REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA
FACULTAD DE INGENIERÍA DIVISIÓN DE POSTGRADO
PROGRAMA DE POSTGRADO EN GEOLOGÍA PETROLERA
CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA DE YACIMIENTOS CRETÁCICOS APLICANDO TECNOLOGÍAS MODERNAS DE PERFILAJE
Trabajo de Grado presentado ante la Ilustre Universidad del Zulia para optar al Grado Académico de
MAGÍSTER SCIENTIARUM EN GEOLOGÍA PETROLERA
Autor: OSCARELENA C. SANABRIA L. Tutor: Américo Perozo. Co-tutor: Orlando Zambrano. Asesores Industriales: Massiel Rangel. Miguel Vielma.
Carlos Mendez.
Sanabria L., Oscarelena C. ”Caracterización Geomecánica de los Yacimientos Cretácicos Aplicando Tecnologías Modernas de Perfilaje”. (2008). Trabajo de Grado. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. División de Postgrado. Maracaibo, Venezuela. 334 p. Tutor: Prof. Américo Perozo; Cotutor: Prof. Orlando Zambrano.
RESUMEN
Los problemas referentes al establecimiento de un plan de explotación óptimo que garantice la máxima recuperación de las reservas de un yacimiento y la complejidad de algunas áreas a desarrollar, hace necesario la utilización de herramientas y tecnologías que brinden información confiable y precisa que definan sus características con un bajo nivel de incertidumbre. Razón por la cual se propone caracterizar geomecánicamente los yacimientos cretácicos mediante la aplicación de técnicas modernas de perfilaje de pozos como lo representan los “Registros Acústicos Dipolares” y “Registros de Imágenes”. Para ello, fue necesario realizar una revisión bibliográfica de estas herramientas, seleccionar los pozos, recopilar y validar toda la información de los mismos: registros convencionales, especiales, entre otros. Procesar la información requerida para determinar las propiedades mecánicas dinámicas y estáticas, así como los módulos elásticos. Por otra parte, se definió el campo de esfuerzo del área lo que corresponde a magnitud y dirección, utilizando diversos métodos o metodologías planteadas en la bibliografía. Se determinó las densidades equivalentes de los pozos en estudio mediante el programa LMP (Logging Mechanical Properties), permitiendo así obtener perfiles continuos que representan el comportamiento presente a lo largo de la trayectoria del pozo. Por último, se establecieron correlaciones de manera que a partir de parámetros mecánicos dinámicos poder estimar los estáticos (Young, Corte y Volumétrico) para cada tipo de yacimiento por estructura y de manera general por formación para el campo en estudio, esta metodología permitió obtener un modelo ajustado a los módulos tanto estáticos como dinámicos permitiendo así conocer el comportamiento y extenderlos en un área del Campo cuando se requiera. La combinación de una variedad de distintas mediciones (registros convencionales, especiales, imágenes) junto a programas como lo representa el LMP como vía alterna permiten y optimizan la caracterización del yacimiento cuando se presentan condiciones limitantes para el estudio.
Palabras Clave: geomecánica, propiedades mecánicas, registros acústicos, campo de esfuerzos, registros de imágenes acústicas.
Sanabria L., Oscarelena C. ”Geomechanic Characterization of Cretaceous Reservoirs Applying Logging’s Modern Technologies”. (2008). Trabajo de Grado. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. División de Postgrado. Maracaibo, Venezuela. 334 p. Tutor: Prof. Américo Perozo; Cotutor: Prof. Orlando Zambrano.
ABSTRACT
Difficulties regarding to the establishment of an ideal exploitation plan that guarantees the maximum recovery of the reserves of a reservoir and the complexity of some areas of develop, makes necessary to use tools and technologies that give reliable and accurate information, in order to define their own characteristics with a low level of uncertainty. That is the reason of proposing the geomechanical characterization of the cretaceous reservoir through the application of modern logging techniques of ”Dipole acoustic logs” and ”Image logs”. For that, it was necessary to check the bibliography of these tools by mean of the selection of the wells, compiling and validation of the whole information available: conventional logs, special logs, and others. By the other hand, it was defined the stress field of the area corresponding to magnitude and direction, by using several methods described in the bibliography. Equivalent densities of the well were determined by the program LMP (Logging Mechanical Properties) that allow obtaining continuous logs that represent the present behavior along of well trajectory. At last, were established correlations in the way that through dynamics mechanical parameters it could be possible to estimate the static ones (Young, Shear and Volumetric) for each type of reservoir by structures and in a general way for formation in the field of study, this methodology allow getting a model adjusted to the static and dynamic models allowing the knowledge of their behaviors and extend them in the area were they could be required. The combination of several measurements (conventional logs, special logs and others) along with programs as the represented by the LMP as an alternate way allow and optimize the characterization on the reservoir when restricted condition are presented.
Key Words: geomechanic, mechanical properties of the rock, dipole acoustic log, field of stress, acoustic image log.
DEDICATORIA
A Dios por darme la fuerza y fe necesaria para continuar, por hacerme sentir su presencia en los momentos más difíciles de mi vida y por brindarme la oportunidad de ver hoy este sueño hecho realidad, que no hay meta imposible si confías y crees en ti, sobre todo en el…
A mis padres, pilares fundamentales en mi vida, quienes me brindaron su apoyo incondicional, constancia y paciencia en momentos buenos y malos, que son un gran ejemplo a seguir, espero ser un orgullo para ustedes…. Gracias!
A mis hermanos, por acompañarme en este camino recorrido, por demostrar que son capaces de luchar por lo que desean.
A mi familia, quienes siempre han creído en mí.
A mis grandes e incondicionales amigas, que han demostrado ser más que unas amigas unas hermanas, por estar allí siempre…
A todas aquellas personas que de una u otra forma hicieron posible la culminación de esta meta, a partir de la cual se inician otras...”El logro o fin de una meta implica el comienzo de otras”.
AGRADECIMIENTO
Hoy cuando he culminado una de mis principales metas en la vida y veo hecho realidad el resultado del esfuerzo realizado durante estos meses, quiero dar gracias de manera muy especial:
A Dios por ser mi pilar y fortaleza en los momentos más difíciles, permitiéndome cumplir con las metas que hasta hoy me he trazado.
A la Ilustre Universidad del Zulia por darme la oportunidad de formarme como una profesional con grandes valores éticos, morales y humanos.
A la Empresa Baker Hughes, excelente empresa de vanguardia, especialmente a las divisiónes de Inteq y Atlas por brindarme la oportunidad de culminar con unas de mis grandes metas y especialmente al departamento de Geociencia por dejarme formar parte de su personal, bridarme las herramientas necesarias y ayuda en todo momento para la realización de este Trabajo de Grado.
Al Sr. Pedro Melo, por brindarme la oportunidad de alcanzar esta meta tan grande en mi vida.
A los Ing. Miguel Vielma, Massiel Rangel, Carlos Méndez, Fabiola Ferrer, Maria Sierra, quien con su paciencia y apoyo durante el desarrollo de cada fase del presente estudio me guiaron a finalizar una de mis más anheladas metas.
A nuestro tutor académico el Ing. Américo Perozo por su ayuda y dedicación desinteresada, y por el ofrecimiento de grandes ideas tomadas de su larga experiencia tanto académica como laboral.
A los Ing. Luis Hau, Henry Caridad, Rafael Molero, Virginia Albornoz, Jenny Mendez, por su apoyo desde el inicio hasta el fin en este paso en mi vida.
A todos los profesionales integrantes de las divisiones, por su atenta y siempre gentil orientación, y a todas aquellas personas que me brindaron su desinteresada colaboración durante la elaboración de esta tesis.
TABLA DE CONTENIDO Página RESUMEN ……….. 3 ABSTRACT ………. 4 DEDICATORIA ………. 5 AGRADECIMIENTO ……….. 6 TABLA DE CONTENIDO ………... 7 LISTA DE TABLAS ………. 11 LISTA DE FIGURAS ……….. 14 CAPÍTULO I PLANTEAMIENTO Y JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN …… 25
1.1. Introducción ………. 25
1.2. Planteamiento y Formulación del Problema ……… 26
1.3. Justificación y Delimitación de la Investigación ……… 27
1.4. Alcance de la Investigación ………. 28 1.5. Objetivo General ……… 28 1.5.1. Objetivos Específicos ……… 29 1.6. Antecedentes de la Investigación ………. 30 1.7. Metodología a Utilizar ………. 37 1.8. Viabilidad de la Investigación ……… 38
1.9. Resultados esperados de la Investigación y Estrategias de Difusión o Implementación ……… 38
1.10. Cronograma de Actividades ……….. 39
II DESCRIPCIÓN GEOLÓGICA ….………. 41
2.1. Generalidades ………. 41
2.2. Ubicación y Características del Área ……… 42
2.3. Estructuras a Nivel del Yacimiento Cretácico ………. 43
2.3.1. Yacimientos Cretácicos: Estructura Sur y Cretácico Norte ………. 44
2.3.2. Yacimientos Cretácicos C0152: Estructura Cretácico Los Lanudos ……….. 45
2.3.3. Estructura Perforada por el pozo C-315X ………. 47
2.3.4. Estructura Perforada por el pozo C-312X ………. 47
2.4. Estratigrafía ……….. 48
2.5. Relación entre fallas, fracturamiento e intervalos Productivos ………. 51
2.7. Modelo Sedimentológico ……… 54
CAPÍTULO Página 2.8. Litofacies ……… 55
2.8.1. Litofacies del Grupo Cogollo ……… 55
2.8.2. Relación entre Litofacies y Fracturas ……….. 60
2.9. Litología ………. 62
III MARCO TEÓRICO ……… 64
3.1. Fundamentos de la Geomecánica.………. 65
3.1.1. Definición ….………. 65
3.1.2. Características especiales de los materiales geológicos. 65 3.1.2.1. Esfuerzos .……….……….………..…..…… 67
3.1.2.1.1. Esfuerzo Normal o de tensión ……….… 68
3.1.2.1.2. Esfuerzo de Corte, Cortante o de Cizalla … 69 3.1.2.1.3. Esfuerzo de un Plano Oblicuo …..……… 71
3.1.2.1.4. Esfuerzo Normal y Tangencial entre Partículas……….. 72
3.1.2.1.5. Esfuerzo Efectivo ….……… 73
3.1.2.1.6. Esfuerzo en Sistemas de Partículas …..…… 76
3.1.2.1.7. Esfuerzos Principales ………. 76
3.1.2.1.8. Esfuerzos Geoestáticos ……… 78
3.1.2.1.9. Esfuerzos Regionales ……….……….……. 89
3.1.2.1.9.1. Dirección de los Esfuerzos según el tipo de falla geológica, Modelo de Fallas según Anderson ………… 92
3.1.2.1.10. Esfuerzos Inducidos alrededor de la perforación …..………….……… 93
3.1.2.2. Deformación ……… 97
3.1.2.3. Resistencia ………..……… 99
3.1.3. Teoría de Elasticidad Lineal .……… 100
3.1.4. Teoría de Fallas ……….. 101
3.1.4.1. Circulo de Mohr, Criterio de Coulomb y Drucker-Prager ……… 107
3.1.4.1.1. Circulo de Mohr ………..…………. 107
3.1.4.1.2. Criterio de Mohr - Coulomb ……….. 108
3.1.4.1.3. Criterio de Drucker Prager …..……….. 110
3.1.4.1.4. Criterio de Falla por Tensión (Ventana Operacional) ………...………….... 112
3.1.5. Mecanismos de Fallas ..……….. 114
3.1.6. Efectos de otros Factores en la Resistencia ……… 118
3.1.7. Propiedades Mecánicas de la Roca ………..……… 120
3.1.7.1. Módulos Elásticos Dinámicos ………. 123
CAPÍTULO Página
3.1.7.2.1. Módulos Elásticos Estáticos a partir del
Software LMP (Logging Mechanical Properties) ………. 127
3.1.7.3. Ensayos de Laboratorio adicionales necesarios para definir las Propiedades de la Roca ………. 133
3.1.7.3.1. Compresión no confinada (UCS) ………. 133
3.1.7.3.2. Ensayo de Compresión Triaxial ……… 135
3.1.7.3.3. Ensayo de Cilindro Brasileño ………. 135
3.1.7.3.4. Ensaño de Coeficiente de Biot ………. 136
3.1.8. Componentes de un Modelo Mecánico del Subsuelo (MEM) ……… 136
3..1.8.1. Información y parámetros necesarios para la construcción de un Modelo Geomecánico y Establecimiento del Estado de Esfuerzo ………. 140
3.2. Herramientas Acústicas ……….……… 142
3.3. Aplicaciones Geomecánica en la Industria Petrolera …………. 147
3.4. Parámetros de diseño en la perforación ……… 150
3.4.1. Dirección e Inclinación del hoyo ……… 150
3.4.2. Densidad del fluido de perforación ……….. 152
IV MARCO METODOLÓGICO ……… 157
4.1. Generalidades ………. 157
4.2. Tipo de Investigación ………. 157
4.3. Proceso Metodológico Utilizado ……… 159
4.3.1. Revisión Bibliográfica ……….. 160
4.3.2. Selección de los Pozos a Estudio ……….. 160
4.3.3. Recopilación y Validación de la Información ……….. 161
4.3.4. Determinación de las propiedades mecánicas elásticas dinámicas de la roca ………..….. 166
4.3.5. Determinación de las propiedades mecánicas elásticas estáticas de la roca ……… 168
4.3.5.1. Estimación de las Propiedades Mecánicas Estáticas mediante el programa LMP (Logging Mechanical Properties) ...……….. 169
4.3.5.2. Estimación del Módulo de Young Estático a través de las correlaciones establecidas por Lacy ………. 174
4.3.6. Determinación del Campo de Esfuerzos ……….…….. 176
4.3.6.1. Magnitud de los Esfuerzos ……….. 177
4.3.6.1.1. Esfuerzo Horizontal Mínimo ……….. 177
4.3.6.1.2. Esfuerzo Horizontal Máximo ………. 180
4.3.6.1.3. Esfuerzo Vertical o Presión de Sobrecarga. 180 4.3.6.1.4. Presión de Poro ……… 181
4.3.6.2. Dirección de los Esfuerzos ……….. 182
CAPÍTULO Página 4.3.6.2.1. Esfuerzo Horizontal Máximo y Mínimo ……. 182
4.3.7. Determinación de parámetros de aplicabilidad Geomecánica ………. 188
4.3.7.1. Densidades Equivalentes: Iniciación y Propaga – ción de Fractura ……….. 188
4.3.8. Generación de correlaciones para la integración de los módulos geomecánicos dinámicos vs estáticos ……….. 189
4.3.9. Integración y presentación de resultados ……… 190
V PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ..……… 191
5.1. Caracterización Mecánica de la roca ……… 191
5.1.1. Determinación de las Propiedades Mecánicas elásticas dinámicas de la roca ……….… 191
5.1.2. Determinación de las Propiedades Mecánicas elásticas estáticas de la roca ……….… 200
5.1.2.1. Estimación de las Propiedades Mecánicas Estáticas mediante el programa LMP (Logging Mechanical Properties) y Módulo de Young Estático mediante las correlaciones establecidas por Lacy ……….. 200 5.2. Determinación del campo de esfuerzos ……… 236
5.2.1. Magnitud de los esfuerzos ……… 236
5.2.1.1. Esfuerzo Horizontal Mínimo ……… 237
5.2.1.2. Esfuerzo Horizontal Máximo ……… 241
5.2.1.3. Esfuerzo Vertical o Presión de Sobrecarga ………. 246
5.2.1.4. Presión de Poro ………. 247
5.2.2. Dirección de los Esfuerzos ……… 249
5.2.2.1. Esfuerzo Horizontal Máximo y Mínimo ……….. 250
5.2.2.2. Estimación de la dirección del esfuerzo regional a través del mapa mundial de esfuerzos ……… 283
5.2.2.3. Estimación de la dirección del esfuerzo mediante estudio previo (SPE 97384) ……… 283
5.3. Determinación de parámetros de aplicabilidad geomecánica. 286 5.3.1. Densidades equivalentes: Mínima, Iniciación y Propagación de Fractura ……….……… 286
5.4. Generación de correlaciones para la integración de los módulos geomecánicos dinámicos vs estáticos ……….. 295
VI CONCLUSIONES ………..……… 327
VII RECOMENDACIONES ……….……… 331
LISTA DE TABLAS
Tabla Página
1 Cronograma de actividades de la investigación ………. 39
2 Características de los materiales geológicos fundamentales para estudios geomecánicos ………..………. 66
3 Parámetros Elásticos en Rocas y Minerales …….……… 123
4 Resumen de las relaciones entre las diferentes constantes elásticas ………..……….……….. 127
5 Clasificación de la resistencia de la roca ……… 134
6 Fuentes de Información utilizadas para construir un Modelo Geomecánico. Datos de geología, mapas estructurales y datos de sísmica (identificación de regímenes) que ayudan al entendimiento del dirección del esfuerzos ……….. 141 7 Construcción del Modelo o Estado de Esfuerzos ……… 142
8 Propiedades Mecánicas Dinámicas promedio correspondiente a los pozos que conforman la Estructura Cretácico C0152 …. 192 9 Propiedades Mecánicas Dinámicas promedio correspondiente a los pozos que conforman la Estructura Cretácico Sur …..…. 192
10 Propiedades Mecánicas Dinámicas promedio correspondiente a los pozos que conforman la Estructura Cretácico Norte ….. 193
11 Propiedades Mecánicas Estáticas promedio correspondiente a los pozos que conforman la Estructura Cretácico C0152 …. 227 12 Propiedades Mecánicas Estáticas promedio correspondiente a los pozos que conforman la Estructura Cretácico Norte ..…. 228
13 Propiedades Mecánicas Estáticas promedio correspondiente a los pozos que conforman la Estructura Cretácico Sur …..…. 230
14 Valores típicos para la relación de Poisson ……….. 216
15 Promedio del Gradiente del Mínimo Esfuerzo Horizontal, obtenidos a partir de las ecuaciones establecidas por Económides & Hill y Eaton ………. 237
16
Magnitud del Esfuerzo Horizontal Mínimo correspondiente a los pozos que conforman la Estructura Cretácico C-0152 del Campo la Concepción, según las formaciones atravesadas por los mismos ……….
239
17
Magnitud del Esfuerzo Horizontal Mínimo correspondiente a los pozos que conforman la Estructura Cretácico Sur del Campo la Concepción, según las formaciones atravesadas por los mismos ……….
239
18
Magnitud del Esfuerzo Horizontal Mínimo correspondiente a los pozos que conforman la Estructura Cretácico Norte del Campo la Concepción, según las formaciones atravesadas por los mismos ……….
Tabla Página 19 Promedio de las sensibilidades (10%, 20% y 30%) estimadas para el Máximo Esfuerzo Horizontal, obtenidos a
partir del Esfuerzo Horizontal Mínimo ………. 241
20
Magnitud del Esfuerzo Horizontal Máximo correspondiente a los pozos que conforman la Estructura Cretácico C-0152 del Campo la Concepción, según las formaciones atravesadas por los mismos ……….
244
21
Magnitud del Esfuerzo Horizontal Máximo correspondiente a los pozos que conforman la Estructura Cretácico Sur del Campo la Concepción, según las formaciones atravesadas por los mismos ……….
244
22
Magnitud del Esfuerzo Horizontal Máximo correspondiente a los pozos que conforman la Estructura Cretácico Norte del Campo la Concepción, según las formaciones atravesadas por los mismos ……….
245
23 Presión o Gradiente de Poro estimado para las diferentes áreas cretácicas del Campo La Concepción ………. 248 24 Resumen del Campo de Esfuerzo para cada estructura cretácica que conforma al campo en estudio ………. 249
25
Valores Promedios correspondientes a las densidades equivalentes estimados a partir del programa LMP (Logging Mechanical Properties) para la Estructura Cretácico C-0152 que conforman al Campo La Concepción de acuerdo las formaciones presentes………..
290
26
Valores Promedios correspondientes a las densidades equivalentes estimados a partir del programa LMP (Logging Mechanical Properties) para la Estructura Cretácico Sur que conforman al Campo La Concepción de acuerdo las formaciones presentes ……….
290
27
Valores Promedios correspondientes a las densidades equivalentes estimados a partir del programa LMP (Logging Mechanical Properties) para la Estructura Cretácico Norte que conforman al Campo La Concepción de acuerdo las formaciones presentes ……….
291
28
Correlaciones del Módulo de Young Estático en función del Dinámico para las diferentes Estructuras Cretácicas que conforman al Campo La Concepción según las formaciones presentes ………
296
29 Correlaciones del Módulo de Young Estático en función del Dinámico para el Campo La Concepción según las formaciones presentes ………. 296
30
Correlaciones del Módulo de Corte Estático en función del Dinámico para las diferentes Estructuras Cretácicas que conforman al Campo La Concepción según las formaciones presentes ………
Tabla Página 31 Correlaciones del Módulo de Corte Estático en función del Dinámico para el Campo La Concepción según las
formaciones presentes ………. 304
32
Correlaciones del Módulo Volumétrico Estático en función del Dinámico para las diferentes Estructuras Cretácicas que conforman al Campo La Concepción según las formaciones presentes ………
311
33 Correlaciones del Módulo Volumétrico Estático en función del Dinámico para el Campo La Concepción según las formaciones presentes ………. 312
34
Correlaciones del Módulo de Young Estático estimado por las ecuaciones establecidas por Lacy en función del Estático calculado por el programa LMP, para las diferentes Estructuras Cretácicas que conforman al Campo La Concepción según las formaciones presentes ……….
319
35
Correlaciones del Módulo de Young Estático estimado por las ecuaciones establecidas por Lacy en función del Estático calculado por el programa LMP, para el Campo La Concepción según las formaciones presentes ……….
LISTA DE FIGURAS
Figura Página
1 Sección estructural Oeste - Este de la cuenca de Maracaibo.Modificado de Parnaud et al., 1995 ………. 42
2 Ubicación del Área la Concepción ………. 42
3 Sección estructural esquemática del Campo La Concepción .. 43
4 Las tres estructuras Cretácicas. Mapa estructural al Tope del Grupo Cogollo y secciones sísmicas a lo largo de dichas estructuras ………. 44
5 Mapa del tope de la Fm. Maraca, en la que se ilustran líneas de sección correspondientes a las tres estructuras que comprenden en general el área del Yacimiento Cretácico Norte ..……….. 48 6 Columna estratigráfica del Área La Concepción ………. 51
7 Relaciones entre zonas de falla y intervalos productivos ……. 52
8 Secuencia tectónica postulada ……… 53
9 Campo La Concepción, ubicado en una posición fluctuante dentro de la plataforma carbonática para el Grupo Cogollo en un modelo deposicional de sistema húmedo carbonático-siliciclástico de plataforma bordeada. Adaptado de Handford y Loucks, 1993 ………. 54 10 Modelo deposicional del Grupo Cogollo en el Campo La Concepción ……….……… 55
11 Caliza Arcillosa del intervalo inferior- medio de la Formación Apón, fotografía del núcleo del pozo C-276 ………. 56
12,13,14 Muestras del núcleo C-276, correspondiente a diferentes profundidas del intervalo carbonático inferior – medio ………. 57
15 Intervalo calcáreo inferior de la Fm. Lisura, fotografía del núcleo del pozo C-276 ………. 58
16 Contacto erosivo entre intervalos calcáreos inferior y superior de la Fm. Lisura, fotografía del núcleo del pozo C-276 ………. 59
17 Relación entre litofacies y fracturas …………..……….. 60
18 Distribución de litofacies en Grupo el Grupo Cogollo……… 61
19 Distribución de litofacies en el pozo C-276 ……..……… 61
20 Correlación Litológica del Grupo Cogollo en los pozos C-312X, C-315X y de la estructura del Cretácico Norte.…………. 63
21 Definición de esfuerzo ………. 68
22 Material sólido sometido a fuerzas de tracción ……….. 69
23 Material sólido sometido a fuerzas de compresión ……….. 69
Figura Página
25 Diferencia entre esfuerzos normales y de corte o cizalla ……. 70
26 Esfuerzos Normales y de Corte ……….. 71
27 Esfuerzo en un plano oblicuo ……….. 72
28 Esfuerzo y presión en los materiales porosos ………. 75
29 Esfuerzos en planos principales ………. 77
30 Esfuerzos Terrestres y efectos en la estabilidad del hoyo (Bratton y Borneman, 1999) ……….…….. 78
31 Esfuerzos vertical o presión de sobrecarga, efectivos y presión de poros ………. 80
32 Gradientes de Esfuerzos Verticales para pozos de la Cuenca del Golfo de México, el Campo Ceuta y el campo Barúa de la Cuenca del Lago de Marcaibo (Andrés R. Vásquez. H., 2001, pag. 13-4) ……….……. 81 33 Esquema típico de breakout y fractura inducida en el hoyo … 86 34 Interpretación de esfuerzos de un campo para las diferentes estructuras geológicas (Lal, 1996) ……… 87
35 Presión de Poros (Bravo y Pedrozo, 2005) ……….. 89
36 Falla normal ……….. 90
37 Falla transcurrente ………. 90
38 Falla inversa ……….. 91
39 Modelo de Fallas Geológicas según Anderson. Relación entre fallas normales, inversas y transcurrentes en función de la dirección del esfuerzo principal mayor (Urdaneta, 2004) ……. 92
40 Estado de esfuerzos in situ antes y después de la perforación (Lal, 1996) ……… 93
41 Esfuerzos que actúan en el hoyo: a) vista transversal del hoyo, y b) vista anular del hoyo (Lal, 1996) ……… 94
42 Muestras de esfuerzos de corte y tracción en la roca (Lal, 1996) ………. 94
43 Tipos de fallas de corte alrededor del hoyo (Tan, 1998) ……. 95
44 Tipos de fallas ténsiles alrededor del hoyo (Tan, 1998) ……… 96
45 Relación de la concentración de esfuerzos alrededor del hoyo con los diferentes regímenes de esfuerzo (GMI, 2001).. 97
46 Esquema de deformación. (a) Cuerpo general y (b) Barra unidimensional, (Vásquez, 1991) ……….. 98
47 Relaciones entre esfuerzos y deformaciones durante aplicación de esfuerzos en medio poroso ………. 99
48 Elemento sometido a cargas uniaxiales ………. 100
49 Bases del Criterio de Falla de Mohr Coulomb ………. 101
50 Pruebas Uniaxiales y Triaxiales ……….. 102
51 Gráfico esfuerzo-deformación generalizado ………. 103
Figura Página
53 Fractura típica bajo esfuerzos compresivos, denominada fractura de cizalla ……… 105
54 Red de fracturas de cizalla unido a una deformación plástica. 105 55 Fractura de extensión ……….. 105
56 Fractura entre las líneas de carga ………. 106
57 Círculo de Mohr (Bravo y Pedrozo, 2005) ………. 108
58 Efecto de la Presión Confinante sobre la Resistencia al Corte (Vásquez, 2001) ………. 108
59 Criterio de Mohr – Coulomb (Vásquez, 1991) ……… 109
60 Criterios de Von Mises y Drucker-Prager en el espacio de los esfuerzos principales (Vásquez, 1991) ……… 110
61 Circulo de Mohr y Envolvente ……….. 114
62 Curvas esfuerzo-deformación para quarzita Rand a varias presiones de confinamiento (Jaeger y Cook, 1969) ………. 115
63 Curvas esfuerzo-deformación del mármol Carrara para varias presiones de confinamiento. Los números sobre las curvas indican la presión de confinamiento en bars (Jaeger y Cook, 1969) ………. 116 64 Curvas esfuerzo-deformación para el granito a una presión de confinamiento de 5 Kilobars a varias temperaturas (Jaeger y Cook, 1969) ………. 117
65 Proceso de Flujo del LMP (Logging Mechanical Properties) …. 130 66 Mediciones de Laboratorio, curva típica de Esfuerzo-Deformación ………..……….. 131
67 El programa lmp simula pruebas de laboratorio mecánicas bajo diferentes presiones de confinamiento para generar la envolvente de falla de Mohr-Coulomb, permitiendo el estudio de los esfuerzos de la roca bajo varias condiciones de producción y perforación ………. 131 68 El lmp genera un perfil continuo de la formación de esfuerzo compresivo y las propiedades mecánicas de la roca con profundidad ……… 132
69 El procesamiento del lmp es muy parecido al comportamiento de la roca durante pruebas de laboratorio, simulando la deformación en las fronteras de los granos de arena y alteraciones debido al cierre o deslizamiento de grietas o fracturas pre-existentes y formaciones de nuevas fracturas ……….. 132 70 Estados de Esfuerzos ……… 138
71 Propagación de ondas de una herramienta acústica monopolar en una formación consolidada con alta rigidez (Vásquez, 2001, p.13-10) ……….. 144
Figura Página 72 Propagación de ondas de una herramienta acústica monopolar en una formación no consolidada con baja rigidez
(Vásquez, 2001, p.13-11) ……….
145
73 Principio de operación de un transmisor dipolar en las herramientas acústicas (Vásquez , 2001, p.13-13) ………. 146
74 Ejemplo de una herramienta petrofísica para medir ondas acústicas (Vásquez, 2001, p.13-7) ……… 147
75 Aplicaciones prácticas de la geomecánica en pozos y yacimientos ……… 150
76 Influencia de la trayectoria del hoyo en la estabilidad del hoyo (Lal, 1996) ………. 151
77 Efectos del peso del lodo sobre el comportamiento mecánico de las lutitas (Lal, 1996) ………. 153
78 Dirección del esfuerzo y daño en el pozo ………. 154
79 Esquema de gradientes de ovalización por ruptura de la pared del pozo y fracturamiento ……… 155
80 Estimación de la Correlación para la determinación de la Onda de Corte (DTs) a partir de la Onda Compresional ……… 165
81 Sabana de las Propiedades Mecánicas Estáticas obtenida a partir del procesamiento mediante el programa LMP (Logging Mechanical Properties) ……… 173
82 Correlación del módulo de Young estático de Lacy para arenas (1996) ……….. 175
83 Correlación del módulo de Young estático de Lacy para lutitas (1996) ……… 175
84 Correlación del módulo de Young estático de Lacy para calizas (1996) ……… 176
85 Registro de Imagen Acústica CBIL, se observa la presencia de breakouts ………. 186
86 Gráfico de Schmidt ……… 187
87 Diagrama de rosetas ………. 187
88 Gráfico del Módulo de Young Dinámico según el tipo de formación pertenecientes algunos pozos que conforman las diferentes estructuras del Campo La Concepción ………. 195
89 Gráfico del Módulo de Corte Dinámico según el tipo de formación pertenecientes algunos pozos que conforman las diferentes estructuras del Campo La Concepción ………. 196
90 Gráfico del Módulo Volumétrico Dinámico según el tipo de formación pertenecientes algunos pozos que conforman las diferentes estructuras del Campo La Concepción ………. 197
91
Gráfico de Coeficiente o Relación de Poisson Dinámico según el tipo de formación pertenecientes algunos pozos que conforman las diferentes estructuras del Campo La Concepción ……….
Figura Página
92
Gráfico de Compresibilidad Volumétrica Dinámica según el tipo de formación pertenecientes algunos pozos que conforman las diferentes estructuras del Campo La Concepción ……….
199
93 Gráfico de comparación entre los Módulos de Young Estático (estimado por el programa LMP y correlaciones de Lacy) con
el Dinámico para la Formación La Luna ………. 202 94 Gráfico de comparación entre los Módulos de Young Estático (estimado por el programa LMP y correlaciones de Lacy) con
el Dinámico para la Formación Maraca ……….. 202 95 Gráfico de comparación entre los Módulos de Young Estático (estimado por el programa LMP y correlaciones de Lacy) con
el Dinámico para la Formación Lisure ………. 203 96 Gráfico de comparación entre los Módulos de Young Estático (estimado por el programa LMP y correlaciones de Lacy) con
el Dinámico para la Formación Apón Miembro Piche ………….. 203 97 Gráfico de comparación entre los Módulos de Young Estático (estimado por el programa LMP y correlaciones de Lacy) con
el Dinámico para la Formación Apón Miembro Machique ……. 204 98 Gráfico de comparación entre los Módulos de Young Estático (estimado por el programa LMP y correlaciones de Lacy) con
el Dinámico para la Formación Apón Miembro Tibú ……… 204 99 Gráfico del Módulo de Young Estático según el tipo de formación pertenecientes algunos pozos que conforman las
diferentes estructuras del Campo La Concepción ………. 205 100 Gráfico del Módulo de Young Estático vs la Porosidad Efectiva, según el tipo de formación para el Campo La
Concepción ………. 205 101 Gráfico de comparación entre el Módulo de Corte Estático (estimado por el programa LMP) con el Dinámico para la
Formación La Luna ……… 206 102 Gráfico de comparación entre el Módulo de Corte Estático (estimado por el programa LMP) con el Dinámico para la
Formación Maraca ………. 207 103 Gráfico de comparación entre el Módulo de Corte Estático (estimado por el programa LMP) con el Dinámico para la
Formación La Lisure ………. 207 104 Gráfico de comparación entre el Módulo de Corte Estático (estimado por el programa LMP) con el Dinámico para la
Formación Apón Miembro Piche ………. 208 105 Gráfico de comparación entre el Módulo de Corte Estático (estimado por el programa LMP) con el Dinámico para la
Figura Página 106 Gráfico de comparación entre el Módulo de Corte Estático (estimado por el programa LMP) con el Dinámico para la
Formación Apón Miembro Tibú ……… 209 107 Gráfico del Módulo de Corte Estático según el tipo de formación pertenecientes algunos pozos que conforman las
diferentes estructuras del Campo La Concepción ………. 209 108 Gráfico del Módulo de Corte Estático vs la Porosidad Efectiva, según el tipo de formación para el Campo La
Concepción ………. 210 109 Gráfico de comparación entre el Módulo Volumétrico Estático (estimado por el programa LMP) con el Dinámico para la
Formación La Luna ……… 211 110 Gráfico de comparación entre el Módulo Volumétrico Estático (estimado por el programa LMP) con el Dinámico para la
Formación Maraca ………. 211 111 Gráfico de comparación entre el Módulo Volumétrico Estático (estimado por el programa LMP) con el Dinámico para la
Formación La Lisure ………. 212 112 Gráfico de comparación entre el Módulo Volumétrico Estático (estimado por el programa LMP) con el Dinámico para la
Formación Apón Miembro Piche ………. 212 113 Gráfico de comparación entre el Módulo Volumétrico Estático (estimado por el programa LMP) con el Dinámico para la
Formación Apón Miembro Machique ……… 213 114 Gráfico de comparación entre el Módulo Volumétrico Estático (estimado por el programa LMP) con el Dinámico para la
Formación Apón Miembro Tibú ……… 213 115 Gráfico del Módulo Volumétrico Estático según el tipo de formación pertenecientes algunos pozos que conforman las
diferentes estructuras del Campo La Concepción ………. 214 116 Gráfico del Módulo Volumétrico Estático vs la Porosidad Efectiva, según el tipo de formación para el Campo La
Concepción ………. 214
117
Gráfico de la Constante o Coeficiente Poroelástico de Biot según el tipo de formación pertenecientes algunos pozos que conforman las diferentes estructuras del Campo La Concepción ……….
217
118
Gráfico de la Resistencia a la Compresión No Confinada según el tipo de formación pertenecientes algunos pozos que conforman las diferentes estructuras del Campo La Concepción ……….
219
119 Gráfico de la resistencia a la Compresión No Confinada vs la Porosidad Efectiva, según el tipo de formación para el
Figura Página 120 Gráfico del Ángulo de Fricción según el tipo de formación pertenecientes algunos pozos que conforman las diferentes
estructuras del Campo La Concepción ……… 223 121 Gráfico del Ángulo de Fricción vs la Porosidad Efectiva, según el tipo de formación para el Campo La Concepción ….. 223
122 Gráfico del Factor de Cohesión según el tipo de formación pertenecientes algunos pozos que conforman las diferentes
estructuras del Campo La Concepción ……… 224 123 Gráfico Factor de Cohesión vs la Porosidad Efectiva, según el tipo de formación para el Campo La Concepción ………. 224
124 Relación entre el Factor de Cohesión vs el Ángulo de Fricción, según el tipo de formación para el Campo La
Concepción ………. 225 125 Relación entre la Resistencia a la Compresión No Confinada vs el Ángulo de Fricción, según el tipo de formación para el
Campo La Concepción ………. 225 126 Relación entre la Resistencia a la Compresión No Confinada vs el Factor de Cohesión, según el tipo de formación para el
Campo La Concepción ………. 226
127
Sabana generada a partir del programa LMP (Logging Mechanical Propierties), representando las Propiedades Mecánicas Estáticas estimadas mediante está metodología, correspondiente a una sección del pozo C-308, ubicado en la Estructura Cretácico C-0152 ……….
232
128
Sabana generada a partir del programa LMP (Logging Mechanical Propierties), representando las Propiedades Mecánicas Estáticas estimadas mediante está metodología, correspondiente a una sección del pozo C-310, ubicado en la Estructura Cretácico Norte ………
233
129
Sabana generada a partir del programa LMP (Logging Mechanical Propierties), representando las Propiedades Mecánicas Estáticas estimadas mediante está metodología, correspondiente a una sección del pozo C-326, ubicado en la Estructura Cretácico Sur ……….
234
130
Sensibilidades del Esfuerzo Horizontal Máximo al 10%, 20% y 30%, de manera general para las diferentes estructuras cretácicas del Campo en estudio, estimado a partir de la ecuación de Económides & Hill ………
242
131
Sensibilidades del Esfuerzo Horizontal Máximo al 10%, 20% y 30%, de manera general para las diferentes estructuras cretácicas del Campo en estudio, estimado a partir de la ecuación de Eaton ……….
243
132 Estimación de la Presión de sobrecarga o esfuerzo vertical a partir de la integración del registro de densidad (PETROBRAS, 2005)……….. 246
Figura Página
133
Proyección Schmidt y Roseta de rumbo, mostrando la orientación de los esfuerzos mínimos horizontales (σh) en dirección al NE-SO, paralela a la dirección de las ovalizaciones (breakout) ……….
252
134 Proyección Schmidt mostrando la magnitud y dirección de los diferentes eventos interpretados como braeakouts y
roseta de rumbo ………..……….. 254
135
Proyección Schmidt y Roseta de Rumbo, indicando la orientación de los mínimos esfuerzos para este pozo de manera general en NE-SO con valor promedio que varía entre 45° y 55°, paralelas a la dirección de ovalización ………
256
136
Vectores representativos de las ovalizaciones o breakouts, mostrando gráficamente la orientación de las ovalizaciones para los diferentes pozos en estudio que conforman la estructura C0152, a largo de la trayectoria perforada …………
258
137
Proyección Schmidt y Roseta de Rumbo, indicando la dirección de los mínimos esfuerzos para este pozo en NE-SO con valor promedio que varía entre 9° y 37°, paralelas a la dirección de ovalización ………..
260
138 Proyección Schmidt y Roseta de Rumbo, indicando para cada una de las formaciones del pozo C-310 la dirección de
esfuerzos horizontales ………. 263
139
Proyección Schmidt y Roseta de Rumbo del pozo C-325, en donde se muestra la orientación de los mínimos esfuerzos de las formaciones en estudio, Norte-Sur, estableciendo una dirección de esfuerzos máximos Este-Oeste ………
266
140 Proyección Schmidt y Roseta de Rumbo correspondiente a los eventos de ovalizaciones interpretados en el pozo C-312
a nivel de las formaciones en estudio ………. 268 141 Proyección Schmidt y Gráfico mostrando los vectores de breakouts en el intervalo total analizado ……….. 271 142 Proyección estereográfica y vectores de ovalizaciones del hoyo en el intervalo total interpretado ……… 273
143 Diagrama de rosetas, Proyección estereográfica y Vectores de ovalizaciones del hoyo en el intervalo total interpretado
correspondiente a las Formaciones La Luna, Maraca y Lisure 275
144
Proyección Schmidt y Gráfico mostrando los vectores de ovalizaciones del hoyo en el intervalo total interpretado correspondiente a la Formación Lisure y Apón (Miembro Piche) ………
277
145 Proyección estereográfica y vectores de todos los eventos de ovalización en el intervalo total del pozo C-326 ………. 279 146 Proyección estereográfica y vectores de todos los eventos de ovalización en el intervalo total del pozo C-327 ………. 280
Figura Página 147 Dirección del Mínimo esfuerzo predominante para cada pozo en estudio, ubicados en las diferentes estructuras que
conforman el Campo la Concepción ………. 282 148 Dirección de
σ
H y tipo de régimen inferido a partir del MapaMundial de Esfuerzos ……… 283 149 Orientación de las fracturas y dirección del esfuerzo horizontal máximo en el Campo La Concepción ……… 285
150
Sabana generada a partir del programa LMP (Logging Mechanical Propierties), donde se representan las densidades equivalentes estimadas mediante está metodología (carril número 9, indicado como densidades equivalentes), correspondiente a una sección del pozo C-321, ubicado en la Estructura Cretácico C-0152 ………
292
151
Sabana generada a partir del programa LMP (Logging Mechanical Propierties), donde se representan las densidades equivalentes estimadas mediante está metodología (carril número 9, indicado como densidades equivalentes), correspondiente a una sección del pozo C-309, ubicado en la Estructura Cretácico Norte ………
293
152
Sabana generada a partir del programa LMP (Logging Mechanical Propierties), donde se representan las densidades equivalentes estimadas mediante está metodología (carril número 9, indicado como densidades equivalentes), correspondiente a una sección del pozo C-327, ubicado en la Estructura Cretácico Sur ………
294
153
Correlaciones generadas para el Módulo de Young Estático en función del Dinámico, para las diferentes estructuras cretácicas del Campo La Concepción según las formaciones presentes ………
297
154
Correlaciones generadas para el Módulo de Young Estático en función del Dinámico, para las diferentes estructuras cretácicas del Campo La Concepción según las formaciones presentes ………
298
155
Correlaciones generadas para el Módulo de Young Estático en función del Dinámico, para las diferentes estructuras cretácicas del Campo La Concepción según las formaciones presentes ………
299
156 Correlaciones generadas para el Módulo de Young Estático en función del Dinámico, de manera general para el Campo
La Concepción según las formaciones presentes ……….. 300 157 Correlaciones generadas para el Módulo de Young Estático en función del Dinámico, de manera general para el Campo
Figura Página 158 Correlaciones generadas para el Módulo de Young Estático en función del Dinámico, de manera general para el Campo
La Concepción según las formaciones presentes ……….. 302
159
Correlaciones generadas para el Módulo de Corte Estático en función del Dinámico, para las diferentes estructuras cretácicas del Campo La Concepción según las formaciones presentes ………
305
160
Correlaciones generadas para el Módulo de Corte Estático en función del Dinámico, para las diferentes estructuras cretácicas del Campo La Concepción según las formaciones presentes ………
306
161
Correlaciones generadas para el Módulo de Corte Estático en función del Dinámico, para las diferentes estructuras cretácicas del Campo La Concepción según las formaciones presentes ………
307
162 Correlaciones generadas para el Módulo de Corte Estático en función del Dinámico, de manera general para el Campo La
Concepción según las formaciones presentes ………... 308 163 Correlaciones generadas para el Módulo de Corte Estático en función del Dinámico, de manera general para el Campo La
Concepción según las formaciones presentes ………. 309 164 Correlaciones generadas para el Módulo de Corte Estático en función del Dinámico, de manera general para el Campo La
Concepción según las formaciones presentes ………. 310
165
Correlaciones generadas para el Módulo Volumétrico Estático en función del Dinámico, para las diferentes estructuras cretácicas del Campo La Concepción según las formaciones presentes ……….
313
166
Correlaciones generadas para el Módulo Volumétrico Estático en función del Dinámico, para las diferentes estructuras cretácicas del Campo La Concepción según las formaciones presentes ……….
314
167
Correlaciones generadas para el Módulo Volumétrico Estático en función del Dinámico, para las diferentes estructuras cretácicas del Campo La Concepción según las formaciones presentes ……….
315
168 Correlaciones generadas para el Módulo de Volumétrico Estático en función del Dinámico, de manera general para el
Campo La Concepción según las formaciones presentes ……. 316 169 Correlaciones generadas para el Módulo de Volumétrico Estático en función del Dinámico, de manera general para el
Campo La Concepción según las formaciones presentes ……. 317 170 Correlaciones generadas para el Módulo de Volumétrico Estático en función del Dinámico, de manera general para el
Figura Página
171
Correlaciones generadas para el Módulo de Young Estático estimado por las ecuaciones establecidas por Lacy en función del Estático calculado por el programa LMP, para las diferentes estructuras cretácicas del Campo La Concepción según las formaciones presentes ………..
321
172
Correlaciones generadas para el Módulo de Young Estático estimado por las ecuaciones establecidas por Lacy en función del Estático calculado por el programa LMP, para las diferentes estructuras cretácicas del Campo La Concepción según las formaciones presentes ………..
322
173
Correlaciones generadas para el Módulo de Young Estático estimado por las ecuaciones establecidas por Lacy en función del Estático calculado por el programa LMP, para las diferentes estructuras cretácicas del Campo La Concepción según las formaciones presentes ………..
323
174
Correlaciones generadas para el Módulo de Young Estático estimado por las ecuaciones establecidas por Lacy en función del Estático calculado por el programa LMP, de manera general para el Campo La Concepción según las formaciones presentes ……….
324
175
Correlaciones generadas para el Módulo de Young Estático estimado por las ecuaciones establecidas por Lacy en función del Estático calculado por el programa LMP, de manera general para el Campo La Concepción según las formaciones presentes ……….
325
176
Correlaciones generadas para el Módulo de Young Estático estimado por las ecuaciones establecidas por Lacy en función del Estático calculado por el programa LMP, de manera general para el Campo La Concepción según las formaciones presentes ……….
CAPÍTULO I
PLANTEAMIENTO Y JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
1.1. Introducción.
La caracterización geomecánica basada en las propiedades elásticas de las rocas, ayuda a predecir ciertos comportamientos y condiciones en la formación permitiendo tomar decisiones acertadas y oportunas en la perforación y producción de un yacimiento, con el fin de optimizar las estrategias de explotación.
El caso en estudio del presente trabajo de grado lo representa el Campo la Concepción, localizado en la Cuenca del Lago de Maracaibo de Venezuela. La investigación involucra inicialmente una auditoria de datos, que comprende la recopilación, revisión, validación y análisis de toda la información referente al tópico y área en estudio. Se evaluarán varios pozos desviados localizados en las diferentes estructuras que conforman el área.
Una vez definida la base de datos, se describirá una metodología que a partir de datos de registros acústicos, gamma ray, resistividad, densidad, neutrón, entre otros, cargados en el programa Logging Mechanical Properties (LMP), permitirá estimar las propiedades mecánicas estáticas de la roca. Los registros acústicos que capturan el tren de onda completo y dipolar obteniendo medidas simultáneas de la velocidad de onda compresional y de corte permitirán determinar los módulos elásticos dinámicos mediante ecuaciones basadas en la velocidad de tránsito de las ondas anteriormente mencionadas. Una vez definidos los parámetros mecánicos de la roca se implementará la metodología establecida para alcanzar los objetivos planteados, los cuales se describen en el presente capítulo.
1.2. Planteamiento y Formulación del Problema.
La geomecánica implica la predicción y el manejo de la deformación del material rocoso. Los episodios de deformación de rocas no planificados le cuestan a la industria billones de dólares por año, por lo que, en muchas de las actuales operaciones complejas de perforación, completación y explotación, la falta de comprensión de la geomecánica de un campo petrolero representa un riesgo costoso, esto aunado al hecho, del tiempo perdido por problemas o situaciones que se presentan como: inestabilidad del hoyo, pérdida de herramientas en el pozo, atascamiento o pega de tuberías, arremetidas, pérdida de circulación, entre otros, lo que se traducen a mas costos de perforación sumamente elevados y demoras en la producción, si son graves estos problemas obligan a la operadora a perforar pozos de reentradas (side-track) o abandonar el pozo perforado, por lo que la falta de compresión de las condiciones geomecánicas puede resultar en terminaciones subóptimas y estimulaciones infructuosas, por lo que el desarrollo o caracterización de un modelo geomecánico del subsuelo consistente puede mitigar ese riesgo y brindar beneficios a lo largo de toda la vida productiva del campo, así como permitir mejorar el desempeño de las operaciones tanto en costo, tiempo y producción.
Para establecer estrategias oportunas a estos tipos de riesgos e inconvenientes en la perforación, se han desarrollados metodologías a partir de la geomecánica que aportan soluciones innovadoras brindando un soporte clave a los logros establecidos.
Por otra lado, la caracterización representativa de un yacimiento en cualquier disciplina (geomecánica, sedimentología, petrofísica, entre otras) , requiere como base esencial la disponibilidad y calidad de la data utilizada, la que en muchos casos es insuficiente o de baja calidad, lo que conlleva a las empresas a buscar alternativas como la utilización de herramientas que brinden información confiable y precisa que permitan definir los parámetros básicos que unido a procesamientos a través de softwares (programas) y metodologías descritas permitan la caracterización del yacimiento con un bajo nivel de incertidumbre, además que conlleva a un resultado económicamente mas positivo.
Por lo antes expuesto se propone realizar la Caracterización Geomecánica Dinámica- Estática del yacimiento en estudio mediante la Aplicación de Tecnologías Modernas de Perfilaje como lo representan los Registros Acústicos dipolares e Imágenes Acústicas, permitiendo así definir mejores zonas para la perforación en nuevas localizaciones y establecer estrategias que permitan disminuir la incertidumbre en los planes de explotación.
Específicamente, se busca caracterizar geomecánicamente las formaciones cretácicas de La Luna y el Grupo Cogollo en el Campo la Concepción mediante la estimación de las propiedades mecánicas de la roca, donde la complejidad estructural y heterogeneidad inherente al tipo de roca, como lo representan estos yacimientos de carbonatos naturalmente fracturados exigen plantear técnicas y tecnologías selectivas para el éxito en el desarrollo de la perforación.
1.3. Justificación y Delimitación de la Investigación.
La elaboración de un modelo geomecánico permite comprender el comportamiento del material rocoso, así como el conocimiento de los diferentes grados de resistencia y propiedades mecánicas estáticas-dinámicas elástica del mismo, que junto a técnicas y tecnologías innovadoras como son los programas y herramientas apropiadas para el caso planteado, proveerá la información necesaria para el planeamiento avanzado de pozos en campos de exploración o desarrollo acelerando el conocimiento sobre el yacimiento.
El presente trabajo de grado, tiene como fin definir las propiedades mecánicas de la roca de las formaciones cretácicas del Campo la Concepción mediante la implementación de tecnologías modernas de perfilaje para la caracterización geomecánica, donde se caracteriza por ser una zona fracturada naturalmente y muy compleja desde el punto de vista estructural, la cual la hace menos común y difícil de entender que los yacimientos convencionales de arena y de carbonatos.
Los análisis derivados de un estudio geomecánico, conjuntamente con información del área en estudio, es esencial para la optimización de proyectos durante las diferentes etapas de las operaciones de perforación como:
9 Optimización de localizaciones y diseño de trayectorias de pozos. 9 Predicción de la presión de poros.
9 Selección de mechas y optimización de las ratas de perforación. 9 Predecir el comportamiento de yacimientos naturalmente fracturados. 9 Ayudar al completo desarrollo del planeamiento y optimización del campo. 9 Diseñar trabajos de fracturamiento hidráulicos de yacimientos.
1.4. Alcance de la Investigación.
Mediante la realización de este estudio se esperan definir las características geomecánicas de los yacimientos de la Luna y Cretácicos del área en estudio partiendo de la caracterización de las propiedades elásticas mecánicas de la rocas del mismo mediante la implementación de tecnologías modernas de perfilaje, con la finalidad de contar con un soporte mas que integrado a otros estudios (caracterización petrofísica, sedimentológica, perforación, entre otros) presentes en el área permita generar a futuro un plan de explotación - perforación óptimo y de carácter multidisciplinario generando de esta manera una diversidad de oportunidades orientadas a maximizar la producción, mediante la recomendación de distintas propuestas ya sean de reparación y/o perforación.
1.5. Objetivo General.
Caracterizar Geomecánicamente Aplicando Tecnologías Modernas de Perfilaje los Yacimientos Cretácicos, ubicados al occidente del Lago de Maracaibo, en el Occidente de Venezuela, Campo La Concepción.
1.5.1. Objetivos Específicos.
9 Determinar los módulos elásticos dinámicos los cuales son: a) Módulo de Young.
b) Relación de Poisson. c) Módulo de corte o rigidez. d) Módulo volumétrico.
e) Módulo de compresibilidad.
9 Estimar las propiedades mecánicas estáticas de la roca a través del programa
LMP.
a) Módulos de elasticidad: Corte, Young y Volumétrico. b) Relación de Poisson.
c) Resistencia a la Compresión. d) Angulo de Fricción.
e) Cohesión.
f) Coeficiente de Biot.
9 Determinar el Módulo de Young Estático a partir de las correlaciones establecidas
por Lacy.
9 Determinar el campo de esfuerzos, como lo representan: a) Esfuerzo de sobrecarga.
b) Magnitud y dirección del esfuerzo horizontal máximo y mínimo. c) Presión de Poro.
9 Determinar algunos parámetros geomecánicos de aplicabilidad, tales como: a) Densidades Equivalentes: mínima, iniciación y propagación de fractura.
9 Generar correlaciones para la integración de los módulos geomecánicos
1.6. Antecedentes de la Investigación.
A continuación se presentan algunos de los antecedentes mas resaltantes que sirven como base para el desarrollo del presente estudio:
9 B.H. Corley y W. R. Klautt, Predicción de la Migración de Fracturas usando las Propiedades Elásticas de las Formaciones. Atlas Wireline Services, Western Atlas Internacional Inc., 15-18 Abril 2007, Houston, Texas, U.S.A, Argentina.
En el presente artículo de investigación se pueden observar las relaciones utilizadas para determinar las propiedades elásticas-dinámicas de las rocas a partir de mediciones de pozo. Se describe un modelo de migración de fracturas basado en estas propiedades elásticas dinámicas. El modelo predice cuáles son las presiones necesarias para iniciar la rotura de la formación y propagar una fractura vertical. Un perfil computarizado de presiones diferenciales va indicando el aumento vertical de la fractura a medida que aumenta la presión de tratamiento, después de la rotura de formación.
Las propiedades elástica dinámicas de las rocas y las características de la fracturación de la formación, predichas por el modelo de migración de fracturas, dan la información necesaria como para tomar decisiones realistas en cuanto al diseño del tratamiento de fracturación.
9 Franklin Romero and Kenny Yu Woo, Petrobras Energía Venezuela S.A.; William Meaño and Wilmer López, Prudencio Balseiro; Jorge Romero, José Castillo, and Luz Mery Rodríguez, Petrobras Energía Venezuela S.A.; and Nicolás Galíndez and Jacqueline Rodríguez, CMPC. (2007) Aplicación Geomecánica para la Optimización de la Perforación en Campos Marginales, Este de Venezuela. Conferencia presentada en: Latin American & Caribbean Petroleum Engineering, 15-18 Abril 2007, Buenos Aires, Argentina.
Este estudio fue propuesto para mostrar que es posible reducir riesgos, tiempo y costo en la perforación de pozos a través de la aplicación de geomecánica en campos marginales, referidos a el Campo Oritupano- Leon, ubicado al este de Venezuela, el cual tiene mas de 700 pozos perforados desde 1938, 29 de los cuales son pozos horizontales. A pesar del éxito en la producción, 6 sobre 29 pozos, 25 %, presentaron problemas debido a la inestabilidad que conduce a la pega de tubería, sidetracks y tiempo perdido abajo.
Parámetros geomecánicos fueron calculados y analizados con programas especializados considerando presión de poro, densidad del lodo, minifrac y registros eléctricos, donde la dirección de los esfuerzos fue estudiada con la interpretación de registros de imagen y la revisión de los esfuerzos regionales. Un diagrama de fricción ajustado a al onda de los breakout fue aplicada, mientras que el esfuerzo vertical fue calculado a través de la integración de registros de densidad. Los parámetros mecánicos de la roca fueron producto de pruebas de RSD que incluyeron análisis de la resistencia mecánica de la roca (UCS), determinación del ángulo interno de fricción, los módulos de Young y relación de Poisson, calculado con el uso de redes neural.
Eventos de perforación fueron visualizados con el objetivo de definir el marco de estabilidad del área para los diferentes parámetros operacionales basados en parámetros geomecánicos previamente calculados. Con esta información un nuevo diseño de pozo fue elaborado integrando la optimización en la trayectoria y parámetros operacionales con el objetivo de disminuir los problemas de estabilidad. Valores de inestabilidad mecánica diferentes fueron identificados en el estudio en tres zonas del campo, y la ventana operacional segura para la perforación y los parámetros operacionales fue identificada para cada una, garantizando la limpieza del hoyo.
La aplicación de los criterios y recomendaciones de los resultados de este estudio tuvo un excepcional impacto en la perforación de pozos horizontales en el campo Oritupano-Leona. En el 2005, un nuevo record fue establecido con la perforación del ORM-174, el cual es el pozo horizontal más rápidamente perforado en la historia del campo. Otros dos pozos fueron perforados en el 2006 con excelentes resultados.
9 García D., Joana C. (2004) Caracterización Geomecánica Dinámica mediante Registros Acústicos dipolares de los Yacimientos A y E, Costa Afuera en el Oriente de Venezuela. Trabajo de Grado. División de Postgrado. Facultad de Ingeniería. Universidad del Zulia. Maracaibo, Venezuela.
Esta investigación realizada por García, tuvo como fin elaborar una descripción geomecánica dinámica de los yacimientos en estudio utilizando registros acústicos dipolares, permitiendo lograr un mejor entendimiento del comportamiento del material rocoso y un conocimiento de los diferentes grados de resistencia y propiedades mecánicas presentes en el reservorio A y E, con el objetivo de poder analizar cualquier problema en la perforación, disminuir la incertidumbre en la estrategia de explotación del área y definir de esta manera las mejores zonas para la perforación de nuevas localizaciones para optimizar la explotación de ambos yacimientos.
9 Guevara Lucena, Carlos y Molero Ruiz, Aloha. (2006) Caracterización Geomecánica de las arenas C del Yacimiento LAG-3047 de la U.E Lagomedio. Trabajo Especial de Grado. Facultad de Ingeniería. Universidad del Zulia. Maracaibo, Venezuela.
El objetivo principal de la investigación fue la caracterización geomecánica a través de registros acústicos dipolares mediante la evaluación de diversos factores donde se relacionen los esfuerzos con resistencia de la formación con eventos operacionales que tienen gran influencia en cualquier problema de estabilidad de hoyo, arenamiento, fracturamiento y perforaciones altamente inclinadas, para generar un plan de explotación optimo.
El desarrollo de la investigación se basó fundamentalmente en la evaluación de parámetros geomecánicos de las rocas y correlaciones, permitiendo establecer ecuaciones matemáticas para estimar el modulo de Young y relación de Poisson estática, establecer los módulos elásticos dinámicos, los esfuerzos horizontales máximos y mínimos, la anisotropía de esfuerzo (σv > σH > σh), así mismo la dirección de los
esfuerzos horizontales máximos y mínimos, el drawdown crítico, el peso mínimo de lodo permisible para las sub-unidades establecida a partir de la ventana operacional de lodo.
9 Kumar, J., Associated Regulatory Consultants, Inc.. (1976) El efecto de la relación de Poisson sobre las Propiedades de las Roca. Conferencia y Exposición Técnica Anual SPE, 3-6 Octubre 1976, New Orleans, Louisiana.
Aunque el cambio en el coeficiente de Poisson para los distintos tipos de rocas, en general, es pequeño, a veces este cambio puede ser importante. Asumir un valor constante de la relación de Poisson, en algunos casos, puede resultar en graves errores. Desafortunadamente, la importancia de la relación de Poisson en la comprensión de otras propiedades de la roca no es plenamente realizado y de muy poco trabajo, ambos teórico y práctico, ha sido realizado sobre este tema. Este documento presenta varias relaciones entre la relación de Poisson y otras propiedades de las rocas tales como la presión de sobrecarga, propiedades de grano como presión de sobrecarga, compresibilidad de la roca, modulo de Young, modulo de rigidez, esfuerzo compresivo y tensional, porosidad, densidad, velocidades de ondas, modulo de resiliencia, modulo de ruptura, fracturas, perforabilidad y dureza. Así, señala la importancia de la relación de Poisson en el entendimiento de algunas preguntas en mecánicas de rocas.
9 Lacy, Lewis L., BJ Services Company. (1997) Ensayos Mecánicos Dinámicos de la Roca para el Diseño Optimizado de Fractura. Conferencia y Exposición Técnica Anual SPE, 5-8 de Octubre, San Antonio, Texas.
Para optimizar el diseño de fractura, la información acerca de mecánica de rocas es necesitada para múltiples locaciones en la formación y zonas adyacentes. En este documento se examina una técnica de laboratorio que reduce el tiempo de ensayo y costo en un 60% a 80%. La técnica ha sido exitosamente usada sobre una variedad de onda de núcleo y sin embargo reduce requerimientos de núcleo-tamaño. Equipos de
pruebas ultrasónicos (dinámicas) y procedimientos son discutidos para estandarizar el método para las aplicaciones en la industria petrolera y proveer información confiable para el diseño de fracturas. Los principales datos proporcionados son el módulo de Young y el coeficiente de Poisson. La Prueba dinámica se ha llevado a cabo en 600 núcleos de alrededor de 60 formaciones. Los datos son también comparados, con información estática uniaxial y triaxial sobre las mismas muestras de núcleos para para determinar los coeficientes de correlación entre los datos estáticos y dinámicos.
Los procedimientos y aparatos para realizar pruebas de ultrasonido han sido exitosamente desarrolladas las cuales determinan la dinámica de modulo de Young de núcleos débilmente consolidado, con modulo de Young de 60.000 psi, para calizas dura con modulo de Young de 14 millones de psi. Varias ecuaciones son sin embargo presentadas las cuales tienen aplicaciones a registros sónicos para la evaluación mecánica apropiada de evaluación de formaciones. El mismo equipo se ha utilizado para determinar el azimuth de la fractura a partir del núcleo orientado, con un significativo ahorro de costos frente a otras técnicas. El documento examina la importancia relativa de la información de mecánica de rocas sobre el diseño optimizado de fracturas.
9 Morales, R.H., Marcinew, R.P., Schlumberger Dowell. (1993) Fracturamiento de Formaciones de alta permeabilidad: Correlaciones de Propiedades Mecánicas. Presentada en: Conferencia y Exposición Técnica Anual SPE, 3-6 de Octubre 1993, Houston, Texas.
Experimentos de laboratorios mecánicos y geológicos fueron dirigidos a varias muestras de núcleo con el objetivo de caracterizar el comportamiento material y generar data para el diseño de tratamientos de fracturamiento hidráulico para formaciones de alta permeabilidades. Fotomicrografías de secciones finas fueron usadas para clasificar los espécimen acordando su constitución granular y componentes petrográficos.
Los resultados de las evaluaciones de la dureza de fractura, permeabilidad, porosidad, modulos de Young estáticos – dinámicos y la relación de Poisson fueron
presentados. Basado en análisis de regresión lineal, fueron derivadas correlaciones relacionando modulos de Young de estático a dinámico. El error entre los valores pronosticados y medidos fueron minimizados dividiendo las muestras en tres grupos de porosidades.
9 N.A. García-Muñoz, IMP; D. García-Gavito, STDP/PEMEX; and R. Ortega-Serrano, UONE/PEMEX. (2005) Evaluación de las Propiedades Mecánicas de la roca a partir de registros geofísicos a través de García-García: Modelo general para el cálculo de la compresibilidad total y de formación. Conferencia presentada en: SPE Latin American and Caribbean Petroleum Engineering, 20-23 Junio 2005, Rio de Janeiro, Brazil.
Este documento usa la teoría efectiva media para estimar la distribución heterogénea, la matriz y la compresibilidad de la formación en el yacimiento, en función de las propiedades elásticas de la roca, tales como, el modulo volumétrico (K) y de corte (µ) vs. profundidad, mediante la data de campo disponible, como registros geofísicos (densidad y sónico).
Los resultados a partir de (4) yacimientos naturalmente fracturados son mostrados y de un yacimiento de arena contando con información de registros para la validación. En la industria Mexicana, principalmente en la simulación de yacimientos, y en otras áreas similares, el conocimiento en propiedades de la formación es esencial, como en compresibilidad. Esto es común para usar promedios de tales propiedades o usar correlaciones a partir de otros campos, data reportada en literatura, o en el mejor de los casos las muestras son enviadas a el laboratorio para una evaluación de compresibilidad, a pesar del esfuerzo teórico y experimental las herramientas son necesitadas para determinar y predecir los valores representativos de compresibilidad. Teniendo en consideración ambos, la litología predominante y la matriz de las propiedades elásticas de la roca, el modelo GG (García-García) es usado, requiriendo poca información y sin alguna inversión adicional para predecir la matriz y la compresibilidad de la formación.
