Geomecanica Aplicada a La Industria Petrolera

MCA

Schlumberger Geomechanics (SGM)

Geomecanica Aplicada en la Industria Petrolera

Elena Bentosa Geomechanics Engineer MCA

¿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.

Schlumberger Geomechanics (S

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 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

También necesario para planeación, impacto sobre el yacimiento y migración del en el sistema petrolero Schlumberger Geomechanics (S

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.


Estabilidad de Pozo SH max, Sh min, Pp, Sv, TSTR, Shazim

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

LC

PP

FG

MW Zona de Influjos

Zona de Colapso

Zona Estable

Zona de Pérdidas


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)


Restauración Estructural DEPOSITION

Name

Dep. from

Dep. to

Tertiary Cretaceous Triassic COMPRESSION Permian Carboniferous

COMPRESSION

Devonian

Silurian 13 Initials Ordovician 12/9/2011

Cretaceous 3.35 6.7 4.05 6.5 6.05 4.9 Ma Ma Tertiary Triassic Ordovician Present Silurian 6.35 5.2 3.7 5.75 5.5 4.4 2 1 Ma Ma Ma Ma Day Permian Carboniferous Devonian

Que Genera Sobrepresiones??


Que Genera Sobrepresiones??


Esfuerzos en la Tierra Existen 3 esfuerzos principales

σ1

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)

SHmax

Shmin

σ3 σ2

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


Tectonismo, estructuras y esfuerzos


Tectonismo, estructuras y esfuerzos Esfuerzos in situ

Análisis de los derrumbes

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 1D

• MEM relacionado a la profundidad vertical SHmax

2D

3D

4D

Shmin

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

Esfuerzos vertical y Horizontales pueden ser aproximados a los esfuerzos principales

Representación estructural Buzamientos complejos, espesor de capas y fallas Rotación de Estructuras complejas (Diapiros) S3 esfuerzos principales Estado de esfuerzos equilibrado S1 con presencia de

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

S2

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


Geomecánica de Yacimientos •

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 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 Fracturamiento 1.

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

2. 1. 2. 3. 4.

3.

Ubicación Espesor Longitud Altura

Resultados especiales de estudios de sensibilidad de los parámetros deseados

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

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


Geomecánica para Terminación Arenamiento

1. 2. 3. Deformación plástica horizontal inducida XX con un drawdown de 2000 kPa – Vista de planta

Optimización de la producción y escenarios de inyección Reducción de la producción de arena Mejor entendimiento de la estabilidad del pozo y diseño de terminación a través de la producción.


Geomecánica para Terminación Completaciones

1.

2. 3.

Deformaciones plásticas calculadas en la screen pipe de 7.53” al final de la producción, indicando cedencia en la sección de perforación

4.

Distribución de Esfuerzos y deformación a lo largo de la trayectoria del pozo Probabilidad y localización de fallas potenciales del pozo Probabilidad de colapso de tubería durante la producción/inyección. Probabilidad de deformación del cemento.


Geomecánica


Geomecánica Import VISAGE results in Petrel Transformar en Ventana Operativa

“Ventana Operativa”

Bajo

Alto Ppore

Ovalización

Pfrac

Pbreakdown

“Ventana Segura”

Fracturas

Dirección Esfuerzos

Dimensión de Ventana Operativa


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

Planeación y Trabajo de equipo en Acción.


Análisis de estabilidad de pozo

Restauración Geológica

Modelado de esfuerzos PreProducción

Modelado acoplado Estático /unidireccional

Modelado Acoplado Dinámico /bidireccional

Portafolio de Geomecánica para Yacimiento

Análisis de diseño de completaciones

Análisis del Manejo de Arenamiento

Simulación de Fractura Hidráulica


Geomecanica Aplicada a La Industria Petrolera

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