ESTABILIDAD DE POZOS (WELLBORE STABILITY) Zuly Calderón Carrillo
ESTABILIDAD DE POZOS •
Generalidades
•
Problemas asociados
•
Tiempos no productivos (NPT)
•
Mecanismos de falla
•
Problema del Piedemonte
•
Ventana segura de lodo
•
Factores que afectan afectan la estabilidad estabilidad
•
Estado de esfuerzos esfuerzos alrededor alrededor de un pozo
ESTABILIDAD DE POZOS •
Generalidades
•
Problemas asociados
•
Tiempos no productivos (NPT)
•
Mecanismos de falla
•
Problema del Piedemonte
•
Ventana segura de lodo
•
Factores que afectan afectan la estabilidad estabilidad
•
Estado de esfuerzos esfuerzos alrededor alrededor de un pozo
GENERALIDADES
Anál An ális isis is de est estab abil ilid idad ad de poz pozos os Definición
Objetivo: Investigar la inestabilidad potencial presente en un pozo, mediante el cálculo de la redistribución del estado de esfuerzos y compararlos con un criterio de falla seleccionado.
PERFORACIÓN DE UN POZO •
Roca Ro ca pe perf rfor orad adaa – se cambia por lodo
https://encryptedtbn2.gstatic.com/images?q=tbn:A Nd9GcTG1YAXKQhaGOoJR9FsfinBoB65aLqLK8 GdwDWrPgc2RQZj2ZDLag
http://www.pdvsa.com/PESP/Pages_pesp/ aspectostecnicos/images/barrera.jpg aspectost ecnicos/images/barrera.jpg
Causa redistribución de los esfuerzos insitu
Pedernales (Venezuela)
Cusiana (Colombia)
PROBLEMA CUSIANA v
= 11000 psi
H
= 14000 psi
P
h
= 7000 psi
INESTABILIDAD DE UN POZO •
Condición indeseable, no se mantiene la forma, ni el tamaño, ni la integridad pozo . –
Problemas mecánicos: se altera el equilibrio del estado de los esfuerzos insitu.
–
Problemas químicos: interacción del fluido de perforación con las formaciones.
–
Problemas de erosión: circulación del lodo.
PROBLEMAS ASOCIADOS ESTABILIDAD DE POZOS
PROBLEMAS ASOCIADOS
Aumento del diámetro del pozo
Fracturamiento
Disminución del diámetro del pozo
Colapso
AUMENTO DEL DIAMETRO POZO •
Comúnmente llamado washout
Causados por: 1
d a d i d n u f o r P
Erosión hidráulica – Abrasión mecánica de la sarta de perforación –
C2 C1
Caliper
AUMENTO DEL DIAMETRO POZO •
Washout
1
Problemas asociados: Incrementa el potencial de desviación del pozo – Operaciones de cementación difíciles – Mayores requerimientos de hidráulica para limpiar efectivamente el pozo – Dificultad en toma de registros eléctricos –
FRACTURAS INDUCIDAS Ocurre Plodo > Pfractura Problemas asociados: Pérdidas de circulación
–
Posibles patada ( kicks)
–
DISMINUCIÓN DEL DIAMETRO POZO • •
Proceso dependiente del tiempo (creep) Por lo general ocurre en secciones de lutita o sal (comportamiento viscoplástico)
Problemas asociados: – – –
Incremento del torque y arrastre Pega de tubería Dificultad para asentamiento de casing http://laotraopinion.net/wp-content/uploads/petroleo_domo.jpg
COLAPSO POZO •
Presión lodo es baja
Problemas asociados:
http://3.bp.blogspot.com/gPlVZMhXNwc/Tk_RgWb5Y3I/A AAAAAAACOc/YCcWT954du4/s1600/Dibujo4.JPG
Pega de tubería ( stuck pipe)
–
Posible pérdida del pozo
–
•
CONTROLAR INESTABILIDAD DE UN POZO Balance adecuado Factores incontrolables: Factores controlables: Esfuerzos insitu – Resistencia de la roca – Presión de poro –
http://www.slb.com/~/media/Files/resources/oilfield_r eview/spanish07/win07/las_rocas_importan.pdf
Densidad del lodo
–
Composición química
–
Trayectoria del pozo
–
http://www.quiminet.com/imagen/promisa_lodos_05.jpg
CONTROLAR INESTABILIDAD DE UN POZO •
No hacerlo: Diversas complicaciones
–
Pozos desviados (sidetrack)
–
Pozos abandonados
–
•
Necesario: –
Identificar la causa-raíz de los problemas de inestabilidad. http://www.well-flow.com/spanish/images/drilling_4.jpg
TIEMPOS NO PRODUCTIVOS NPT
http://i3.ytimg.com/vi/IchFCi-bXPo/0.jpg
NPT (Non productive time)
https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQGCL3LzKJBB9oBhsuMKF3YrVyaKvUSlVHDV_uCYEJ4bYxJWhh
NPT Le cuestan a la industria billones de dólares anuales (dinero pagado, barriles sin producir).
22% costo perforación Década mundial = NPT
pasada
50% asociados a problemas geomecánicos http://melodiaenlinea.com/blog/ wp-content/uploads/2013/02/dinero.jpg
Tendencia 90% NPT atribuido a pozos altamente complejos •
Hoy NPT continua siendo demasiado alto
NUEVOS ESCENARIOS Yacimientos altamente complejos • Lenticulares • Naturalmente fracturados • Pobremente consolidados • Con altas presiones y altas temperaturas • Tectónicamente activos • Aguas profundas y ultra-profundas • Yacimientos no convencionales (shale gas, oil shale, tight sands, CBM) •
NPT •
Problemas mas comunes Pérdidas de circulación ( lost of circulation) – Pega de tubería ( stuck pipe) – Colapso del pozo ( hole collapse) – Derrumbamientos ( washout ) – Dificultad en la toma de registros – Pobre cementación – derrumbamientos – Desvío del pozo ( sidetrack ) – Pérdida total del pozo –
CAUSAS IMPORTANTES NPT •
Lutitas constituyen la principal fuente de dificultades ocasionada mecánica y química.
•
por
interacción
Estos problemas generalmente se acumulan con el tiempo: a) Fragmentación de las paredes del pozo b) Transporte de estos fragmentos anular c) Colapso del pozo d) Tubería atascada (stuck pipe)
LUTITAS
http://marketplayground.com/wpcontent/uploads/2012/04/Shale-Investing.jpg http://4.bp.blogspot.com/_-1B7sItNMs/SgdE9fh1lbI/AAAAAAAAASo/ks6KhRszPto/s400/pizarras+2.jpg
http://cdmsmith.com/en-US/Insights/people-progressmagazine/September-2011/ /media/Images/Insights/peopleprogress/674x315/CDM_people_progress_shale_gas_ 4_rock_674x315.ashx
CAUSAS IMPORTANTES NPT •
Interacción lodo con formaciones perforadas: Tarea bastante difícil Función: composición, presión, temperatura, tasa de flujo, reología, etc …
Reducir NPT: Identificar pozos con altos índices de riesgo geomecánico • Manejar los recursos geomecánicos de manera óptima (personal capacitado, recolección de datos, herramientas de análisis, …) •
NPT
http://www.drillingcontractor.org/wp-content/uploads/2012/11/image004.jpg
NPT Dificultad para toma de registros
) g p l ( o d o l l e d o s e P
Sidetrack
Pérdida de circulación Pega de tubería
Profundidad TVD (ft)
(Modificado de Oort, et al. 2001,8)
MECANISMOS DE FALLA EN UN POZO
MECANISMOS DE FALLA •
•
Perforación modifica el estado inicial de esfuerzos y causa su redistribución en la vecindad del pozo. Esta redistribución del estado de esfuerzos puede
exceder la resistencia de la roca y ocasionar falla. Excede
la resistencia de cizalla de la formación (falla por compresión o por esfuerzos de corte) Excede la resistencia tensil (falla por tensión)
MECANISMOS DE FALLA Mohr-Coulomb
Von-Mises
Envolvente de falla Región inestable C
Envolvente de falla
J 2
Región inestable
Región estable
C
´ tan
Región estable
m
P o
PRESION DE CONFINAMIENTO Vs. RESISTENCIA
La resistencia inversamente proporcional a la porosidad Mayor presión, colapso de poro y mas resistente a la fractura
MECANISMOS DE FALLA FALLAS POR CIZALLA r
Pw
FALLAS POR TENSIÓN ANALOGIA
Densidad lodo
Condición , z, r
VENTANA SEGURA DE LODO
Regimen de esfuerzos Esfuerzos Insitu
Relación esfuerzos principales: falla normal v > falla rumbo deslizante H > falla inversa H >
(Anderson, 1951)
http://www.routetranspyreneenne.com/img/falla.jpg
> v > h> H
h
h v
Esfuerzos alrededor de un pozo zz
z P (x,y,z) (r, ,z) z r
y
Coordenadas cilíndricas
rz z rz
r
r
x
rr
z
(Tomado de Brady y Brown, 1985, 38)
a
pp
r
z z
x
y r
MECANISMOS DE FALLA FALLAS POR CIZALLA Presión del lodo no
es suficientemente alta para soportar las paredes del pozo
VENTANA SEGURA DE LODO
Breakout
Tórica (Toric) (Corte por hinchamiento)
Helicoidal (Helical)
Alargada (Elongated)
Presión del lodo
excesivamente alta
MECANISMOS DE FALLA FALLAS POR CIZALLA
r
Esfuerzos de corte Falla compresiva
Pw
Modo
Condición
Ruptura (B r e a k o u t ) Tórica (Toric ) Helicoidal (Helical ) Alargada (Elongated )
z r z r z r r z
(Modificado de Tan y Willoughby, 1993,102)
BREAKOUT Breakouts ancho
t > σa > σr
σ
Breakouts angosto
r > σa > σt
σ
Tomado: Tesis R. corzo, C. Rincón
Tomado: Rock Mechanics, Self Learning Package,
IMAGEN DEL REGISTRO UBI (Ultrasonic Borehole Imager)
Fracturas inducidas
h
Breakouts
Breakout
(Modificado de Zoback, et al, 2003, 1059) H
Fractura
BREAKOUTS Caliper 1
d a d i d n u f o r P
C1
C2
Caliper
Dispositivos de imagen Fracturas inducidas
UBI (Ultrasonic Borehole Imager )
FMI (Fullbore Formation MicroImager )
Breakouts (Modificado de Zoback, et al, 2003, 1059)
MECANISMOS DE FALLA FALLAS POR TENSIÓN
o
< r y - Pp < 0 Fractura Hidráulica
r
<
o
y r - Pp < 0 Exfoliación
Presión del lodo
Presión de poro mayor
excesivamente alta
a presión del lodo
VENTANA SEGURA DE LODO
MECANISMOS DE FALLA Fallas por cizalla o por esfuerzos de
corte
Fallas por tensión
Exceden la resistencia mecánica de la formación
Vencen la cohesión de la formación
http://ram.meteored.com/numero19/imagen/Desprendimientos.jpg
MONITOREO EN TIEMPO REAL
Monitoreo tiempo real Alerta de inestabilidades • Clasificación morfológica y volumen • Representa alteración cara pozo •
Dificultades: • Volumen de cvgs • Profundidad • Acciones remediales http://3.bp.blogspot.com/-iw0VowPd7NE/ThhZX Y_4sI/AAAAAAAAAKY/IlF8KE21pDg/s400/keyseat.gif
4.
Seguimiento de la Estabilidad en Campo
TIPOS DE CAVINGS Y SU ORIGEN Cavings Bandeja con cortes
ENERGIA PARA EL FUTURO
4.
Seguimiento de la Estabilidad en Campo
TIPOS DE CAVINGS Y SU ORIGEN Cavings Splintered
Se producen Por fallas de Tensión en zonas sobrepresionadas
ENERGIA PARA EL FUTURO
4.
Seguimiento de la Estabilidad en Campo
TIPOS DE CAVINGS Y SU ORIGEN
Cavings Tabulares
Se producen en zonas naturalmente fracturadas ENERGIA PARA EL FUTURO
4.
Seguimiento de la Estabilidad en Campo
TIPOS DE CAVINGS Y SU ORIGEN Cavings Angular
Acción remedial: !!! Circular para limpiar el anular !!! ENERGIA PARA EL FUTURO
TÉCNICOS Cuantificación volumétrica cavings
Elementos finitos (Fjaer
and Holt, 2008)
VENTANA SEGURA DE LODO
https://encrypted-tbn1.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcSJ0derQNsP9OjIM3RxqYAxTWVJPf7xWFmBq70pcLv0l0XVvD5
Factores cr í ticos que definen una ventana segura de lodo Fallas por tensión
Fallas por cizalla
Entrada de fluidos
Pp
Ventana segura
Colapso Mw
Pérdidas de circulación
h
(Modificado de Rasouli et al, 2011,46)
Pf
