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• Lucas Franco

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Aplicaciones de Geomecánica en la Industria Petrolera F Qué es Geomecánica? F Por qué Geomecánica? F Fundamentos de Geomecánica. F Como aplicar Geomecánica? F El valor de la Geomecánica.

Qué es Geomecánica? F Ciencia teórica y aplicada del comportamiento mecánico de los materiales geológicos F Una rama de la mecánica que estudia la respuesta de materiales geológicos al campo de fuerzas de su medio ambiente.

Porqué Geomecánica? Costo Total de Perforación 1997: 32.000 M$

Costos relacionados con estabilidad del pozo = 6.400 M$ 6.4

Otros Costos = 25.600 M$

10% de ahorro en gastos relacionados con estabilidad del pozo:

Costo Total E&P 1997: 82.000 M$

>$640 Millones por año

Geomecánica: Aplicaciones $

NPV Mejora Comercial Propiedades de Reservorio Mediciones Registro/Núcleo

F Estabilidad del Pozo F Producción de Arena F Mejoramiento de eficiencia de Perforación F Subsidencia/Compactación del Reservorio F Fracturas Hidráulicas F Ubicación de Pozos en Reservorios Fracturados

Fundamentos de Geomecánica F

Stress/Strain - Conceptos y Definiciones

F

Propiedades Mecánicas - Aplicaciones

F

Stress In-situ y Concentrado

Stress y Strain F Stress (σ) [Esfuerzo] • Define el campo de fuerza al cual es sujeto un material. ∆F • Relación fuerza sobre area.

σ= ∆F ∆A

∆A

F Strain (ε) [Deformación Específica] • Define la deformación de un material en un campo de esfuerzos. • Cambio relativo en las dimensiones del material.

ε = ∆L = Cambio en dimensión L1 Dimensión Inicial

P

l1

l2 Original

Deformado

Propiedades Mecánicas de las Rocas Propiedades intrínsecas que describen el comportamiento mecánico (respuesta bajo carga/fuerza/stress). F Módulo Elástico o de Young (E) F Relación de Poisson (ν) F Resistencia a la Fractura (KIC) F Resistencia a la Compresión y Tracción (C & To) F Angulo de Fricción Interna (α) F Compresividades (Cb, C p)

Módulo de Young y Relación de Poisson Aplicaciones FMódulo de Young: E = ∆σa / ∆εa Fracturas Hidráulicas u Estabilidad de Pozo u Compactación/Subsidencia u

FRelación de Poisson:

ν = ∆εr / ∆εa

Fracturas Hidráulicas u Predicción de Stress In-situ u Estabilidad de Pozo u Cambios en el campo de Stress inducidos por depletación u

Resistencias - Aplicaciones F Resistencia a la Compresión (Compressive Strength): C = f(Confinamiento, Temp, Tamaño, Saturante) u

u u

Estabilidad del Pozo durante la perforación / completación Velocidad de Penetración y performance de la Mecha Producción y Control de Arena

F Resistencia a la Tensión: To = f(Confinamiento, Temp, Tamaño) u u

Presión de Fractura Control de Pérdida de Circulación

Curva Típica Stress-Strain (Esfuerzo-Deformación)

Esfuerzo Axial Diferencial Resistencia a la Compressión Aumento en densidad de fracturas Macro fracturas - falla por unión de microfracturas

Nuevas microfracturas

∆σa

∆σa

Elasticidad Lineal

∆ε r

∆εa Cierre de fracturas pre-existentes

Deformación Radial ε r (extensión)

Deformación Axial S ε a (contracción)

Deslizamiento en macrofracturas

Análisis Geomecánico

Stress Stres

s

a gth cin ne e t s i ResStr

Analista

Stress In-Situ FStress existe en todo el planeta FPerforación genera redistribución / concentración de stress FCuando la concentración de stress supera a la resistencia de la roca, se produce la falla del material

?

?

?

Derrumbes: son la consecuencia de

Stress

Stress Concentrado > Resistencia Cuando sólo una porción del hueco tiene Stress > Resistencia, se produce una falla local formando derrumbe - ESTABLE. Si la porción es grande, tiene lugar el colapso del pozo INESTABILIDAD.

Derrumbe - Ensayo en Laboratorio

Derrumbe - Ensayo en Laboratorio σHmax

σHmin

Derrumbe (Breakout) - Observado en Registros de Imágenes

Derrumbe

Fractura

Prof. (metros)

Cómo aplicar Geomecánica? - enfoque de Baker Atlas FEncontrar la resistencia de la formación • Núcleos • Derivada de Registros en ausencia de núcleos

FEncontrar información de stress in-situ • Integración de toda información disponible

FJuzgar preeminencia entre stress y resistencia • Comparar stress local con resistencia

FSoluciones • Mejorar resistencia/reducir stress - Ventana de Lodo - Trayectoria de Perforación - Drawdown máximo - …...

Estimación de Resistencia a partir de Registros Resistencia

Litología

φ,ρ

Fluido P o ral Satur ación Vp, Vs

LMP - Logging for Mech. Properties σa

Entradas

Curva Stress-Strain

Dtp, Dts, Porosidad, Litología

σr

Produce Núcleo Virtual

σa

Aplicación de Stress Virtual a la “Muestra”

εr

Propiedades Mecánicas Estáticas: Resistencia de la Roca, Módulos Elásticos Relación de Poisson, Compresivilidades

εr

Investigación de Stress In-situ Stress

Stress In-situ Activo

Pasivo

FMini-Frac FLOT FFMT/RCI

FBreakouts FFracturas FArenamiento

Integración

BIAS Inf. Existente FHistoria FMapas de Stress FGeología

Núcleos FDSA FASR FEfecto Kaiser

Geomecánica - Soluciones Litología, Saturación Velocidades Acústicas

REGISTROS

LMP

Imágenes, Calipers 4-C Cros-Dipolar, Geología

BIAS

Resistencia

Stress

STRESS INSITU

PROPIEDADES ESTATICAS DE ROCAS

BIAS Estabilidad de Pozo - Ventana de Lodo, Trayectoria Producción de Arena - Drawdown, Ventana de Lodo Subsidencia/Compactación - Mantenimiento de Presión Presión de Fractura, Geometría de Fractura …...

Predicción de Potenciales Arenamientos FCondiciones • Pozo Vertical • No se observa breakout

FRespuestas Buscadas • Máximo drawdown en Pozo abierto vertical • Ventana de Presión de Lodo para Pozo horizontal • Máximo drawdown para Pozo abierto horizontal, si es que puede ser perforado.

Buscando la Resistencia Vs, Vp Slowness

Vsand, Densidad Vsand, Density 1

2

3

50

100

150

Compressive Strength 0 100 200 300

200

0

0

10

10

10

20

20

20

30

30

30

40

40

40

+

Depth, meter

0

Dpth, meter

Depth, meter

0

Resist. Compresión

50

50

60

60

60

70

70

70

80

80

80

90

90

90

50

UCS Pc=10MPa

Stress In-situ • De LOT σ hmin= 60 90 psi • De Mapa de Stress σ hmin @ N17W • De Registro de Imágen σ Hmax > 650 millones ahorrados por año

Servicios de Geomécanica F Análisis y predicciones de stress in-situ F Predicción de Resistencias y propiedaes estáticas F Predicción de Estabilidad de Hueco - Trayectoria estable/ventanas de lodo F Estrategias de Perforación/Completación en reservorios fracturados F Estimación de compresibilidad para estimaciones de reservas F Análisis y predicciones de potenciales Arenamientos F Estudios de fracturas Hidráulicas F Estudios de compactación/subsidencia y colapsos de casing F Entrenamiento en fundamentos/aplicaciones de Geomecánica