UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTAD DE INGENIERA DE PETRLEO, GAS NATURAL Y PETROQUMICA

DETERMINACIN DE LA DIRECCIN DE LOS ESFUERZOS HORIZONTALES MEDIANTE ANLISIS DE BREAKOUTS EN EL POZO. CAMPO DORISSA PERTESIS

PARA OPTAR POR EL TTULO PROFESIONAL DE: INGENIERO DE PETRLEO

ROBERTO DANIEL TORRES SANCHEZ

LIMA PER

2008

2

DEDICATORIA

A maestra vida por ensearme las bondades de Dios y enlazarme con la naturaleza de los seres que amo: mi Madre, mi Padre, mis hermanas y hermanos, mis familiares y amigos; a la sabidura y el conocimiento logrado gracias a disfrutar la vida con ellos.

A mi alma mater, la Facultad de Petrleo y Gas Natural de la UNI, por la educacin integral que recib en sus aulas y a sus catedrticos cuales fueron los transmisores idneos del saber.

A la compaa Schlumberger cuyo xito a nivel mundial habla de su calidad de servicio y al equipo de DCS Per conformado por excelentes profesionales y al cual me siento orgulloso de pertenecer; mis agradecimientos por brindarme su total apoyo, respaldo y el entorno para desarrollarme.

A la compaa Pluspetrol por haberme permitido realizar este estudio en el Campo Dorissa, tengo la conviccin que este estudio les servir de base para investigaciones y proyectos futuros en el desarrollo de esta zona.

3

CONTENIDO

DEDICATORIA .......................................................................................................... 2 PRLOGO................................................................................................................... 7 INTRODUCCIN ....................................................................................................... 9 TEXTO PRINCIPAL ................................................................................................. 111. EL REA DE ESTUDIO: CAMPO DORISSA ................................................................ 11 1.1 Localizacin ............................................................................................................ 11 1.2 Estratigrafa............................................................................................................. 14 1.3 Estructura................................................................................................................ 15 2. FUNDAMENTO TERICO ............................................................................................ 17 2.1 Esfuerzos ................................................................................................................ 17 2.2 Deformacin............................................................................................................ 20 2.3 Comportamiento de las rocas ................................................................................ 21 2.4 Curva Esfuerzo Deformacin .............................................................................. 22 2.5 Estado de los esfuerzos en la Tierra ..................................................................... 24 2.6 Mapa Mundial de Esfuerzos World Stress Map (WSM) .................................. 25 2.7 Mapas geolgicos................................................................................................... 27 2.8 Breakouts ............................................................................................................. 28 3. MTODO ....................................................................................................................... 35 3.1 Registros para identificacin de breakouts ......................................................... 35 3.1.1 Registro cliper orientado de 4 brazos ............................................................ 35 3.2 Preparacin de datos ............................................................................................. 40 3.3 Anlisis de datos..................................................................................................... 41

4

3.3.1 Caliban ............................................................................................................. 41 3.3.2 Microsoft Excel................................................................................................. 44 4. RESULTADOS .............................................................................................................. 45 4.1 Identificacin de breakouts .................................................................................. 49 4.1.1 Dorissa1 ........................................................................................................... 50 4.1.2 Dorissa2 ........................................................................................................... 54 5. DISCUSIN ................................................................................................................... 60 6. CONCLUSIONES .......................................................................................................... 62 7. RECOMENDACIONES.................................................................................................. 64

REFERENCIAS......................................................................................................... 65A) BIBLIOGRAFA ............................................................................................................. 65 B) APNDICES.................................................................................................................. 66 Otras herramientas para identificacin de breakouts ............................................... 66 a) Formation MicroScanner / Formation MicroImager ....................................... 66 b) Borehole Televiewer .......................................................................................... 68

5 Lista de ilustracionesIlustracin 1 Ubicacin del Lote 1AB Per... ..12 Ilustracin 2 - Ubicacin del Campo Dorissa Lote 1AB.. ..13 Ilustracin 3 Columna estratigrfica del campo Dorissa...... ..14 Ilustracin 4 - Alineamientos estructurales principales - Lote 1AB ... ..15 Ilustracin 5 - Mapa estructural Campo Dorissa... ..16 Ilustracin 6 - Fuerza en un punto P........................ ..17 Ilustracin 7 - Descomposicin bidimensional del esfuerzo normal y cortante...... ..18 Ilustracin 8 - Componentes deformacionales normal y cortante... ..20 Ilustracin 9 - Curva Esfuerzo Deformacin.... ..23 Ilustracin 10 - Mapa Mundial de Esfuerzos World Stress Map (WSM)............. ..26 Ilustracin 11 - Leyenda del WSM...... ..27 Ilustracin 12 - Falla Comportamiento frgil........ ..27 Ilustracin 13 - Plegamiento Comportamiento dctil. . ..28 Ilustracin 14 Concentracin de los esfuerzos alrededor del pozo... .. ..31 Ilustracin 15 Relacin entre la forma del pozo y P (pozo formacin)... ...... .31 Ilustracin 16 Breakout...... ..32 Ilustracin 17 - Trayectoria de pozos...... ..33 Ilustracin 18 - Optimizacin de fractura hidrulica..... . ..33 Ilustracin 19 - Baleo para evitar la produccin de arena ..34 Ilustracin 20 - Tortuosidad de las fracturas..... .. ..34 Ilustracin 21 - Geometra de la herramienta de cliper de 4 brazos en el pozo y las variables usadas para interpretar los breakouts. ... ..36 Ilustracin 22 - Tipos comunes de alargamientos del pozo y su respuesta en el registro cliper........ ..37 Ilustracin 23 - Algoritmo de la seccin transversal de un breakout del pozo............. ..38 Ilustracin 24 - Leyenda convencional del registro Caliban........................ ..43 Ilustracin 25 Flujo de trabajo.......... ..45 Ilustracin 26 - Mapa Mundial de Esfuerzos - Lote 1AB.... ..46 Ilustracin 27 - Direccin de los esfuerzos a partir del mapa estructural del Campo Dorissa. ..47 Ilustracin 28 - Registro de cliper orientado Dorissa1..... .. ..50 Ilustracin 29 - Registro de deteccin de breakouts mediante Caliban Dorissa1. ..51 Ilustracin 30 - Histograma de frecuencia de la direccin de los breakouts Dorissa1.. ..53 Ilustracin 31 - Direccin de los breakouts Dorissa 1.... .. ..53 Ilustracin 32 - Registro de cliper orientado Dorissa2.... ..54 Ilustracin 33 - Registro de deteccin de breakouts mediante Caliban Dorissa2.. ..55 Ilustracin 34 - Histograma de frecuencia de la direccin de los breakouts Dorissa2.. ..57 Ilustracin 35 - Direccin de los breakouts Dorissa2... ..57 Ilustracin 36 - Promedio de la direccin de los esfuerzos horizontales Campo Dorissa.... ..58 Ilustracin 37 - Direccin del Esfuerzo Horizontal Mximo Dorissa1 y Dorissa2...... ..58 Ilustracin 38 - Direccin del esfuerzo horizontal mximo en el Campo Dorissa WSM. ..59 Ilustracin 39 - Esquema de una herramienta FMS/FMI. ..66 Ilustracin 40 Modelo de registro de FMI ..67 Ilustracin 41 - Esquema del borehole televiewer....................... ..68 Ilustracin 42 Modelo de registro de BHTV. ..69

Lista de tablasTabla 1 - Criterio para identificacin de breakouts a partir del cliper orientado de 4 brazos de acuerdo a Plumb y Hickman... ..38 Tabla 2 - Clasificacin de calidad para los breakouts.. ..39 Tabla 3 - Anlisis de breakouts Dorissa1...... ..52 Tabla 4 - Anlisis de breakouts Dorissa2.................. ..56

6

Lista de Smbolos n x y xy yx 1 2 3 v h H Szz Srr S Sr = = = = = = = = = = = = = = = = = = = Vector esfuerzo en un punto dado Componente normal del vector esfuerzo Componente cortante del vector esfuerzo Esfuerzo en la direccin x Esfuerzo en la direccin y Esfuerzo cortante perpendicular a x en direccin y Esfuerzo cortante perpendicular a y en direccin x Deformacin longitudinal Deformacin cortante Esfuerzo principal mximo Esfuerzo principal intermedio Esfuerzo principal mnimo Esfuerzo vertical u overburden Esfuerzo horizontal mnimo Esfuerzo horizontal mximo Esfuerzo axial efectivo Esfuerzo radial efectivo Esfuerzo circunferencial efectivo Esfuerzo tangencial

7

PRLOGO

Este estudio consta de 7 captulos los cuales nos guiarn de manera gradual a encontrar el objetivo principal y motivo de este trabajo, se llegar a la determinacin de la direccin de los esfuerzos horizontales mediante anlisis de breakouts en el pozo que se realiz en el Campo Dorissa en el NE del Per.

El captulo 1 trata del rea de estudio, sobre su localizacin, estratigrafa y estructura para lograr un mayor conocimiento de donde se aplic este estudio y su configuracin geolgica.

El captulo 2 aborda el fundamento terico para el entendimiento de las bases, los principios y procedimientos adecuados para llevarlo a cabo y del valor e importancia de la consecucin de esta variable importante.

En el captulo 3 se aplica la metodologa adecuada usando los criterios indicados y manejo de datos ptimo.

8

En el captulo 4 se revisan los resultados obtenidos despus de aplicar eficientemente la metodologa.

En el captulo 5 se discute la calidad de los resultados as como las observaciones que se presentaron en el transcurso del estudio.

El captulo 6 contiene las conclusiones esenciales.

En el captulo 7 se dictan las recomendaciones para realzar este estudio.

Se agradece a las personas e instituciones que brindaron apoyo sustancial para realizar este trabajo. A continuacin se detallar el tratado.

9

INTRODUCCIN

El entendimiento de las caractersticas de un campo nos destinar inevitablemente a un mejor desarrollo de ste, por ejemplo, el conocimiento de los procesos en la corteza terrestre relacionados a los esfuerzos in situ como resultado de las actividades naturales (tectnica de placas, sismos, etc.) y de las resultantes de la actividad petrolera (perforacin y construccin de pozos, produccin de fluidos, etc.) es de suma importancia para la toma de decisiones de ingeniera asociadas a la estabilidad de pozos, diseo de baleo y fracturamiento, etc. Y otras etapas esenciales en la vida de un campo petrolero o gasfero.

Este estudio tiene como objetivos: mostrar y aplicar un procedimiento adecuado para estimar la direccin de los esfuerzos horizontales en el rea de estudio - el Campo Dorissa el cual no tena, hasta antes de este estudio, informacin alguna de este parmetro.

La teora de los breakouts y su mtodo nos brindar informacin sobre los esfuerzos en intervalos donde los breakouts ocurran en el pozo, las diversas aplicaciones de conocer la direccin de los esfuerzos a lo largo del desarrollo de la zona resaltar su importancia, adems, se discutir la calidad de los resultados

10

obtenidos y se conseguirn conclusiones y recomendaciones acerca de las acciones para realzar este estudio.

Los breakouts son zonas de falla de la pared del pozo en respuesta a altos esfuerzos tangenciales compresivos. Las fallas alargan la seccin transversal del pozo desde su forma circular original y son observados mediante registros geomtricos. El anlisis de los breakouts para obtener la direccin de los esfuerzos horizontales mediante registros de cliper orientado es capaz de brindar resultados fiables y precisos si se tiene en cuenta los criterios indicados para tal caso.

11

TEXTO PRINCIPAL

CAPITULO 1

1. EL REA DE ESTUDIO: CAMPO DORISSA

1.1 Localizacin

El Campo Dorissa, actualmente operado por la compaa Pluspetrol se ubica en la Cuenca Maran en el noreste del Per, dentro del Lote 1AB el cual se encuentra en el departamento de Loreto, entre los ros Pastaza y Corrientes. Fue descubierto en el ao 1978. (Ilustraciones 1 y 2)

12

Ilustracin 1 Ubicacin del Lote 1AB - Per

13

Ilustracin 2 - Ubicacin del Campo Dorissa Lote 1AB

14

1.2 Estratigrafa

La estratigrafa del campo Dorissa, ha sido ampliamente estudiada y se tiene una columna estratigrfica generalizada.

Ilustracin 3 Columna estratigrfica del campo Dorissa

15

1.3 Estructura

Por anteriores estudios de ssmica se tiene mapeado 4 alineamientos estructurales principales en el Bloque 1AB. La estructura Dorissa forma parte del

alineamiento: Carmen, Huayuri, Dorissa, Ceci.

Estas estructuras son del tipo anticlinales y monoclinales suaves relativamente simples; el buzamiento actual regional de la cuenca es muy suave de 1 a 2 grados en el bloque 1AB, incrementndose hacia el Oeste. [Seminario, 1999]

Ilustracin 4 - Alineamientos estructurales principales - Lote 1AB [1]

16

Ilustracin 5 - Mapa estructural Campo Dorissa

17

CAPITULO 2

2. FUNDAMENTO TERICO

Para comprender mejor este estudio emplearemos la mecnica de rocas, el estudio de la esttica y dinmica de rocas o masas de rocas; aplicaremos la ingeniera que envuelve especialmente la construccin de estructuras sobre o dentro de masas de rocas e incluye el proceso de diseo; y la geologa estructural, que trata con la descripcin y anlisis de la estructura de las masas de rocas.

2.1 Esfuerzos

Considerando un plano orientado aleatoreamente de rea A con un punto P en el centro dentro de un cuerpo a travs del cual se ejerce una fuerza resultante F, el vector esfuerzo en ese punto se define como:

Ilustracin 6 - Fuerza en un punto P [2]

18

Se expresa como fuerza por unidad de rea. Por convencin, la compresin es positiva. El esfuerzo resultante puede ser descompuesto en una componente normal n y una componente cortante .

Una cantidad infinita de planos pueden ser dibujados a travs de un punto dado variando, por la misma razn, los valores de n y . La condicin del esfuerzo, por lo tanto, depende de la inclinacin. Consecuentemente, para la descripcin completa de un esfuerzo se debe especificar su magnitud, direccin, sentido y adems la direccin de la superficie sobre la cual acta. En una situacin bidimensional (2D), si x, y y xy son conocidos, el estado de esfuerzo sobre cualquier plano con orientacin normal a un ngulo desde Ox puede ser derivado usando las siguientes expresiones:

Ilustracin 7 - Descomposicin bidimensional del esfuerzo normal y cortante [2]

19

Estas expresiones se obtienen escribiendo ecuaciones de equilibrio de fuerzas a lo largo de las direcciones n y , respectivamente. El equilibrio de momento implica que xy es igual a yx. Siempre existen dos orientaciones perpendiculares a A para el cual las componentes del esfuerzo cortante desaparecen; estos son conocidos como planos principales. Los esfuerzos normales asociados con esos planos son conocidos como esfuerzos principales. En dos dimensiones, las expresiones para los esfuerzos principales pueden ser encontrados colocando = 0 debido a que son los valores mnimo y mximo de los esfuerzos normales, se puede tomar su derivada con respecto al ngulo e igualarla a cero. En cada caso obtenemos la siguiente expresin para el valor de para el cual el esfuerzo cortante desaparece:

Y los dos componentes del esfuerzo principal 1 y 2 son:

Si este concepto se generaliza para tres dimensiones, puede mostrar que seis componentes independientes (tres componentes normales y tres cortantes) son necesarias para definir el esfuerzo sin ambigedad. El vector esfuerzo para cualquier direccin de A puede generalmente ser encontrado escribiendo ecuaciones de

20

fuerzas en equilibrio en varias direcciones. Tres planos principales para los cuales los componentes del esfuerzo cortante desaparecen y, por lo tanto, los tres esfuerzos principales existen. Es conveniente representar el estado de los esfuerzos a un punto dado usando mtodos grficos.

2.2 Deformacin

Cuando un cuerpo esta sujeto a un campo de esfuerzos, se deforma: las nuevas posiciones relativas de sus puntos interiores son tales que su posicin inicial y final no se corresponden mediante movimiento de cuerpo rgido (translacin y/o rotacin). La deformacin a lo largo de una direccin arbitraria puede ser descompuesta en dos componentes:

Ilustracin 8 - Componentes deformacionales normal y cortante [2]

21

La deformacin longitudinal (elongacin) se define como

La deformacin cortante se define como

Donde es el cambio del ngulo entre 2 direcciones que son perpendiculares antes de la deformacin.

Consecuentemente, la deformacin (una proporcin de longitudes o cambio de ngulo) es adimensional. Debido a que los esfuerzos compresivos son positivos, una deformacin longitudinal positiva () corresponde a una disminucin de longitud, y una deformacin cortante positiva () refleja un aumento en el ngulo entre dos direcciones que son inicialmente perpendiculares. Las deformaciones principales pueden ser definidas como componentes deformacionales longitudinales actuando en planos donde las deformaciones cortantes han desaparecido.

2.3 Comportamiento de las rocas

Cuando una roca o elemento de la tierra es sometido a una carga, se deforma; a mayor nivel de esfuerzos la roca experimenta mayor deformacin. Es un

22

importante aspecto de la mecnica de rocas determinar la relacin entre esfuerzo y deformacin.

2.4 Curva Esfuerzo Deformacin

La relacin tpica de esfuerzo deformacin para rocas se muestra en la ilustracin 9. La prueba es conducida bajo presin de confinamiento constante (pc) y una razn de deformacin axial constante. Las medidas incluyen los valores de esfuerzo axial, deformacin axial y deformacin radial. Cuando la presin confinante es aplicada a la muestra, el origen del plot esfuerzo deformacin es usualmente trasladado para remover la influencia de la carga hidrosttica en el esfuerzo y deformacin (el esfuerzo axial es la diferencial a pc).

Durante los estados iniciales de carga, desde O al punto A, la roca se pone rgida. Este rgimen no lineal es probablemente debido al cierre de microfallas preexistentes en la muestra. Si la carga aumenta mucho ms, la curva de esfuerzo deformacin se vuelve lineal (desde el punto A al punto B); sta es la porcin de la curva donde el comportamiento de la roca es cercanamente elstico. Si ocurre una descarga en esta regin, la deformacin regresa a casi cero, usualmente a lo largo de una ruta diferente. Este efecto es llamado histresis e indica alguna disipacin de energa durante el ciclo de carga y descarga. Cuando la roca es cargada ms all del punto B, se presenta un dao irreversible. Esto es mostrado por una disminucin de la curva de esfuerzo versus deformacin radial. En este estado, el dao no es visto en

23

la deformacin axial. En el punto C, la deformacin axial incluso se vuelve lineal, y ocurren eventualmente deformaciones largas. Si la roca es descargada en esta regin, deformaciones permanentes a esfuerzo cero son observadas. El punto D es la mxima carga que la roca puede sostener bajo una presin de confinacin dada. La roca se falla (la muestra pierde su integridad) en este punto. Alguna rocas, especialmente aquellas con alta porosidad, pueden no exhibir un esfuerzo tope mximo pero continan llevando un esfuerzo creciente (continan endurecindose).

Ilustracin 9 - Curva Esfuerzo Deformacin [2] [3]

24

2.5 Estado de los esfuerzos en la Tierra

El estado de los esfuerzos puede ser descrito por tres esfuerzos principales que son perpendiculares entre s: esfuerzo principal mximo 1, esfuerzo principal intermedio 2 y esfuerzo principal mnimo 3. Debido a que las direcciones de los esfuerzos principales son ortogonales, la direccin de dos esfuerzos principales automticamente describe la direccin de todos ellos.

El peso de los sedimentos, o esfuerzo overburden v, es usualmente uno de los esfuerzos principales. Los otros dos esfuerzos son por lo tanto horizontales. El azimut del esfuerzo horizontal mnimo h completa la descripcin de la orientacin de los esfuerzos, porque el esfuerzo horizontal mximo H es horizontal y ortogonal a h.

La metodologa para determinar los esfuerzos, verificando que la zona no se encuentre cerca a fallas mayores, es como sigue: El valor de v se determina primero. Segundo, la orientacin de h es determinada. Finalmente, el valor del esfuerzo mnimo como una funcin de la profundidad es determinado y comparado con el del overburden para determinar cual esfuerzo es el 3.

25

Dentro de estos parmetros la orientacin de los esfuerzos puede ser determinada usando diversos recursos. Las ms conocidas son: Mapa Mundial de Esfuerzos World Stress Map (WSM) Mapas Geolgicos Breakouts Fracturas inducidas por perforacin Anisotropa de ondas cortantes Pruebas en cores Poblacin de fracturas naturales Diagnstico de fracturas hidrulicas

2.6 Mapa Mundial de Esfuerzos World Stress Map (WSM)

Si no se cuenta con informacin disponible para el pozo o campo, se puede consultar el WSM que es la compilacin global actualizada de la informacin de los campos de esfuerzos en la corteza terrestre. El WSM es un proyecto colaborativo entre academia, industria y gobierno que ayuda a entender el origen y factores que controlan los esfuerzos en la litsfera. El WSM usa diferentes tipos de indicadores de esfuerzos y estn agrupados en 4 categoras [Zoback, 1992; Reinecker 2004]: 1. Mecanismos localizados de temblores 2. Breakouts y fracturas inducidas de pozos 3. Medidas de esfuerzos in situ (muestras de cores, fracturamiento hidrulico, etc.) 4. Datos geolgicos actuales (de anlisis de fallas-deslizamientos y alineamientos de grietas volcnicas)

26

Ilustracin 10 - Mapa Mundial de Esfuerzos World Stress Map (WSM) [4]

27

Ilustracin 11 - Leyenda del WSM [4]

2.7 Mapas geolgicos

Se debera examinar un mapa geolgico del campo para comprobar la existencia de fallas o plegamientos. En la vecindad de las fallas, los esfuerzos principales rotarn ms probablemente para alinearse paralelos a la superficie de falla (Barton y Zoback, 1994).

Ilustracin 12 - Falla Comportamiento frgil

28

Ilustracin 13 - Plegamiento Comportamiento dctil

2.8 Breakouts

La presencia de un pozo en la formacin genera un cambio local en los esfuerzos, un proceso denominado concentracin de los esfuerzos.

Los breakouts son el resultado del colapso de las paredes del pozo inducidos por los esfuerzos efectivos que se concentran en las paredes al momento de perforar el pozo. El alargamiento del pozo es causado por el desarrollo de planos de esfuerzos conjugados intersecndose. Los breakouts son simtricos, bilaterales y pueden ocurrir en largas secciones del pozo, y dentro de estas secciones, el mtodo de los breakouts provee informacin continua de la orientacin del campo de los esfuerzos.

29

Bell y Gough [1979] fueron los primeros en proponer una teora para la formacin de los breakouts y predijeron que son reas que se han derrumbado en cada lado del pozo centradas en la direccin del esfuerzo principal horizontal mnimo (donde la concentracin de los esfuerzos compresivos es la mayor). Ellos presentaron el mtodo analtico comnmente usado para predecir la teora de los breakouts. Este mtodo usa la solucin de Kirsh para calcular los esfuerzos alrededor de un hueco circular en un continuo isotrpico y linealmente elstico sujeto a un campo de esfuerzos tridimensionales. Kirsch [1898] desarroll un

sistema de ecuaciones para calcular los esfuerzos actuantes en una placa elstica isotrpica homognea delgada, conteniendo un hueco cilndrico, sujeto a un campo de esfuerzos principales mximo y mnimo efectivos. Asumiendo que el pozo es vertical, los esfuerzos principales en la pared del pozo son el esfuerzo radial efectivo (Srr), el esfuerzo axial efectivo (Szz) y el esfuerzo circunferencial efectivo (S). El esfuerzo radial efectivo acta normal a la pared del pozo. El esfuerzo axial efectivo acta en direccin paralela al eje del pozo. El esfuerzo circunferencial acta en direccin ortogonal al Srr y Szz (en la direccin horizontal en el plano tangencial a la pared del pozo).

Zoback [1985] expandi la teora de formacin de los breakouts en dos aspectos: Primero, aplic a los esfuerzos el criterio de falla de Mohr-Coulomb con cohesin y ngulo de friccin interna; segundo, incluan la influencia de la presin del lodo dentro del pozo y la presin poral en la formacin circundante. Las ecuaciones para los esfuerzos principales efectivos y esfuerzos cortantes que estn

30

actuando perpendicular al eje del pozo en la pared del pozo de acuerdo a Zoback [1985] son:

Donde Sr es el esfuerzo cortante, R es el radio del hueco, r es la distancia desde el centro del pozo, es el azimut medido desde la orientacin del SHmax, SHmax es el esfuerzo horizontal mximo efectivo, Shmin es el esfuerzo horizontal mnimo efectivo, P es la presin diferencial que es la diferencia entre Pw (presin del lodo en el pozo) y Pp (presin poral en la formacin circundante). La concentracin de esfuerzos predicha por estas ecuaciones se observa en la ilustracin 14.

En la pared del pozo donde R = r, las ecuaciones 9,10 y 11 se convierten en:

La medida de S vara con alrededor de la pared del pozo. Las ecuaciones (15) y (16) muestran los valores mximo y mnimo de S, los cuales se obtiene a = 90 y = 0, respectivamente. Los breakouts se formarn paralelos a la

31

orientacin del Shmin si S se vuelve mayor que la fuerza de la roca a = 90.

Ilustracin 14 Concentracin de los esfuerzos alrededor del pozo [3]

Ilustracin 15 Relacin entre la forma del pozo y P (pozo formacin)

32

Los primeros anlisis de breakouts se hicieron para pozos casi verticales, en un pozo vertical, la interpretacin es directa porque el azimut del breakout corresponde al azimut del h si el h es una direccin de esfuerzo principal. [Bell y Gough, 1979; Zoback, 1985]. Ms tarde, la teora se expandi para incluir pozos inclinados [Pska y Zoback, 1995; Zoback 2003].

Ilustracin 16 Breakout [5]

33

Se aplica el conocimiento de la direccin de los esfuerzos horizontales en: Diseo de trayectoria de pozos horizontales

Ilustracin 17 - Trayectoria de pozos [6]

Mejorar las fracturas hidrulicas

Ilustracin 18 - Optimizacin de fractura hidrulica

34

Prevencin de produccin de arenas

Ilustracin 19 - Baleo para evitar la produccin de arena

Mejorar la tortuosidad cercana al pozo por completaciones naturales

Ilustracin 20 - Tortuosidad de las fracturas

etc.

35

CAPITULO 3

3. MTODO

3.1 Registros para identificacin de breakouts

La orientacin de los breakouts del pozo puede ser medida usando registros mecnicos (cliper orientado de 3-4-6 brazos), acsticos (BHTV) o de resistividad elctrica (FMS/FMI). Registros pticos tales como BIPS y cmaras pueden ser usados para visualizar los breakouts. Mientras que los registros de BHTV y FMS/FMI proveen una excelente calidad de datos para el anlisis de breakouts, las cmaras como BIPS y registro de cliper orientado tienen una calidad menor, pero no por ello menos importante. Para tener ms informacin acerca de las herramientas actuales para identificar breakouts verificar la parte de los apndices.

3.1.1 Registro cliper orientado de 4 brazos

La manera ms simple para detectar breakouts es examinar las pistas tracks registrados por el cliper orientado de 4 brazos. Esta herramienta es comnmente corrida para obtener informacin sobre rumbo y buzamiento de los estratos y estimar el volumen de cemento requerido para el revestimiento. Pero adems puede usarse para interpretar los breakouts.

36

La herramienta es corrida en el pozo permitiendo que unos brazos con muelles se abran mientras pasan por alargamientos del hueco. [Bell y Gough, 1979; Plumb y Hickman, 1985]. El cliper de 4 brazos orientado magnticamente mide el dimetro del pozo en dos direcciones ortogonales en un sistema de brazos opuestos.

Ilustracin 21 - Geometra de la herramienta de cliper de 4 brazos en el pozo y las variables usadas para interpretar los breakouts. [7]

Las variables que brinda este registro y son necesarios para la interpretacin, son: P1AZ C1 y C2 azimut del brazo 1 relativo al norte magntico; cliper 1 (medida entre brazo 1 y brazo 3) y cliper 2 (medida entre brazo 2 y brazo 4). Ambos medirn el dimetro del hueco en 2

direcciones ortogonales; DEVI HAZI RB desviacin del pozo con respecto a la vertical; azimut del pozo; relative bearing, ngulo entre el brazo 1 y el lado superior del pozo.

37

Existe la siguiente relacin entre P1AZ, RB y HAZI:

Las tcnicas para la identificacin e interpretacin de breakouts han sido descritas en numerosas publicaciones [Plumb y Hickman, 1985; Reinecker, 2004] y recae en el anlisis de la forma de la seccin transversal del pozo.

Ilustracin 22 - Tipos comunes de alargamientos del pozo y su respuesta en el registro cliper

38

Los criterios para la identificacin de los breakouts a partir de las variables del cliper de 4 brazos: Tabla 1 - Criterio para identificacin de breakouts a partir del cliper orientado de 4 brazos de acuerdo a Plumb y Hickman [1985] 1.- La rotacin de la herramienta debe cesar al entrar en la zona de alargamiento. 2.- Debe haber clara rotacin de la herramienta al entrar y salir de la zona de alargamiento. 3.- La lectura del cliper menos alargado debe estar cerca al del dimetro de la broca (bit size). El tope y la base del breakout deben estar bien marcados. 4.- La diferencia de los cliper deben exceder un 10% al del bit size. 5.- La orientacin de la elongacin no debe coincidir con el lado superior del hueco en los pozos desviados ms de cinco grados (5). (Peligro de key seat) 6.- La longitud de la zona de alargamiento debe ser de ms de 1 m.

Ilustracin 23 - Algoritmo de la seccin transversal de un breakout del pozo [8]

39

Esta tcnica es muy firme para revelar la direccin de los breakouts, puede ser usada en grandes profundidades, y el procedimiento de evaluacin esta bien establecido [Plumb y Hickman, 1985].

La desventaja principal de este registro consiste en que no proporciona informacin sobre la forma de los breakouts en detalle. Se debe tener especial cuidado de no calificar equivocadamente rasgos tales como ojos de llave (keyseats) y sobrerrimado (overreaming) como breakouts.

La calidad de los datos del WSM ha sido catalogada de acuerdo a diferentes esquemas. Para los breakouts, la clasificacin de calidad depende de la longitud y desviacin estndar obtenida de los intervalos de breakout del pozo. [Zoback, 1992]. Tabla 2 - Clasificacin de calidad para los breakouts Breakout 10 zonas de breakout distintas y una Clasificacin de Calidad

longitud combinada 300 m en un solo pozo con una desv. est. 12; Promedio de breakouts en 2 o ms pozos en Calidad A

proximidad geogrfica con una longitud combinada > 300 m y desv. est. 12 6 zonas de breakout distintas y una longitud Calidad B

combinada > 100 m en un solo pozo con una desv. est. 20

40

4 zonas de breakout distintas y Calidad C

una longitud combinada 30 m con desv. est. 25 < 4 breakouts orientados consistentemente o de

longitud combinada < 30 m en un solo pozo; breakouts en un solo pozo con desv. est. 40 Pozos en el cual ningn breakout fiable fue

Calidad D

detectado. Dispersin extrema de las orientaciones, promedia

Calidad E

determinada no significativa (desv. est. > 0)

3.2 Preparacin de datos

Para obtener la direccin de los esfuerzos horizontales se busc en la base de datos del campo Dorissa los datos e informacin necesaria para este estudio, se encontr tres pozos: Dorissa1, Dorissa2 y Dorissa15 con registros de cliper orientado, los registros estn escaneados, los dos primeros del ao 1978 son de buena visibilidad a excepcin de algunos pequeos tramos donde es un poco difcil diferenciar las lecturas y el tercero es del ao 1991 cuya lectura es muy difcil y por lo tanto no se tom para el anlisis.

De las lecturas del registro se tabul las variables necesarias para el trabajo: profundidad (pies), gamma ray (gAPI), desviacin del pozo (grados

sexagesimales), relative bearing (grados sexagesimales), azimut del pozo (grados

41

sexagesimales), C1 (pulgadas), C2 (pulgadas). Luego se calcul el P1AZ (grados sexagesimales) usando la ecuacin 15.

Adems

se

relacion la

profundidad con la

formacin

litolgica

correspondiente a cada pozo para identificar si existe alguna respuesta en el perfil que tenga una correspondencia con la litologa.

3.3 Anlisis de datos

Se utilizaron dos Software para el anlisis de los datos de los registros en este estudio: Caliban de la plataforma GEOFRAME y Microsoft Excel. Los resultados que se generaban en cada etapa del proceso fueron examinados detenidamente para realzar la calidad de la informacin resultante.

3.3.1 Caliban

CALIBAN es un producto de deteccin de breakouts usado para caracterizacin anisotrpica de esfuerzos. incluyen: Cliper dual Inclinometra Los datos introducidos al CALIBAN

42

Los algoritmos usados en CALIBAN para detectar breakouts y determinar su direccin a partir de datos de cliper incluyen los siguientes criterios:

1. Los alargamientos del hueco del pozo en las direcciones del cliper dual son calculadas a partir de la diferencia entre los valores actual y nominal de los cliper. El valor nominal del cliper es el dimetro de la broca (bit size), pero puede ajustarse para permitir zonas lavadas washouts en un paso subsiguiente. El ajuste es importante si el breakout y washout ocurren simultneamente pero en direcciones perpendiculares tal que el efecto de una no sea enmascarado por el otro.

2. La diferencia entre alargamientos, el alargamiento diferencial se toma como una medida de ovalizacin. Para descontar pequeas diferencias en alargamiento, una marca de ovalizacin se coloca solamente cuando el alargamiento diferencial excede un lmite de ovalizacin.

3. El eje con el mayor alargamiento se toma como eje alargado y el azimut de este eje se deduce del azimut del cliper 1-3.

4. En todos los

puntos donde se encuentre la marca de ovalizacin, se

calcular la razn de aumento del cliper alargado. Si este excede un lmite de razn, una marca de breakout se enciende.

43

5. La marca de breakout se mantiene encendida hasta que la ovalizacin se encuentre debajo del lmite de ovalizacin.

Caliban al realizar su procesamiento genera como salida variables que son ploteadas y tabuladas, estos datos se tomarn en cuenta para su posterior anlisis:

AZIL (grados sexagesimales): Azimut del breakout BRKOUT: DCX (pulgadas): OVALN (pulgadas) Breakout (zona roja) Diferencia del dimetro del hueco Lmite de ovalizacin

Ilustracin 24 - Leyenda convencional del registro Caliban

44

3.3.2 Microsoft Excel

Microsoft

Excel se us para registrar los datos de los breakouts y

comprobar que cumplan los criterios de Plumb y Hickman [1985] y Reinecker [2003] para diferenciarlos de otras entidades tales como washouts y keyseats, se contabiliz el nmero de breakouts y para cada uno, se registr su profundidad, calcul su orientacin promedia, media y desviacin estndar. Adems se calcul la longitud total combinada de ocurrencia de breakouts y se catalog segn la clasificacin del WSM.

45

CAPITULO 4

4. RESULTADOS

Se cre un flujo de trabajo para poder realizar mejor este estudio:

Ilustracin 25 Flujo de trabajo

46

Aplicando la metodologa para hallar la direccin de los esfuerzos:

Primero se recurri al WSM. No hay ningn indicio sobre el estado actual de los esfuerzos en el Campo Dorissa.

Toda

Ilustracin 26 - Mapa Mundial de Esfuerzos - Lote 1AB [4]

47

Seguidamente observando el mapa estructural se infiri la direccin de los esfuerzos a un nivel zonal de acuerdo a su configuracin geolgica, que en este caso por ser un plegamiento anticlinal nos da una pista muy aproximada.

Ilustracin 27 - Direccin de los esfuerzos a partir del mapa estructural del Campo Dorissa

48

Luego se tomaron los datos de los pozos verticales Dorissa1 y Dorissa2 (desviaciones de 0-0.5 y de 0.1-2.5, respectivamente) que cuentan con registro de cliper orientado y se digitalizaron las lecturas para introducirlas al Caliban.

Caliban arroj los resultados preliminares tanto grficamente como tablas de donde se obtuvieron zonas donde existieron segn sus algoritmos los breakouts y la orientacin de los mismos.

Luego se introdujeron los resultados de Caliban a una hoja de clculo Excel donde se procedi a aplicarles condicionales adicionales, como por ejemplo, se coloc un lmite mximo de ovalizacin (para diferenciar zonas muy lavadas), se coloc un lmite para el cliper menor haciendo que sea menor que el 150% del bit size 8 (1.5 BS) para filtrar de los clculos los breakouts severos y otro lmite por longitud continua de breakouts en el pozo, mnimo 3 pies (1m) de longitud continua. Adems se us Excel para hacer anlisis estadsticos como nmero de breakouts, longitud total combinada, orientacin promedio, desviacin estndar, media y la calidad de los breakouts segn la clasificacin del WSM.

49

4.1 Identificacin de breakouts

Mediante el algoritmo de Caliban se tuvo un plot con los resultados procesados, aplicando luego la hoja Excel para refinar los datos se observ la presencia de los breakouts en ambos pozos bajo anlisis: Dorissa1 y Dorissa2. Se debi refinar los datos de salida del Caliban para obtener valores ms precisos evitando combinar en el anlisis caractersticas distintas como pueden ser washouts, breakouts severos, etc.

50

4.1.1 Dorissa1

La presencia de 7 breakouts que son identificados a partir de los 9776 pies en la formacin Capas Rojas Inferior cuyas orientaciones muestran una distribucin normal con una media de 18, un promedio de 15.89 y una desviacin estndar de 7.23. La longitud total combinada de los breakouts es 64 pies, todas las caractersticas nos indican la categora D segn el WSM.

Ilustracin 28 - Registro de cliper orientado Dorissa1

51

Ilustracin 29 - Registro de deteccin de breakouts mediante Caliban Dorissa1

52

Tabla 3 - Anlisis de breakouts Dorissa1

53

Histograma15 frecuencia 10 5 0 0 3 7 11 15 19 23 27 ShIlustracin 30 - Histograma de frecuencia de la direccin de los breakouts Dorissa1

100% 80% 60% 40% 20% 0%

Ilustracin 31 - Direccin de los breakouts Dorissa 1

54

4.1.2 Dorissa2

La presencia de 12 breakouts que son identificados a partir de los 10992 pies en las formaciones Cachiyacu y Chonta cuyas orientaciones muestran una distribucin normal con una media de 18, un promedio de 17.16 y una desviacin estndar de 11.73. La longitud total combinada de los breakouts es 85 pies, todas las caractersticas nos indican la categora C segn el WSM.

Ilustracin 32 - Registro de cliper orientado Dorissa2

55

Ilustracin 33 - Registro de deteccin de breakouts mediante Caliban Dorissa2

56

Tabla 4 - Anlisis de breakouts Dorissa2

57

Histograma10 frecuencia 8 6 4 2 0 0 3 7 11 15 19 23 27 31 35 ShIlustracin 34 - Histograma de frecuencia de la direccin de los breakouts Dorissa2

1 0.8 0.6 0.4 0.2 0

Ilustracin 35 - Direccin de los breakouts Dorissa2

58

De acuerdo a los datos de ambos pozos en la zona central del campo Dorissa la direccin del esfuerzo horizontal mnimo es 16.65 y la del esfuerzo horizontal mximo es 106.65.

Ilustracin 36 - Promedio de la direccin de los esfuerzos horizontales Campo Dorissa

Ilustracin 37 - Direccin del Esfuerzo Horizontal Mximo Dorissa1 y Dorissa2

59

Ilustracin 38 - Direccin del esfuerzo horizontal mximo en el Campo Dorissa WSM [4]

60

CAPITULO 5

5. DISCUSIN

En un principio se dese dividir el campo Dorissa en zonas separadas tales como norte, centro y sur para facilitar su estudio de tal manera que encontrramos la variable por zona y luego buscaramos correlacionar dicha variable integrando de esta manera todo el campo, pero se encontr que solamente existan 3 pozos con el registro cliper orientado de 4 brazos y de los cuales slo 2 fueron tiles, y se incluyeron en este estudio. Ambos se encuentran en la parte central de la estructura.

El WSM no nos proporcion ningn indicio sobre el estado de los esfuerzos en la zona de estudio, pero el mapa estructural nos mostr que Dorissa se trata de un anticlinal y nos da una idea de la direccin de los esfuerzos horizontales, aproximadamente 80 el esfuerzo horizontal mximo.

Teniendo en cuenta la variable de la profundidad de los registros se puede suponer que el overburden o esfuerzo vertical es el esfuerzo principal mximo (de mayor magnitud) y lgicamente los otros dos esfuerzos principales deben ser el horizontal mximo (de magnitud intermedia) y horizontal mnimo (de menor magnitud), ambos perpendiculares entre s.

61

Se determin la direccin de los esfuerzos principales analizando los breakouts, la direccin de los esfuerzos horizontales en la parte central del campo sera de 16.65 para el esfuerzo horizontal mnimo y 106.65 para el esfuerzo horizontal mximo.

Las categoras de los breakouts segn el WSM son D para Dorissa1 y C para Dorissa2, esto se debe a que el tramo de las zonas de breakout continua no es el suficiente (valor mximo obtenido: 30 m) para calificar a otra mejor categora, sin embargo, desde el punto de vista de la desviacin estndar, el obtener un valor