Geomecanica Aplicada a La Industria Petrolera

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Schlumberger Geomechanics (SGM) Geomecanica Aplicada en la Industria Petrolera Elena Bentosa Geomechanics Engineer MCA

Schlumberger Geomechanics (S

¿Qué es la Geomecánica?

• La geomecánica es la disciplina que integra la mecánica de rocas, la geofísica, geología, petrofísica, perforación y la producción, para cuantificar la respuesta de la tierra a cambios en: – los esfuerzos – la presión del yacimiento – la temperatura de la formación.

• La geomecánica nos permite: – Elaborar modelos predictivos y consistentes de esfuerzos

in situ y de las propiedades de las rocas para • Predecir la deformación del agujero y del yacimiento • Optimizar los planes de desarrollo del campo y encontrar

soluciones de ingeniería para diagnosticar problemas.


Donde Aplica?

• Perforación: Estabilidad del agujero, Predicción de presión de poro, Sal, Evitar sorpresa durante la perforación …

• Terminación: Manejo de arenas, Análisis de colapso de tubería, Perforación direccional…

• Yacimientos: Esfuerzos por permeabilidad, PPP en yacimientos, Sísmica 4D, Daños por producción, Subsidencia, Colapso de tubería de revestimiento…

PERFORACION


Porque es importante una buena estimación

También necesario para planeación, impacto sobre el yacimiento y migración del en el sistema petrolero

Seguridad: Influjos, Escurrimiento, gasificaciones y Brotes

Costos: pega de tubería/Tiempo de exposición por inestabilidad.

Tiempo: tiempo de penetración bajo por densidad de lodo alto


Ventana Operacional

Detalles mostrados en una Ventana de estabilidad incluyen: Zona de presión de poro: Durante la perforación bajo balance el tipo de derrumbes que

se pueden generar son astillados. Zona de colapso: El tipo de derrumbes en esta zona pueden ser angulares. Zona estable: Se mantiene la estabilidad de pozo. No se producen derrumbes

relacionados a falla mecánica de roca. Zona de pérdidas: En caso de perforar una zona fracturada/planos de debilidad, el tipo

de derrumbe que se puede producir en esta zona son blocosos y tabulares.


FG LC PP

MW

Zona de Influjos

Zona de Colapso

Zona Estable

Zona de Pérdidas

SH max, Sh min, Pp, Sv, UCS, Fang, Shazim

SH max, Sh min, Pp, Sv, TSTR, Shazim

Estabilidad de Pozo


Problemas de Perforación


Factores que influyen

Factores Químicos • Composición mineral de la roca (lutita)

• Mecanismo de interacción (Osmosis)

• Problemas en la Formación (por ser golpeada)


Factores que influyen

Factores Mecánicos

•Controlables

• Trayectoria (Azimut & Inclinación)

• Peso del lodo

• No Controlables

• Esfuerzos del campo

• Presión de Poro

• Propiedades Mecánicas de la roca


Consideraciones

1. En una sección del agujero se debe considerar como reacciona la roca a:

1. Fluidos de perforación

2. Presiones

3. Acciones Mecánicas

4. Esfuerzos & debilidades

2. Agujeros y Formaciones inestables son la causa de problemas de perforación relacionados a:

1. Pérdida de lodo

2. Empacamientos

3. Pegado de tubería

Zona no consolidada


Presión de Poro – Presión de Formación Presión de poro normal. Se refiere

a las presiones causadas por la columna hidrostática y que solo dependen de la profundidad y de la densidad del fluido involucrado. Presión de poro anormal. Las presiones de formación que no cumplan con el requisito anterior se dice que son presiones anormales, estas pueden ser anormalmente negativas (subpresiones) o anormalmente positivas (sobrepresiones)

13 Initials 12/9/2011 Ordovician Silurian Devonian Carboniferous Permian Triassic Cretaceous Tertiary 6.7 Ma

DEPOSITION

6.5 Ma 6.35 Ma 6.05 Ma 5.75 Ma 5.5 Ma 5.2 Ma 4.9 Ma 4.05 Ma 4.4 Ma 3.7 Ma 3.35 Ma 2 Ma 1 Ma Present Day

COMPRESSION COMPRESSION

Name Dep. from

Dep. to

Silurian

Devonian

Carboniferous Permian Triassic

Cretaceous

Tertiary

Ordovician

Restauración Estructural

Moderador

Notas de la presentación

Which were imported and build within Petromod


Que Genera Sobrepresiones??


Existen 3 esfuerzos principales Los Esfuerzos Principales son ortogonales y perpendiculares entre ellos

La superficie de la tierra esta aproximada a una superficie libre, entonces uno de los esfuerzos principales es vertical (Sv) y los dos otros son horizontales

Siempre son ortogonales, pero no necesariamente vertical y horizontal (Efecto de fallas)

También, el más grande de los esfuerzos principal no es necesariamente vertical (Regimen inverso o transcurrente)

Esfuerzos en la Tierra

ShminSHmax

σ2

σ3

σ1


Tectonismo, estructuras y esfuerzos


Tectonismo, estructuras y esfuerzos

Análisis de los derrumbes Esfuerzos in situ σ

z

σ H

σ h

Los breakouts (Ovalizaciones) están alineados paralelos al esfuerzo horizontal mínimo (En un pozo vertical).


Mecanismos de falla de la roca


Mecanismos de falla


Complejidad del MEM

• Buzamiento estructural simple • Considera fallas • Estado de esfuerzos aproximado

1D

2D

3D

4D

• MEM relacionado a la profundidad vertical

• Representación estructural • Buzamientos complejos, espesor de capas y fallas • Estructuras complejas (Diapiros) • Estado de esfuerzos equilibrado

• Análisis de los esfuerzos, deformaciones, fracturas, fallas, porosidad, permeabilidad con la producción

Esfuerzos vertical y Horizontales

pueden ser aproximados a los

esfuerzos principales

ShminSHmax

S3

S2

S1

Rotación de esfuerzos principales

con presencia de Sal, fallas, capas

inclinadas y anisotropía intr. extr.

Esfuerzos vertical y Horizontales no son

los esfuerzos principales


Modelo Mecánico del Subsuelo 1D

• Esfuerzos verticales • Esfuerzos horizontales mínimos y máximos + dirección • Presión de poro • Resistencia de la roca • Ángulo de fricción • Relación de Poisson • Módulo de Young • Tipo de roca

… versus profundidad vertical real


Modelo Mecánico de la Tierra 2D

• Buzamiento estructural simple • Puede introducir fallas • Estado aproximado de

esfuerzo • Los gradientes de

esfuerzo pueden cambiar lateralmente

• El esfuerzo no está equilibrado


Modelado de la Sal e influencia de esfuerzos

Sección Sísmica

YACIMIENTOS


Geomecánica de Yacimientos

• Calcula los cambios de los esfuerzos y las deformaciones en magnitud y orientación

• INICIAL: antes que la producción se inicie

• ACTUAL: estado de los esfuerzos en el presente

• FUTURO: Modela los efectos de la producción a través de la vida operativa del campo


• Modelaje geomecánico • La producción o la inyección

alterarán el yacimiento y sobrecargarán el estado de esfuerzo

• Evolución de estado de esfuerzos con producción

• Muchas aplicaciones; • Rendimiento de flujo –

cambios de permeabilidad

• Compactación y subsidencia

• Activación de fallas….

Geomecánica de Yacimientos


Geomecánica de Yacimientos Mejora en la Permeabilidad en fracturas (las barras rojas indican las trayectorias de los pozos)

Después de 2 años de producción



TERMINACION


Geomecánica para Terminación

Comparación entre disparos alineadas y no alineadas Los disparos orientados paralelamente al esfuerzo horizontal máximo minimizan la tortuosidad en la pared del pozo y minimiza el riesgo de empaquetamiento prematuro

Fracturamiento

Diagrama esquemático de la Geometría de fractura numérica asumido de un modelo 3D

1. Distribución de esfuerzos 3D a lo largo de la pared del pozo.

2. Geometría de la fractura 1. Ubicación 2. Espesor 3. Longitud 4. Altura

3. Resultados especiales de estudios de sensibilidad de los parámetros deseados


Geomecánica para Terminación Arenamiento

1. Optimización de la producción y escenarios de inyección

2. Reducción de la producción de arena

3. Mejor entendimiento de la estabilidad del pozo y diseño de terminación a través de la producción. Deformación plástica horizontal inducida XX con un

drawdown de 2000 kPa – Vista de planta


Geomecánica para Terminación

1. Distribución de Esfuerzos y deformación a lo largo de la trayectoria del pozo

2. Probabilidad y localización de fallas potenciales del pozo

3. Probabilidad de colapso de tubería durante la producción/inyección.

4. Probabilidad de deformación del cemento.

Deformaciones plásticas calculadas en la screen pipe de 7.53” al final de la producción,

indicando cedencia en la sección de perforación

Completaciones


Geomecánica


Geomecánica Import VISAGE results in Petrel Transformar en Ventana Operativa

Alto Bajo Ppore Ovalización Pfrac Pbreakdown

“Ventana Operativa”

“Ventana Segura”

Dirección Esfuerzos

Fracturas

Dimensión de Ventana Operativa


Planeación y Trabajo de equipo en Acción.

Preguntas?? – Discusión Gracias por su atención!!!


Análisis de diseño de

completaciones

Análisis del Manejo de

Arenamiento

Modelado de esfuerzos

Pre-Producción

Análisis de estabilidad

de pozo

Restauración Geológica

Simulación de Fractura

Hidráulica

Portafolio de Geomecánica

para Yacimiento Modelado

acoplado Estático

/unidireccional

Modelado Acoplado Dinámico

/bidireccional

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