INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

CIENCIAS DE LA TIERRA SECCIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIÓN

PLANEACIÓN ESTRATÉGICA EN LA PERFORACIÓN DE POZOS

“INTRODUCCIÓN A GEOPRESIONES”

PRESENTA

ING. OSCAR MARTIN CAMACHO FLORES

DR. ALONSO PÉREZ ESQUIVEL

MAYO DE 2014

2

Lava

Roca

Ignea

Roca

Metamórfica

Roca

Sedimentaria

Sedimentos

Ero

sio

n

Dep

osi

ció

n

Presión

Calor

Presión

Calor

El Ciclo de la Roca

3

Pf= ( rfl * D)/10 * 14.22

Pro

fun

did

ad

Verti

cal,

m

etr

os

Presión hidrostática durante Compactación Normal

Agua expelida durante compactación

Granos de

Sedimentos

Fluido Libre

Peso de los

sedimentos

soportados via

contacto de grano

a grano

D

Presión de Fluído, Pf, PSI

Río delta

Nivel del Mar

4

Presión Anormal debido a disequilibrio en la compactación

Presión Hidrostática

Agua expelida mientras los sedimentos se compactan

Granos de

sedimentos

Fluido libre

Algo del peso de

los sedimentos es

soportado por el

fluído Intersticial

Nivel del Mar

5

300m 1000m 3000m

= Agua Expelida

=Agua libre en Poros

= Agua Intersticial

= Arcilla

75.9% 73%

20%

4.1%

20% 20% 20%

80% 13.3%

66.7%

Sedimentación

Reciente

Deshidratación de Arcillas durante la compactación

(después de Dickinson,Gulf Coast, 1953)

6

Profundidad = 8m

Densidad = 1.48 g/cc

Sólidos = 33%

Fluídos = 67%

Profundidad = 210m

Densidad = 1.97 g/cc

Sólidos = 73%

Fluido = 27%

Profundidad = 100m

Densidad = 1.71 g/cc

Sólidos = 52%

Fluidos = 48%

0

0 .5

1

1.5

2

2 .5

0 10 0 2 0 0 3 0 0

Profundidad, m

Pes

o,

kg/m

3

Incremento de Densidad con el confinamiento

Orígines de la Presión Anormal (2)

7

Osmosis:

Movimiento del fluído a través de una membrana semi-permeable.

Fallas y Fracturas:

Conductos para presiones de zonas mas profundas o

Sellos que paran el movimiento del fluído.

Practicas de Perforación pobres en pozo vecino:

Sello defectuoso de zonas permeables.

Topografía:

Elevación del pozo relativa a superficies potenciométricas

Estructura:

Este se da en la zona de hidrocarburos.

8

Presiones de Acuíferos y potencias

Superficie Potenciométrica A

Presión Normal -

Elevación del pozo

igual a la elevación de

afloramiento

Superficie Potenciométrica

Presión

Subnormal -

Elevación del pozo

mayor que la elevación

del afloramiento.

A

Surperficie Potenciométrica

Sobrepresión-

Elevación del pozo

menor que la elevación

del afloramiento

A

Pozo artesiano fluyente

B

B

B

Origenes de las Presiones Anormales

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Paleo Presiones:

Levantamiento de compartimientos sellados

Compartimientos Presurizados:

Fallas selladas

Disolución de hidrátos:

Justo debajo del lecho marino en pozos en aguas profundas

Sal Masiva:

Sello perfectamente impermeable para acumulación de presión

Acción Capilar o Mineralización:

Normalmente crean ’cero' permeabilidad al movimiento vertical

del fluído

Indicativos de Presión Anormal

CPI Introducción a

Presiones de Formación

10

Gas:

Gas de Perforación

Gas de conección

Gas de viaje

Gas al apagar bombas

Temperatura:

Compara temperaturas de entrada y salida.

Cortes de sobrepresión:

Fácil de diferenciar cortes de PDC

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Temperatura Geotermal como indicador de sobrepresión

Zona

Temperatura

Incremento

Temperatura

Gradiente

Porosidad

Uso de datos de temperatura:

1. Registrar Tlodo entra Tlodo sale

3.Graficar DT

4. Gradiente ‘gradiente’

5. Registrar los parámetros de

MWD

Limitaciones:

1. Cambios ROP

2. Profundidad costa afuera

3. Adiciones al sistema de lodo

4. Cambios litológicos

CPI Introducción a

Presiones de Formación

12

Cortes de recortes como indicador de sobrepresión

Cantidad, forma, tamaño y color de los cortes son importantes. Con bajas o presiones

diferenciales negativas o alivio de esfuerzos en la paredes del pozo, la rotura de la roca en

forma de recortes alargados.

Lado Frente

Tope

Cortes de lutita

resultantes del

bajobalance

Secciones concavas,

delgadas y de forma de

aguja, estriadas

Cortes de lutitas

resultantes de alivio de

esfuerzos durante la

perforación - indican

esfuerzos laterales

excesivos en la

formación

Bloque, rectangular,

frecuetemente rajados

lado Frente

Tope

Indicadores de Compactación y Porosidad (1)

CPI Introducción a

Presiones de Formación

13

Velocidad Acústica / baja velocidad en formación, DT:

Sísmica (convencional)

Registros BHC y LWD

Efecto del Gas

Velocidad de Intervalo interpretado para estructura

Excentricidad

Resistividad

Short normal, inducción, propagación:

Registros : ILD y MWD

Conductividad de espacio poral

Salinidad

Temperatura

Indicadores de Compactación y Porosidad (2)

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Densidad

Registros y LWD.

Fuerte efecto de compensación de agujero.

Densidad de columna.

Exponente D

Ritmo de perforación normalizada para WOB, RPM y diámetro

de barrena

Peso del Lodo o corrección ECD

Correcciones de desgaste de barrena y cortes.

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Esfuerzos en la formación y Presiones

Sv

Sy Sx

S = Esfuerzo Total Externo

Sv = (Sobrecarga) Esfuerzo Vertical

Sx, Sy = Esfuerzos Horizontales

SV

s Pf

sH sh

Terzaghi Modelo de Esfuerzo

Efectivo

s - matríz o esfuerzo efectivo

Pf - Presión de Poro

sh - mínimo esfuerzo horizontal

sH - máximo esfuerzo horizontal

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Métodos empíricos de Cálculo de Presión de Poro

Método de Eaton Presión Poral de Resistividad(usualmente como gradiente, no

presión)

Pf = OBG - ((OBG - Pn) * (Ro / Rn)1.2) donde: Pf = gradiente de presión de formación

OBG = gradiente de presión de sobrecarga

Pn = gradiente de presión poral normal

Ro = resistividad de lutita observada

Rn = resistividad normal de lutita,

derivado de línea de tendencia

Presión de Poro del Sónico

Pf = OBG - ((OBG - Pn) * (DTn / DTo)3)

donde: DTn = tiempo de transito normal de lutita,

derivado de línea de tendencia

DTo = tiempo de transito observado de

lutitas

Presión de Poro del D-exponente

Pf = OBG - ((OBG - Pn) * (Do / Dn)1.2)

Donde: Do = observed D-exponent

Dn = normal D-exponent, from trend line

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Dureza de Formación / Gradiente de Fractura

Es muy importante estimar gradientes de fractura de forma que:

1. Determinamos la profundidad correcta de las TR´s.

2. Nos ayuda a evaluar la calidad de un LOT al saber el resultado aproximado

3. Determinamos los maximos pesos de lodo permitidos para cada sección del pozo

4. Determinamos presiones máximas permisibles mientras se mata un pozo

5. Planificamos la fractura hidraúlica del pozo

Definición:

Presión necesaria para crear o abrir

fracturas en el pozo, o el mínimo

principal esfuerzo, sx, en las paredes

del pozo sX

sZ

sY

Fracturas en la roca

perpendicular a la dirección

del mínimo esfuerzo vertical

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Métodos Teóricos o empíricos:

Hubbert & Willis 1957 Pilkington 1978

Matthews & Kelly 1967 Cesaroni et al 1981

Eaton 1969 Daines 1981

Anderson et al 1973 Breckels & van Eekelen 1982

Christman 1973 Bryant 1983

Los valores de Gradiente de Fractura están afectados por:

Esfuerzos Insitu - sX, sY, sZ Mud density, rheology and hydraulics

Orientación del agujero y geometría Formation temperature

Litologia y mineralogía

Dureza de la Formación / Gradiente de Fractura (2)

Importancia de estimar la Gradiente de Fractura

Uso de PP + GF para optimizar profundidad de casing, pozo costa afuera:

20

Uso de PP + GF para optimizar profundidad de TR´s, Pozo en tierra alta presión:

Monitoreo de PP

y GF crítico

mientras

tolerancias se

reducen con

incremento PP y

profundidad

Importancia del Estimado de Gradiente de Fractura