.(pulg)

Desn. Lodogr/cm

exp dc(Adim.)

1700 3.06 180 3 8.5 1.251710 1.75 180 3 8.5 1.25

1720 3.51 180 3 8.5 1.251730 2.04 180 3 8.5 1.251740 2.01 180 3 8.5 1.251750 2.3 180 3 8.5 1.251760 2.98 180 3 8.5 1.251770 2 180 4 8.5 1.251780 2.5 180 4 8.5 1.251790 2.6 180 4 8.5 1.251800 3.5 180 4 8.5 1.251810 3 180 4 8.5 1.251820 4.8 180 4 8.5 1.251830 7.5 200 5 8.5 1.251840 5.8 200 5 8.5 1.251850 7.8 200 5 8.5 1.251860 7.7 70 5 8.5 1.251870 4.81 180 5 8.5 1.251880 5.32 180 5 8.5 1.251890 6.28 180 5 8.5 1.251900 3.78 180 5 8.5 1.251910 3.91 180 5 8.5 1.251920 3.9 180 5 8.5 1.251930 4.94 180 5 8.5 1.251940 1.12 180 5 8.5 1.251950 1.16 180 5 8.5 1.251960 1.19 180 6 8.5 1.251970 1.14 180 6 8.5 1.251980 1.55 180 6 8.5 1.25

1990 1.19 180 6 8.5 1.252000 1.18 180 6 8.5 1.252010 1.18 180 6 8.5 1.252020 1.17 180 6 8.5 1.252030 1.15 180 6 8.5 1.282040 1.19 180 6 8.5 1.282050 1.18 180 6 8.5 1.282060 1.11 180 5 8.5 1.282070 1.11 180 5 8.5 1.282080 1.17 180 5 8.5 1.282090 1.35 180 5 8.5 1.282100 1.81 180 5 8.5 1.282110 2.12 180 5 8.5 1.28

2120 2.45 180 5 8.5 1.282130 2.15 180 5 8.5 1.282140 2.2 200 5 8.5 1.282150 2.05 200 5 8.5 1.282160 2.16 200 5 8.5 1.282170 1.45 200 5 8.5 1.282180 1.36 200 6 8.5 1.28


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38

PRCTICA DE CLCULO DEL EXPONENTE dcProfundidad

(m)Vel. Perf.(8min/m)

rmp Psb(ton)

Bna.(pulg)

Desn. Lodogr/cm

exp dc(Adim.)

2190 2.24 200 6 8.5 1.282200 2.23 200 5 8.5 1.28

2210 2.39 200 5 8.5 1.282220 2.16 200 5 8.5 1.282230 2.11 200 5 8.5 1.282240 2.47 200 5 8.5 1.282250 2.26 200 6 8.5 1.282260 2.13 200 6 8.5 1.282270 2.35 200 6 8.5 1.282280 2.30 200 5 8.5 1.282290 1.64 200 5 8.5 1.282300 1.60 200 6 8.5 1.282310 1.27 200 6 8.5 1.282320 1.40 200 6 8.5 1.282330 1.42 200 6 8.5 1.282340 1.41 200 6 8.5 1.28

2350 1.29 200 6 8.5 1.302360 1.27 200 6 8.5 1.302370 1.30 200 6 8.5 1.302380 1.49 200 6 8.5 1.302390 1.34 200 6 8.5 1.302400 1.60 200 6 8.5 1.302410 1.59 200 6 8.5 1.302420 1.62 200 6 8.5 1.302430 1.58 200 6 8.5 1.302440 1.29 200 6 8.5 1.302450 1.64 200 6 8.5 1.302460 1.55 200 6 8.5 1.302470 1.46 200 6 8.5 1.30

2480 1.59 200 6 8.5 1.302490 2.15 200 6 8.5 1.302500 1.89 200 6 8.5 1.302510 4.93 120 3 8.5 1.302520 2.00 120 3 8.5 1.302530 2.57 120 3 8.5 1.302540 1.91 120 3 8.5 1.302550 2.18 120 2 8.5 1.302560 1.39 152 2 8.5 1.302570 1.911.76 152 2 8.5 1.302580 2.1 152 2 8.5 1.302590 5.08 152 2 8.5 1.302600 2.94 152 2 8.5 1.302610 8.8 152 2 8.5 1.302620 4.88 152 2 8.5 1.302630 8.8 152 2 8.5 1.302640 9.08 152 2 8.5 1.302650 0.89 152 2 8.5 1.302660 1.57 152 2 8.5 1.302670 1.24 152 2 8.5 1.302680 7.36 152 2 8.5 1.30


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39

GRAFICA DE EXPONENTE "dc"

0 0.5 1.0 2.0 2.5

1700

1800

1900

2000

2100

2200

2300

2400

2500

2600

6700

P

R

O

F

U

N

D

I

D

A

D

E

N

m

.


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40

GAS COMO PRINCIPAL INDICADOR DE PRESION

El incremento del gas en el lodo proveniente de la formacin, da un ndice paraconsiderar zonas de presin anormal. Al perforar la zona de transicin en forma

balanceada o ligeramente bajobalance, generalmente se detectar el gas rpidamentey se podr usar cualitativamente para estimar el grado de sobrepresin.

Si la composicin del gas no cambia, y si las propiedades del fluido de perforacin semantienen constantes, se puede asumir con seguridad que la presin de poro es mayorque la presin hidrosttica, si las lecturas de gas incrementan con la profundidad.

La presencia de gas se puede considerar bajo 4 caractersticas especiales.

GAS PRODUCIDO. Es el gas que se detecta durante la perforacin y que seincorpora al lodo al ser liberado por el corte de la barrena.

La roca, al ser fracturada o cortada por la barrena, libera los fluidos contenidos en lamisma. Estos fluidos, al ser acarreados hasta la superficie por el lodo de perforacin,son detectados e indican, de acuerdo a su magnitud, si una zona est sobrepresionadao tiene presin normal. (Figura 23)

Figura 23. Gas producido como indicativo de sobrepresin

2200 m

2230 m

2260 m

2290 m

2320 m

2350 m

2380 m

2410 m

Gas producido en unidades (gas total)0 50 100 150 200


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41

GAS DE FONDO. Es el gas que se introduce a la columna del lodo al suspender lacirculacin por efecto de disminucin de la DEC, y porque el enjarre an no se haformado. Se detecta como uno o varios picos de gas al transcurrir el tiempo de atraso al

reanudad la circulacin. (Figura 24)Este tipo de gas se registra cuando se suspende la circulacin para hacer algn

movimiento de bombas; tabin cuando de realiza un viaje a la zapata o a la superficie.Cuando esto ltimo sucede, los picos son mayores y de mas duracin pues interviene eltiempo que tarda en hacer el viaje y hace que la concentracin de fluidos sea mayor.

Figura 24. Pico de gas de fondo registrado al suspender circulacin.

GAS DE CONEXIN. Representa la accin del efecto de mbolo (al levantar lasarta) mas el periodo en que las bombas se paran con el objeto de agregar un tubo ouna lingada a la sarta de perforacin y es una medida del grado de balance esttico enel pozo.

Se registra como un incremento momentneo (cada 9 m o cada 29 maproximadamente) en la lectura de gas. Un aumento paulatino en las lecturas de gasconexin indica que se est penetrando una zona de alta presin de formacin; o sea,un incremento gradual en la presin de poro. (Figura 24)

2200 m

2230 m

2260 m

2290 m

2320 m

2350 m

2380 m

2410 m

Gas producido en unidades (gas total)0 50 100 150 200


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Figura 25.Picos de gas de conexin registrados durante las conexiones

GAS DE VIAJE. La Presin de succin o Swaving, es la resultante de la disminucin dela presin hidrosttica generada al sacar la tubera de perforacin con la barrena y queafecta directamente al control de la presin de poro o presin de formacin.

Despus de cualquier viaje de la tubera a la superficie para cambio de barrena, viajecorto o conexiones, al mover la sarta en sentido ascendente, se genera una reduccinde presin en el espacio anular precisamente en la parte inferior de la barrena debido aque el dimetro de la misma pasa tan cerca del agujero que no permite el llenado delodo a la misma velocidad con la que se mueve hacia arriba.

Los dispositivos de circulacin interior de la barrena (toberas) son tan reducidos quetampoco dejan pasar suficiente fluido para compensar el volumen de acero que sesaca. En estas condiciones, se presenta una disminucin en la presin hidrosttica dellugar por donde est pasando la barrena, presin que se calcula por la velocidad de

salida de la tubera de perforacin y las condiciones reolgicas del lodo.

Al disminuir la presin hidrosttica en el fondo, los fluidos contenidos en la roca puedenpenetrar a la columna del lodo si la presin diferencial no es muy grande Cuando alviajar, o despus de hacer algn movimiento de la sarta, se presentan lecturas grandesde gas en el lodo, es indicativo de que la presin de poro est muy cercana a ladensidad de lodo y los picos de gas reflejan de manera clara el valor de la presin deporo.

2200 m

2230 m

2260 m

2290 m

2320 m

2350 m

2380 m

2410 m

Picos de gas conexin en unidades0 50 100 150 200


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Este mtodo tiene tambin la particularidad de permitir el clculo de las zonas conmanifestacin de gas (Zonas geopresurizadas o zonas de presin) que no fuerondetectadas durante la perforacin.

Se registran como picos de gas en o cerca de los intervalos con presionesanormalmente altas. (Figura 26)

Figura 26. Gas de viaje o Gas de Swaving.

0 m

250 m

500 m

750 m

1000 m

1250 m

1500 m

1750 m

2000 m

2250 m

2500 m

2750 m

3000 m

Picos de gas de viaje en unidades0 50 100 150 200


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TEMPERATURA DE LA LNEA DE FLUJO. El cambio en el gradiente de temperaturadel lodo al salir a la superficie, puede indicar que una zona con presin alta estprxima a perforarse.

Las grandes cantidades de agua retenida en secciones de transicin con presinanormal, causan mayor porosidad y presin y como la conductividad trmica del aguaes de una tercera parte que la de la formacin, la conductividad trmica total de lamatriz y del fluido de formaciones con alta presin tiende a mantenerse y no seguir latendencia de gradiente, e incluso a disminuir. Esto evidentemente zonas conanormalidad trmica visibles en una columna graficada en profundidad contratemperatura. (Figura 27)

Figura 27. Anormalidad trmica en la zona de transicin.

Al considerar las temperaturas de circulacin del lodo para detectar una zona detransicin, es muy importante tomar en cuenta los siguientes factores:

Temperatura ambiente. Gasto de la bomba Volumen del sistema. Temperatura del lodo en la entrada. (Figura 28) Tiempo desde la ltima circulacin. Dimetro del agujero. Adicin de fluidos y materiales. Velocidad de penetracin. Mantenimiento del equipo de temperatura. Instalacin correcta de los sensores.

Figura 28. Formas correcta e incorrecta de instalacin del sensor de temperatura.

Tendencia normal

Anormalidad Trmica

Tem . L. flu o. 0 C 100


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45

Al bombear el lodo dentro de la tubera de perforacin, la temperatura en el espacioanular ocasionar que conforme vaya entrando al lodo, ir aumentando su temperatura.El principal factor que incrementa la temperatura del lodo es el contando directo con laformacin.

Los tiempos de baja circulacin favorecern a una baja temperatura del lodo en lalnea de flujo. Al contrario, los tiempos altos de circulacin incrementan la posibilidad deun flujo turbulento, lo cual tender a incrementar la temperatura del lodo, ya que msvolumen de lodo estar en contacto con las paredes del agujero.

Otro factor que influye en el aumento en la temperatura es la longitud del agujero.En los pozos marinos, el efecto de enfriamiento del lodo es mayor debido a la disipacindel calor dentro del tubo conductor que se encuentra rodeado por agua de mar.

Cuando se suspende la perforacin y se contina circulando hay un incremento detemperatura en la lnea de flujo. Este cambio en la temperatura est relacionado con lasdiferentes velocidades de la rotaria durante la perforacin y la circulacin; ya que laagitacin del lodo ser menor durante la circulacin y esto ocasiona que menorcantidad de lodo se encuentre en contacto con las paredes del agujero y conductor enlos pozos marinos y la disipacin de la temperatura sea menos en el tubo conductor.

PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR Y GRAFICAR LA TEMPERATURA DE LALNEA DE FLUJO.

Registrar simultneamente la temperatura en la entrada y la salida. Establecer lo gradientes de temperatura para cada barrena, graficando la

temperatura de salida contra profundidad. No conectar la ltima temperatura de una corrida de barrena con la primera

temperatura de una barrena nueva. La principal interpretacin de los cambios en el gradiente de temperatura sern

hechos sobre cada terminacin de la grfica de cada cambio de barrena. La sucesin de la grfica en cada corrida de barrena ser movida lateralmente para

formar una lnea continua. Ignrese el incremento o disminucin de temperatura cuando empieza la vida de

una barrena. Extrapolar la seccin normal de la curva. (Figura 29) Ignorar el incremento asociado con la circulacin de fondo para cambio de barrena,

ya que la variacin es debida a los cambios de condiciones de operacin. Omita los cambios de temperatura efectuados en la superficie por factores que

afectan la temperatura. Observe los incrementos repentinos en la diferencial entre temperatura entrada y

salida.


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Temperatura entrada Tendencia de gradienteTemperatura salida

Figura 29. Graficado de la temperatura para detectar anormalidades trmicas

DIFERENCIAL DE CLORUROSLOS.

A mayor profundidad el agua de la formacin es ms salina. Se entiende que laslutitas, as como las membranas semipermeables permiten el paso de agua peroretienen el escape de iones disueltos y esto conduce a un incremento de la salinidad enlas lutitas sobrepresionadas.

Como correlacin, los sedimentos depositados encima de las lutitas consobrepresin tendrn una salinidad menor que la normal.

En una situacin ideal, antes de encontrar una zona con presin anormalmente alta,la salinidad disminuir, para aumentar cuando se encuentre la sobrepresin. Esteaumento de salinidad afecta la concentracin de iones en el lodo.

Como la presin de formacin en una zona de transicin comienza a incrementarse yaproximarse a la presin hidrosttica, los fluidos de la formacin se filtran a la columnade lodo durante las conexiones y los viajes de la tubera.

2000 m

2250 m

2500 m

2750 m

3000 m

3250 m

3500 m

3750 m

Anormalidad trmica

Anormalidad trmica

Temperatura del lodo entrada, salida C0 20 40 60 80 100


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Si se lleva un rcord de la concentracin de salinidad en la entrada y salida del lodoa intervalos continuos, se podr detectar la entrada a una zona geopresurizada, ya quecada vez, la diferencial de cloruros entre la entrada y salida ser ms evidente. (Cuadro4)

Tambin durante la perforacin puede ocurrir que la presin de poro se aproxime a laDEC, siendo este el caso, el incremento de la salinidad en la fase acuosa del lodoprovee una diferencial de cloruros muy apreciativa para determinar una zona depresiones anormalmente alta. El incremento de cloruros en el lodo de salida es debido ala contaminacin del lodo por agua de formacin, debido a una baja presin diferencial.

Cuador 4. Diferencial de cloruros

INESTABILIDAD DEL POZO.

La instabilidad del pozo se presenta cuando las geopresiones anormalmente altasson controladas deficientemente por una columna hidrosttica con sobrebalancemnimo, igual o menor a la presin de la formacin. (Figura 30)

Los resultados de la inestabilidad son observados con la presencia de derrumbes enla salida del pozo; friccin de la tubera durante los viajes, alta torsin de la sarta deperforacin, presiones altas de circulacin, atorones, etc.

El mas importante y visible de estos efectos es la presencia de derrumbes, que sonfragmentos de roca que la presin de formacin empuja hacia el agujero y sonfcilmente reconocidos al salir a la superficie por su tamao y forma.

Prof.Clorurosentrada

Clorurossalida

Diferencialde cloruros

2550 m 3550 ppm 3590 ppm 40 ppm2600 m 3920 ppm 4020 ppm 100 ppm2650 m 3980 ppm 4030 ppm 50 ppm2700 m 3990 ppm 4050 ppm 60 ppm2750 m 4110 ppm 4630 ppm 520 ppm2800 m 4250 ppm 5110 ppm 860 ppm2850 m 4420 ppm 5770 ppm 1350 ppm2900 m 4670 ppm 6260 ppm 1990 ppm2950 m 5110 ppm 7630 ppm 2520 ppm3000 m 5650 ppm 9010 ppm 3360 ppm3050 m 5790 ppm 7770 ppm 1980 ppm3100 m 5810 ppm 5930 ppm 120 ppm3150 m 5840 ppm 5910 ppm 70 ppm

3200 m 5920 ppm 5980 ppm 60 ppm

Diferencial grfico de cloruros


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Presin de poro Densidad del lodoFigura 31. Inestabilidad del agujero visualizado con presin y densidad de lodo

CONDUCTIVIDAD

Partiendo del principio de que la mayora de los materiales inorgnicos disueltos en unmedio acuoso se ionizan. El lodo puede conducir una determinada corriente elctricadependiendo de la concentracin de iones y de la temperatura. Si se conservaconstante la temperatura de la solucin, se obtendrn conductividades que representanla cantidad de slidos disueltos.

Los cortes hechos por la barrena pueden aportar cierta cantidad de agua salada al

volumen del lodo ionizndolo, siendo posible medir su conductividad por un equipoapropiado para eso. El sensor de conductividad se coloca en el flujo del lodo de salidapara cuantificarnos el aumento de la ionizacin del lodo o la disminucin de la misma yuno ms en la presa del lodo de la entrada para una referencia patrn que sirve parareconocer la variacin neta de la conductividad en la salida. (Figura 32)

2000 m

2250 m

2500 m

2750 m

3000 m

3250 m

3500 m

3750 m

3800 m

Presin hidrosttica y de formacin en gr/cm0.50 1.00 1.50 2.00 2.50


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49

EntradaSalida

Figura 32. Forma correcta de instalacin de los sensores de conductividad

La conductividad se mide en Millimhos/cm a una temperatura constante de 25 C. Elsistema de control electrnico del equipo est programado para compensar los cambiosde temperatura del lodo.

Si sabemos que la mayor o menor ionizacin de una solucin nos da una mayor omenor conductividad, entonces, un aumento en la conductividad nos estar sealandouna mayor ionizacin de la solucin. Todas las sales disueltas en un lquido producenionizacin del lquido, por tanto, una variacin en la lectura de conductividad indicar elefecto abajo sealado. (Figura 33)

Curva A: Indica presencia deHidrocarburos.

Curva B: Indica presencia desal o domo salino

Curva C: Indica presencia deagua salada o zonageopresurizada

Figura 33

500

510

520

530

540

550

P

R

O

F

U

N

D

I

D

A

D

E

N

m

05 10 15 20 250

CO N D UC TI VI D AD mmh os /c m

CURVA "A "

CURVA "C"

CURVA "B "


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METODO PARA ESTIMAR LA PRESIN DE PORO USANDO EL dc

a) Graficar el Exponente dc contra profundidad

b) Trazar la lnea de Tendencia Normal sobre la mayora de los puntos graficados.Si los valores de dc son afectados considerablemente por elcambio de barrena(figura 21) ajustar la tendencia con otra paralela a la original y que una a la mayorcantidad de puntos posible.

c) Si hay cambios en el dimeto del agujero, ajustar la tendencia normal en lamisma forma del inciso anterior.

d) Seleccionar el punto de la curva del exponente dc en donde se desea calcularla presin de poro (Figura 22).

500

1000

1500

1750m B

2000. Lineade tendencia normal

3000 A

. Curva del exponente dc

3000 0.5 1.0 2.0 2.5

Figura 34. Seleccin de puntos para calcular la presin de poro


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Ejemplo: calcular la presin de poro a la profundidad de 2500 m con el valor delexponente dc graficado en el punto A (Figura 35)

Paso 1 Trazar una linea vertical ( A B ) desde el punto del exponente

dc que se quiera verificar, hasta que haga interseccin con la lneade tendencia de la presin de poro normal.

Paso 2 Calcular la presin de poro en el punto A considerando que elpunto B tiene el mismo gradiente de presin de poro (Normal)

PP = Profundidad * PPN = 2500 m * 0.107 kg/cm/m = 267.5 kg/cm

Paso 3 Obtener la presin de poro equivalente a densidad en el punto Adividiendo la presin calculada a 2500 m entre la profundidad delpunto B y el resultado multiplicarlo por 10.

Pres. Equivalente a densidad a 2500 m = (267.5 kg/cm / 1750 m)10PP = (267.5 / 1750 )10 = 1.528 gr/cm

FORMULA PARA CALCULAR LA PRESIN DE PORO

PP = S (( S PPn ) (Dco / Dcn)1.2 )

PP = 2.30 ((2.30 1.07) (Dco / Dcn) 1.2)

PP = 2.30 ( 1.23 ((Dco / Dcn) 1.2)

S = Presin de Sobrecarga 2.30 en gr/cm3

PPn = Presin de poro normal 1.07 gr/cmDco = Exp. Dc calculado.Dcn = Exp. Dc extrapolado con la lnea de tendencia

normal y el valor superior de la grfica1.2 = Exponente de perforabilidad de la roca.


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EJEMPLO: Dcn 1.80

500 0.5 1.0 2.0 2.5

1000

1500

1750m B

2000

. Lineade tendencia normal

3001 A

Dco 1.36 . Curva del exponente dc

3000 Figura 35.

PP = S (( S PPn ) (Dco / Dcn)1.2 )

PP = 2.30 ((2.30 1.07) (1.31 / 1.91) 1.2)

PP = 2.30 ( 1.23 ((1.31 / 1.91) 1.2)

PP = 2.30 (1.23 * 0.6360)

PP = 2.30 0.7823

PP = 1.52


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GRADIENTE DE FRACTURA

El gradiente de fractura es el esfuerzo que en necesario aplicar para levantar lasobrecarga; en otras palabras, es la presin que se debe aplicar para vencer la

resistencia de la roca y crear un fracturamiento.La frmula para calcular el gradiente de fractura por el mtodo de Matthews and

Kelly es la siguiente:

GF = PP + (Ki * EM)

GF = gradiente de fractura (gr/cm)PP = presin de poro (gr/cm)Ki = Constante de esfuerzo de matriz (psi/pie, en tabla siguiente)EM = Esfuerzo de matriz (gr/cm)

Existen varos mtodos y frmulas para calcular el gradiente de fractura; lamayora de ellos dan resultados prcticos que se pueden utilizar en la perforacin delpozo. La frmula mas utilizada es la siguiente:

GF = PP + (( S PP ) ( Po / (1 Po ))

GF = Grdiente de fractura en gr/cmPP = Presin de poro en gr/cmS = Presin de sobrecarga en gr/cmPo = Relacin de Poisson adimensional que vara de:

Po para areniscas 0.19 Po para lutitas (el mas usual) 0.21 Po para calizas cretosas no compactas 0.22 Po para calizas compactas 0.25

Ejemplo: Calcular el gradiente de fractura con los isguientes datos:

Profundidad = 2000 m

Presin de poro = 1.28 gr/cmSobrecarga = 0.204 kg/cm/m (ver tabla )Po = 0.21 adimencional.

GF= PP+(S PP) (Po/(1 Po)) = 1.28 +(2.04 1.28)(0.21/(1 0.21) = 1.48 gr/cmEsto quiere decir que el lmite mximo de la densidad del lodo a usar debe de ser de

1.48 gr/cm para no fracturar la formacin.


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Convertir de densidad de fractura a presin de fractura: (Prof. x GF)/10= 296 kg/cm

Otra ecuacin muy util y que proporciona buenos resultados del gradiete defractura es el mtodo de Ben Eaton.

GF = PP + ( S PP ) ( U / ( 1 U )

GF = Gradiente de fractura en gr/cmPP = Presin de poro en gr/cmS = Sobrecarga en gr/cmU = Relacin de esfuerzo de matriz (adimencional en tablas)En caso de no contar con las tablas calcularlo con (0.0471 x Prof) 0.2353

Se debe considerar que todos estos clculos de presin de fractura son elaboradosen el momento de la perforacin y nos dan un valor aproximado al equivalente dellevantamiento de la sobrecarga. Un mtodo mas exacto para conocer el valor real delgradiente de fractura se realiza despues de cementar alguna tubera de revestimiento.Se perforan 10 o 15 metros para tener agujero de cubierto y se efecta una prueba degoteo o Leak Off

PRUEBA DE GOTEO O LEAK OFF. Esta prueba consiste en aplicar dentro del pozola presin hidrulica necesaria para vencer la sobrecarga de la roca y el esfuerzo decohesin molecular de la misma y generar una prdida controlada de fluido. Figura 36

La prueba se suspende cuando la curva de presin inicia un descenco hacia laderecha que indica que la roca cede a la presin dejando que el fluido se introduzcadentro de la misma, pero sin generar una prdida total.

Al final de la prueba, se espera recuparar una cantidad del lodo inyectado, indicio deque no se ha deformado por completo la estructura fsca de la toca y que su elasticidadrecupera parte de la forma original regresando una cantidad proporcional del lodo quese introdujo, por presin, hacia la estructura rocosa sin deformarla permanentemente.

El mtodo correcto para hacer una prueba de goteo es el siguiente:

Perforar de 10 a 15 metros de agujero nuevo debajo de la zapata. Levantar la barrena a la zapata. Cerrar el preventor anular.


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Bombear lentamente por el interior de la TR a un gasto controlado, depreferencia con la unidad de lata presin.

Graficar el volumen bombeado contra presin superficial registrada hasta que sealcance el lmite de presin de prueba (Este lmite se obtiene cuando la aguja del

manmetro deja de moverse y empieza a disminuir la presin.) Parar el bombeo y registrar la presin instantnea de cierre, mantener el pozo

presionado por 10 minutos registrando la presin cada minuto. Abrir el preventor para descargar la presin y cuantificar el volumne de lodo

regresado. Finalmente se calcula la presin de fractura y se transforma a densidad

equivalente de fractura.

PRUEBA DE GOTEO O LEAK OFF

0

5

20

10

15

25

30

45

35

40

50

800 160 320240 400 480

Volumen de lodo bombeado en litros

Reistencia molecular

Bombeo suspendido

Presin instantne al cierre

Fin de la prueba

PRESIN

SUPERFICIALEN

kg/cm2 presin lmite

de prueba

Figura 36.


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Clculo del gradiente de fractura (GF) con la prueba de goteo.

DATOS:

PLP = (presin lmite de prueba) 41 kg/cm = 583 psiDl = Densidad del lodo 1.58 gr/cmProf = Profundidad 2950 mPH = Presin Hidrosttica en kg/cm (calcular)PF = Presin de fractura en kg/cm (calcular)GF = Gradiente de fractura equivalente a densidad (calcular)

PF = PH + PLP

PH = (Prof * Dl ) / 10 = (2950 * 1.58) / 10 = 466.10 kg/cm

PF = PH + PLP = 466.10 + 41.0 = 507.10 kg/cm

GF = (PF * 10) / Prof = (507.1 * 10) / 2950 = 1.72 gr/cm

Con la informacin de la prueba de goteo se puede calcular el valor de la resistenciade la roca a la ruptura, o sea, la resistencia molecular (RM) que opone la roca a lafractura o a la deformacin permanente.

Este valor es la diferencia entre la Presin Lmite de Prueva (PLP) y el punto depresin mximo bombeo. (PMB)

RP = Resistencia molecular kg/cmPMB = Presin mxima de bombeo en kg/cm

RP = PMB PLP = 46 41 = 5 kg/cm.

Convertido a densidad.RP = (5 * 10) / 2950 = 0.01695 gr/cm

Gradiente total de fractura o deformacin permanente.

GTF = 1.72 + 0.01695 = 1.7369 gr/cm


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RELACIN DE PROFUNDIDAD CONTRA GRADIENTE DE SOBRECARGA, COEFICIENTE DE ESFUERZODE MATRIZ (Ki) Y RADIO DE POISSON (U)

Profundidad Gradiernte de sobrecarga Esfuerzo de matriz (Ki) Radio de Poisson (U)

Metros Pies Kg/cm/m PSI/pie Ki (psi/pie) Ki kg/cm/m U psi/pie U Kg/cm/m112 400 0.1984 0.850

244 880 0.1984 0.855 0.2805 0.2735366 1200 0.1996 0.861 0.2900 0.2750

488 1600 0.2008 0.866 0.3014 0.2796

610 2000 0.2020 0.872 0.3128 0.2880

732 2401 0.2032 0.877 0.3242 0.2964

854 2801 0.2044 0.883 0.3357 0.3048

976 3001 0.2056 0.888 0.3471 0.3132

1098 3601 0.2068 0.894 0.3586 0.3216

1220 4001 .02080 0.900 .03700 0.3300

1342 4401 0.2088 0.9033 0.3745 0.3356

1464 4802 0.2096 0.9066 0.3790 0.3412

1586 5202 0.2104 0.9100 0.3835 0.3468

1708 5602 0.2112 0.9133 0.3880 0.3525

1830 6002 0.2120 0.9166 0.3925 0.3581

1952 6402 0.2128 0.9200 0.3970 0.3637

2074 6803 0.2136 0.9233 0.4015 0.3693

2196 7203 0.2144 0.9266 0.4060 0.3750

2318 7603 0.2152 0.9300 0.4105 0.3806

2440 8003 0.2160 0.9333 0.4150 0.3868

2562 8403 0.2168 0.9366 0.4195 0.3918

2684 8803 0.2176 0.9400 0.4240 0.3975

2806 9203 0.2184 0.9433 0.4285 0.4031

2928 9604 0.2192 0.9466 0.4330 0.4282

3050 10004 0.2200 0.9500 0.4375 0.4143

3172 10404 0.2205 0.9520 0.4420 0.4200

3294 10804 0.2216 0.9540 0.4465 0.4512

3416 11204 0.2214 0.9560 0.4510 0.4225

3538 11604 0.2219 0.9580 0.4555 0.42373660 12005 0.2224 0.9600 0.4600 0.4250

3782 12405 0.2229 0.9620 0.4610 0.4262

3904 12805 0.2234 0.9640 0.4620 0.4275

4026 13205 0.2238 0.9660 0.4630 0.4287

4148 13605 0.2243 0.9680 0.4640 0.4300

4270 14005 0.2248 0.9700 0.4650 0.4312

4392 14406 0.2253 0.9720 0.4660 0.4325

4514 14806 0.2257 0.9740 0.4670 0.4337

4636 15206 0.2262 0.9760 0.4680 0.4350

4758 15606 0.2267 0.9780 0.4690 0.4362

4880 16006 0.2272 0.9800 0.4700 0.4375

5002 16406 0.2277 0.9820 0.4710 0.4387

5124 16807 0.2282 0.9840 0.4720 0.44005246 17207 0.2286 0.9860 0.4730 0.4412

5368 17607 0.2291 0.9880 0.4740 0.4425

5490 18007 0.2306 0.9940 0.4750 0.4437

5612 18407 0.2301 0.9920 0.4760 0.4450

5734 18807 0.2306 0.9940 0.4770 0.4462

5856 19207 0.2304 0.9960 0.4780 0.4475

5978 19608 0.2315 0.9980 0.4790 0.4487

6100 20008 0.2320 1.000 0.4800 0.4500


58/95

58

0

600 m

1200 m

1800 m

2400 m

3000 m

3600 m

4200 m

4800 m

5400 m

6000 m.162 .163 .184 .196 .208 .220 .232 .234

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

GRADIENTE DE PRESIN DE SOBRECARGA


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59

Variacin mxima y mnima del radio de Poisson de acuerdo a laprofundidad

0

600 m

1200 m

1800 m

2400 m

3000 m

3600 m

4200 m

4800 m

5400 m

6000 m0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

SOBRECARGA EN ARCILLAS

SOBRECARGA VARIABLE


60/95

60

0

600

1200

1800

2400

3000

3600

4200

4800

5400

6000.2 .3 .4 .5 .6 .7 .8 .9 1

0. .3 .4 .5 .6 .7 .8 .9 1

Coeficiente de esfuerzo matricial -Ki mximo y mnimo; elegir eladecuado al valor real de presin observado (Matthews and Kelly)


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En los tiempos presentes, la produccin de gas y aceite se ha estado explorando yexplotando en intervalos muy superficiales. En el Litoral de Tabasco, part

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