http://www.buenastareas.com/ensayos/Tesis-Del-Circulo-De-Morh/47417355.html?_p=32

La geomecnica es aquella rama de la ingeniera que se encarga deestudiar las propiedades y el comportamiento mecnico del material geolgico orocoso sometido a esfuerzos asociados a la construccin y produccin de pozos dehidrocarburos (crudo o gas). La misma persigue caracterizar las propiedadesmecnicas de la roca, para analizar y predecir problemas como inestabilidad dehoyos, presiones anormales, arenamiento de pozos, compactacin, subsidencia,diseo de fracturas hidrulicas, entre otros.

El alto porcentaje de los problemas asociados a la inestabilidad de hoyo escausado por los nuevos esfuerzos inducidos en el momento de perforacin de laroca, a la sensibilidad de la lutita con el fluido de perforacin y a aquellasactividades operacionales de completacin y produccin de los fluidos de laformacin.

El criterio de falla de Mohr-Coulomb es uno de los criterios que permiteanalizar los parmetros y procesos bsicos de la deformacin de la roca para

En la industria petrolera, los derrumbes ocurren en muchas oportunidadesen las formaciones con alto contenido luttico. Los yacimientos del CampoSocororo, Pariagun, ubicados en Venezuela no estn exentos de este tipo derocas. Por ello, la necesidad de determinar los esfuerzos en sitio e inducidos de laformacin partiendo de los registros disponibles de petrofsica y aplicando elcriterio de falla de Mohr-Coulomb, para obtener una ventana operacional depresin de lodos que se ajuste, en lo posible, a las caractersticas mecnicas yresistencia del campo en estudio

Formulacin del Problema ................................................................................ 20Objetivo General ............................................................................................... 21Objetivos Especficos........................................................................................ 21Justificacin ...................................................................................................... 22Tipo de Investigacin........................................................................................ 23Antecedentes ..................................................................................................... 23CAPTULO IIFUNDAMENTO TERICO .................................................................................25Geomecnica..................................................................................................... 25Clasificacin de los Materiales ......................................................................... 27Comportamiento Mecnico de los Materiales .................................................. 27Esfuerzos....................................................................................................... 29Deformacin ................................................................................................. 29Estado Mecnico ........................................................................................... 30Estado Tensional ........................................................................................... 30Tensin en Dos Dimensiones........................................................................ 31Tensiones en Tres Dimensiones.................................................................... 32Comportamiento Mecnico de las Rocas.......................................................... 35Relacin Esfuerzo-Deformacin en las Rocas.............................................. 35Modelos de Comportamientos de las Rocas ................................................. 38Propiedades Mecnicas de lasMdulo de Young ......................................................................................... 40

Relacin de Poisson ...................................................................................... 41Anisotropa.................................................................................................... 42ngulo de Friccin ....................................................................................... 43Fuerza de Cohesin....................................................................................... 44Poroelasticidad .............................................................................................. 44Resistencia y Rotura ..................................................................................... 47Fallas Geolgicas .............................................................................................. 48Criterios de Fallas ............................................................................................. 50Criterio de Falla de Mohr-Coulomb ............................................................. 51Otros Criterios de Falla ................................................................................. 59Colapso de Poro ................................................................................................ 60Esfuerzos Inducidos Durante la Perforacin..................................................... 61Ventana Operacional de Presin de Lodo......................................................... 66Arenamiento...................................................................................................... 73Causas de la Produccin de Arena................................................................ 74Mecanismo del Arenamiento ........................................................................ 75Concepto del Diferencial de Presin Crtico................................................. 76Propiedades Estticas y Propiedades Dinmicas de la Rocas...........................

nformacin Geomecnica a Partir de Ensayos de Laboratorio....................... 78Ensayos de Resistencia Mecnica................................................................. 78Informacin Geomecnica a Partir de Datos de Campo ................................... 79Registros Petrofsicos.................................................................................... 79Registros de Rayos Gamma ...................................................................... 80Registros de Resistividad .......................................................................... 81Registros de Densidad............................................................................... 81Registros Neutrnicos ............................................................................... 82Registro Snico......................................................................................... 83Registro caliper ...................................................................................... 84Pruebas de Inyectividad ................................................................................ 84Prueba Microfrac .................................................................................. 85Pruebas Minifrac................................................................................... 87CAPTULO IVMARCO METODOLGICO................................................................................95Descripcin de las Herramientas de Trabajo .................................................... 95Descripcin de la Metodologa ......................................................................... 98Revisin Bibliogrfica .................................................................................. 99Recopilacin de la Informacin .................................................................... 99Anlisis de los Problemas Operacionales ................................................... 102Evaluacin de la Informacin de Registros como Control de Calidad ....... 104Evaluacin Petrofsica de las Formaciones................................................. 104Clculo del Volumen de Lutita ............................................................... 108Correccin del Volumen de la Lutita por Efecto de la Arcillosidad....... 108Estimacin de la Porosidad ..................................................................... 109Correccin por Hidrocarburo Liviano..................................................... 111Determinacin de la Saturacin de Agua................................................ 113Identificacin de la Litologa y Fluidos de las Formaciones .................. 113Estimacin de la Presin de Poros .............................................................. 114Estimacin de Propiedades Mecnicas y Resistencia de la Formaciones... 116Caracterizacin de los Esfuerzos en sitio a travs de un Retroanlisis....... 126Formacin de Breakouts .................................................................... 131Evaluacin de Estabilidad de Hoyos........................................................... 136Ventana Operacional de Presin de Lodo............................................... 136Arenamiento............................................................................................ 137Obtencin del Comportamiento Geomecnico del rea en General.......... 138

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LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Relacin de Poisson asociado a diferentes tipos de material.................. 42Tabla 2. ngulo de friccin segn tipo de litologa.............................................. 43Tabla 3. Resistencia compresiva segn tipo de roca............................................. 52Tabla 4. Tiempo de trnsito para ondas compresionales y de cizallamiento........ 83Tabla 5. Ubicacin de los pozos seleccionados. ................................................... 99Tabla 6. Compaa de servicios que obtuvo los registros................................... 101Tabla 7. Parmetros generales de entrada al programa SANDTM. ....................... 105Tabla 8. Parmetros generales de entrada al programa SANDTM. ....................... 106Tabla 9. Curvas de entrada para el programa SANDTM....................................... 107Tabla 10. Curvas de salida del programa SANDTM. ............................................ 107Tabla 11. Correccin por arcillosidad en el pozo ES-451. ................................. 109Tabla 12. Gradiente de Presin para el Pozo ES-451. ........................................ 114Tabla 13. Curvas de entradas al programa PPORTM. ......................................... 115Tabla 14. Curvas de salida del programa PPORTM............................................. 115Tabla 15. Curvas de entradas

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Fuerza normal. ....................................................................................... 28Figura 2. Fuerza de corte....................................................................................... 28Figura 3. Esfuerzos sobre un plano....................................................................... 31Figura 4. Componentes de tensiones en un sistema cartesiano ............................ 32Figura 5. Tensiones en tres dimensiones. ............................................................. 33Figura 6. Plano de fractura.................................................................................... 35Figura 7. Curva tpica de esfuerzo-deformacin para rocas. ................................ 37Figura 8. Modelos de comportamiento esfuerzo-deformacin. ............................ 39Figura 9. Mdulo de Young.................................................................................. 40Figura 10. Relacin de Poisson............................................................................. 41Figura 11. Estructura porosa. ................................................................................ 45Figura 12. Representacin estructural de una falla normal................................... 48Figura 13. Representacin estructural de una falla inversa. ................................. 49Figura 14. Representacin estructural de una falla de desgarre o strike-slip. ... 49Figura 15. Geometra de la falla de cizalla. .......................................................... 52Figura 16. Criterio de Mohr-Coulomb en el plano de los esfuerzos principales. . 53Figura 17. Crculo de Mohr.

Figura 18. Representacin grfica de los esfuerzos en el crculo de Mohr. ......... 55Figura 19. Estados de esfuerzos............................................................................ 56Figura 20. Envolvente de falla de Mohr-Coulomb. .............................................. 56Figura 21. Trayectoria de esfuerzos...................................................................... 58Figura 22. Tipos de falla y ubicacin en la envolvente de Mohr-Coulomb.......... 60Figura 23. Esfuerzos de campo y esfuerzos inducidos del pozo........................... 62Figura 24. Esfuerzos principales cerca del pozo con radio a. ............................... 65Figura 25. Direccin del esfuerzo y dao del pozo............................................... 67Figura 26. Ventana operacional de presin de lodo.............................................. 68Figura 27. Esquema de gradientes de ovalizacin por ruptura ............................. 69Figura 28. Modos de fallas por tensin del hoyo.................................................. 70Figura 29. Modos de fallas de corte del hoyo. ...................................................... 71Figura 30. Cavidades caoneadas en formaciones de arenas consolidadas.......... 75

Introduccin

importancia durante la perforacin disear una ventana operacional de presin delodo capaz de compensar las modificaciones de los esfuerzos originales.

Mientras que durante la etapa de la produccin, una presin dada por unainadecuada ventana operacional de lodo podra causar el influjo de partculasslidas, en el momento que se supere el diferencial de presin crtico mnimonecesario para que se produzca el fenmeno del arenamiento.

Siguiendo con las premisas de PetroUCV S.A, se desarrolla este trabajoespecial de grado, el cual busca estimar una ventana operacional de presin delodo a partir de registros de pozos para las formaciones del campo basndose enlos conceptos de la geomecnica.

Para ello, la construccin de una ventana operacional de presin de lodoptima ajustada al campo en estudio requiere del anlisis de parmetros yvariables geomecnicas tales como: comportamiento esfuerzo-deformacin,mdulo de Young, relacin de Poisson, ngulo de friccin, fuerza de cohesin yporoelasticidad; que en conjunto con el criterio de falla de Mohr-Coulomb, logreestablecerse las limitaciones de resistencia mecnica de las rocas que constituyenla formacin.

La ventana operacional a determinarse para los campos en estudioSocororo Este y Oeste permitir, en lo posible, correlacionar las caractersticasmecnicas de las formaciones involucradas. Asimismo, establecer partiendo de losresultados de los pozos, parmetros que sirvan como base de diseo para futurosprogramas de perforacin de pozos.

Se persigue con la prediccin del comportamiento mecnico de lasformaciones ante esfuerzos inducidos, la reduccin de los riesgos de inestabilidadde hoyo (derrumbes y

Formulacin del Problema

Las actividades de perforacin y produccin de los fluidos de la formacinalteran los esfuerzos en sitio que a veces no favorecen las actividades deexplotacin de los yacimientos.

Estas actividades, desde el momento que extraen de la formacinmateriales rocosos y fluidos, generan esfuerzos inducidos en la roca que conllevana una alteracin de los esfuerzos preexistentes. Esta modificacin del estadoinicial de la formacin puede resultar en una gran contraccin o en una expansindel hoyo inmediatamente adyacente a ella. As, la formacin puede bien restringirel movimiento de la mecha al punto de quedarse atrapada despus de laperforacin, como tambin, conseguir que la formacin misma se fracture yocasione una prdida de circulacin. Estos son, entre tantos ejemplos deinestabilidad de hoyo, problemas que podran producirse y consecuencias quepodran acarrearse y dificultar la perforacin.

La generacin de fracturas, derrumbes, ovalizaciones y arenamiento a razde la inestabilidad del hoyo, producto de un desequilibrio del estado de esfuerzosde la formacin, podra traer consecuencias desastrosas desde el pozo hasta lasinstalaciones de superficie, que se traducen en costos de perforacin ms elevadosy demoras en la produccin.

En la industria petrolera gran parte de las rocas perforadas son lutitas y unalto porcentaje de los problemas de inestabilidad de hoyo se le asocia a ellas. Losyacimientos del Campo Socororo, Pariagun, ubicados en Venezuela, no estn

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Captulo I

Planteamiento del Problema

exentos de este tipo de rocas. Por ello, la importancia de realizar una evaluacingeomecnica a dichos yacimientos, los cuales son propicios a seguir siendoexplotados y perforados para diversos intereses productivos y econmicos.

Dicha evaluacin, se realizar a travs del anlisis de registros de pozos ydems informacin disponibles de campo, para estimar las propiedades mecnicasy las resistencias de las formaciones que contribuyan a la obtencin de unaventana operacional de pesos de lodo segura. Esto con el propsito de compensarla alteracin de las propiedades en sitio y conseguir la estabilidad de lasactividades de perforacin.