ESTABILIDAD DE POZOS (WELLBORE STABILITY

Zuly Calderón Carrillo

ESTABILIDAD DE POZOS

(WELLBORE STABILITY)

• Generalidades

• Problemas asociados

• Tiempos no productivos (NPT)

• Mecanismos de falla

• Problema del Piedemonte

• Ventana segura de lodo

• Factores que afectan la estabilidad

• Estado de esfuerzos alrededor de un pozo



Zuly Calderón Carrillo CONSTRUIMOS FUTURO

GENERALIDADES

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.

Análisis de estabilidad de pozosDefinición


• Roca perforada – se cambia por lodo

PERFORACIÓN DE UN POZO

Causa redistribución de los esfuerzos insitu


https://encryptedtbn2.gstatic.com/images?q=tbn:A

Nd9GcTG1YAXKQhaGOoJR9FsfinBoB65aLqLK8

GdwDWrPgc2RQZj2ZDLag

http://www.pdvsa.com/PESP/Pages_pesp/

aspectostecnicos/images/barrera.jpg

http://www.pdvsa.com/PESP/Pages_pesp/aspectost



Pedernales

(Venezuela)

Cusiana

(Colombia)

PROBLEMA CUSIANA


H = 14000 psi

h = 7000 psi

v = 11000 psi

P

• 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.

INESTABILIDAD DE UN POZO



PROBLEMAS ASOCIADOS


PROBLEMAS ASOCIADOS


Disminución del

diámetro del pozo

Fracturamiento

Colapso

Aumento del

diámetro del pozo

• Comúnmente llamado washout

AUMENTO DEL DIAMETRO POZO

Causados por:

– Erosión hidráulica

– Abrasión mecánica dela sarta de perforación

1

Pro

fun

did

ad

Caliper

C1

C2


• Washout

AUMENTO DEL DIAMETRO POZO

Problemas asociados:

– Incrementa el potencial de desviación del pozo

– Operaciones de cementación difíciles

– Mayores requerimientos de hidráulica para limpiarefectivamente el pozo

– Dificultad en toma de registros eléctricos

1


Ocurre Plodo > Pfractura

FRACTURAS INDUCIDAS



– Pérdidas de circulación

– Posibles patada (kicks)

http://1.bp.blogspot.com/_3FmrDr3gCyc/TQqoGcBMN0I/AAAAAAAAIcM/WCl

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• Proceso dependiente del tiempo (creep)

• Por lo general ocurre en secciones de lutita o sal

(comportamiento viscoplástico)

DISMINUCIÓN DEL DIAMETRO POZO



– Incremento del torque y arrastre

– Pega de tubería

– Dificultad para asentamiento decasing

http://laotraopinion.net/wp-content/uploads/petroleo_domo.jpg

• Presión lodo es baja

COLAPSO POZO


– Pega de tubería (stuck pipe)

– Posible pérdida del pozo


http://3.bp.blogspot.com/gPlVZMhXNwc/Tk_RgWb5Y3I/A

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• Balance adecuado

CONTROLAR INESTABILIDAD

DE UN POZO


Factores incontrolables:

– Esfuerzos insitu

– Resistencia de la roca

– Presión de poro

Factores controlables:

– Densidad del lodo

– Composición química

– Trayectoria del pozo

http://www.quiminet.com/imagen/promisa_lodos_05.jpg

http://www.slb.com/~/media/Files/resources/oilfield_r

eview/spanish07/win07/las_rocas_importan.pdf

http://www.slb.com/~/media/Files/resources/oilfield_r

CONTROLAR INESTABILIDAD

DE UN POZO


– 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

• No hacerlo:


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:ANd9GcQGCL3LzKJBB9-

oBhsuMKF3YrVyaKvUSlVHDV_uCYEJ4bYxJWhh


Década pasada

Le cuestan a la industria billones de dólares

anuales (dinero pagado, barriles sin producir).

NPT

22% costo perforación

mundial = NPT

50% asociados a problemas

geomecánicos

• Tendencia 90% NPT atribuido a pozos altamentecomplejos

Hoy NPT continua siendo demasiado alto

http://melodiaenlinea.com/blog/

wp-content/uploads/2013/02/dinero.jpg

http://melodiaenlinea.com/blog/

CONSTRUIMOS FUTURO Zuly Calderón Carrillo CONSTRUIMOS FUTURO

• 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)

NUEVOS ESCENARIOS

• Problemas mas comunes

NPT

– 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


• Lutitas constituyen la principal fuente de

dificultades ocasionada por interacción

mecánica y química.

• 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)

CAUSAS IMPORTANTES NPT


LUTITAS

http://4.bp.blogspot.com/_-1B7sI-

tNMs/SgdE9fh1lbI/AAAAAAAAASo/ks6KhRszPto/s400/pizarras+2.jpg

http://cdmsmith.com/en-US/Insights/people-progress-

magazine/September-2011/-

/media/Images/Insights/people-

progress/674x315/CDM_people_progress_shale_gas_

4_rock_674x315.ashx

http://marketplayground.com/wp-

content/uploads/2012/04/Shale-Investing.jpg

• 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 riesgogeomecánico

• Manejar los recursos geomecánicos de maneraóptima (personal capacitado, recolección dedatos, herramientas de análisis,…)

CAUSAS IMPORTANTES NPT


NPT


http://www.drillingcontractor.org/wp-content/uploads/2012/11/image004.jpg

NPT


Profundidad TVD (ft)

Pega de tubería

Pe

so

de

l lo

do

(lp

g)

Sidetrack Pérdida de

circulación

Dificultad para

toma de

registros

(Modificado de Oort, et al. 2001,8)


MECANISMOS DE FALLA

EN UN POZO

• Perforación modifica el estado inicial deesfuerzos y causa su redistribución en la vecindaddel pozo.

• Esta redistribución del estado de esfuerzos puedeexceder la resistencia de la roca y ocasionarfalla.

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


MECANISMOS DE FALLA


Envolvente de

falla

Región

estable

Región

inestable

C

tan´ C

Mohr-Coulomb Von-Mises

Región

estable

2J

om P

Región

inestable

Envolvente de

falla

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

Densidad lodo

VENTANA SEGURA

DE LODO

Pw

r

FALLAS POR TENSIÓN

ANALOGIA

Condición

, z, r

Regimen de esfuerzosEsfuerzos Insitu


Relación esfuerzos principales:

falla normal v > H > h

falla rumbo deslizante H > v > h

falla inversa H > h > v

http://www.routetranspyreneenne.com/img/falla.jpg

(Anderson, 1951)


Esfuerzos alrededor

de un pozo

y

z

z

x

r

P (x,y,z)(r,,z)

rrz

rrz

r

z

rz

zz

(Tomado de Brady y Brown, 1985, 38)

z

x

y

pp

z

r

ra

(Modificado de Aadnoy y Looyeh, 2011, 155)

Coordenadas

cilíndricas

MECANISMOS DE FALLA


Breakout Tórica (Toric)

(Corte por hinchamiento)

Helicoidal (Helical) Alargada (Elongated)

FALLAS POR CIZALLA

Presión del lodo no

es suficientemente

alta para soportar las

paredes del pozo

Presión del lodo

excesivamente alta

VENTANA SEGURA

DE LODO

MECANISMOS DE FALLA


FALLAS POR CIZALLAEsfuerzos de corte

Falla compresiva

Modo Condición

Ruptura (Breakout) z r

Tórica (Toric) z r

Helicoidal (Helical) z r

Alargada (Elongated) r z

(Modificado de Tan y Willoughby, 1993,102)

Pw

r

BREAKOUT

σt > σa > σr σr > σa > σt

Tomado: Rock Mechanics, Self

Learning Package,

Schlumberger.

Tomado: Tesis R. corzo, C.

Rincón

Breakouts ancho Breakouts angosto

Jennifer Duarte

IMAGEN DEL REGISTRO UBI

Fracturas

inducidas

Breakouts

(Modificado de Zoback, et al, 2003, 1059)

(Ultrasonic Borehole Imager)

H

h

Breakout

Fractura

BREAKOUTS


Caliper

Dispositivos de imagen UBI

(Ultrasonic Borehole Imager)

FMI(Fullbore Formation MicroImager)

1

Pro

fun

did

ad

Caliper

C1

C2

Fracturas

inducidas

Breakouts

(Modificado de Zoback, et al, 2003, 1059)

MECANISMOS DE FALLA


FALLAS POR TENSIÓN

Presión de poro mayor

a presión del lodoPresión del lodo

excesivamente alta

VENTANA SEGURA

DE LODO

< r y - Pp < 0

Fractura Hidráulica

r < y r - Pp < 0

Exfoliación

oo

MECANISMOS DE FALLA


Fallas por cizalla o

por esfuerzos de

corte

Exceden la

resistencia

mecánica de la

formación

Vencen la cohesión

de la formación

Fallas por

tensión

http://ram.meteored.com/numero19/imagen/Desprendimientos.jpg

MONITOREO EN TIEMPO REAL

• Alerta de inestabilidades

• Clasificación morfológica y volumen

• Representa alteración cara pozo

Monitoreo tiempo real

http://3.bp.blogspot.com/-iw0VowPd7NE/ThhZX-

Y_4sI/AAAAAAAAAKY/IlF8KE21pDg/s400/keyseat.gif

Dificultades:

• Volumen de cvgs

• Profundidad

• Acciones remediales

TIPOS DE CAVINGS Y SU ORIGEN

ENERGIA PARA EL FUTURO

Cavings

Bandeja con cortes

4. Seguimiento de la Estabilidad en Campo



Se producen Por fallas de

Tensión en zonas sobrepresionadas

Cavings Splintered




Cavings Tabulares

Se producen en zonas naturalmente

fracturadas




Cavings Angular

Acción remedial:

!!! Circular para limpiar el anular

!!!


TÉCNICOS

(Gutiérrez, R, 2013)

Cuantificación volumétrica cavings

(Fjaer and Holt, 2008)

Elementos

finitos


VENTANA SEGURA DE

LODO

https://encrypted-tbn1.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcSJ0de-

rQNsP9OjIM3RxqYAxTWVJPf7xWFmBq70pcLv0l0XVvD5


Entrada

de fluidosPérdidas de circulaciónVentana

seguraColapso

PfMw h

Pp

(Modificado de

Rasouli et al, 2011,46)

Factores críticos que definen una

ventana segura de lodo

Fallas por tensiónFallas por cizalla



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