Problemas de Inestabilidad del pozo.


La inestabilidad del pozo se experimenta principalmente en las
secciones de lutita, inducidas por una alta concentración de esfuerzos o
interacciones físico-químicas del fluido de perforación con la lutita, o
una combinación de ambas;

 
1. Estabilidad mecánica del pozo inducida por estrés.
 
2. Inestabilidad química relacionada.

  • a) Interacción del fluido de perforación de esquisto dependiente del tiempo
  • b) Interacción del agua dependiente del tiempo con tiza, piedra caliza, anhidrita, yeso, etc.


Los problemas de estabilidad relacionados con la mecánica son, además
de una pequeña erosión debida al flujo turbulento y la interacción de la
sarta de perforación con la pared, regida por las tensiones del pozo.
Está relacionado con las tensiones verticales creadas por la sobrecarga. La sobrecarga produce una compresión / deformación vertical, que crea tensiones de compresión en la dirección horizontal.

La inestabilidad mecánica del pozo es un tema cubierto en los cursos de física de rocas.
En este libro, simplemente se señalará la inestabilidad mecánica del
pozo, ya que está interrelacionada con su contraparte química;
La interacción del agua con los sedimentos tendrá una influencia negativa en la estabilidad mecánica.
 
La estabilidad química del pozo está relacionada con el agua y su compleja interacción con el esquisto. La dependencia del tiempo está relacionada con el tiempo que tarda el agua en transportarse al esquisto.
 
La reacción con tiza / piedra caliza / anhidrita está relacionada con la disolución del material disoluble. La tiza, la piedra caliza y la sal son todos compuestos iónicos. La disolución de ellos puede llevar a varios problemas:

  • Floculación de la fase coloidal del fluido de perforación;
    Arcilla o polímeros (aumento de la viscosidad) o agregación de arcilla
    después del intercambio iónico (disminución de la viscosidad)
  • Alto contenido de sólidos (desintegración de esquejes debilitados).
  • Agrandamiento del agujero (lavado de la pared debilitada)

 

Los problemas de inestabilidad del pozo toman muchas formas, y los más frecuentes se señalan en la Figura 1.

Conceptos de estabilidad e inestabilidad aplicado al proceso de perforación de pozos petroleros




Enviado por Jose Infante Tovar

Influencia que causa
la inestabilidad de la roca en el proceso de
perforación

La estabilidad en macizos rocosos está controlada
por la estructura geológica, en particular las diaclasas (
grieta que se forma en una roca sin que existan desplazamientos
de los bloques situados a ambos lados de la misma),
foliación, fallamiento, la cual tiene un gran valor para
el surgimiento de deslizamientos que provocan perdida de la
resistencia de la roca y por ende gastos de costos adicionales
interrupciones y demoras que conllevan a inversiones cuantiosas
que se deben realizar cuando se realiza una operación de
perforación de un pozo petrolero.

La estabilidad del pozo petrolero depende de:

  • Las presiones

  • Las saturaciones

  • La Porosidad

  • La permeabilidad

  • La Viscosidad

ESTABILIDAD DE LAS LUTITAS. PRUEBA PRACTICA
DE LA ESTABILIDAD DE LAS LUTITAS
GENERALIDADES DE LAS
LUTITAS

Las lutitas son rocas sedimentarias de grano fino
formadas por la consolidación de arcilla, limo o lodo,y se
caracterizan por poseer una estructura laminar. Las lutitas
están constituidas principalmente por minerales de
arcilla, en una proporción que puede variar entre 15% y
100%, minerales accesorios, como cuarzo, carbonatos y
feldespatos. De aquí que las lutitas cubran un amplio
rango de

composiciones y presentan propiedades mecánicas,
petrofísicas y fisicoquímicas muy diferentes,
dependiendo de la composición mineralógica
.

Las lutitas se caracterizan por poseer una baja
permeabilidad y una alta sensibilidad al agua. Los pozo . La
porosidad total de las lutitas disminuye con la
compactación (profundidad), al igual que sucede con otras
rocas pequeños diámetros de poro explica por
qué las lutitas se consideran frecuentemente impermeables.
La permeabilidad puede oscilar entre 10-6 y 10-12 D, pero se
encuentra por lo general en el orden de los nanodarcies (10-9 D)
. El tamaño promedio de poro de las lutitas también
es muy pequeño: oscila entre 1 y 10 nm. En consecuencia, los
mecanismos de transporte, tanto hacia dentro como hacia fuerade
la formación, son muy lentos. Adicionalmente, no puede
formarse un revoque sobre las paredes del

El termino “lutita” es comúnmente usado in la
industria de perforación para describir un amplio grupo de
rocas desde formaciones altamente reactivas hasta materiales
completamente litificados. Es importante reconocer que las
lutitas responden diferente cuando son expuestas a fluidos. Los mecanismos de
inestabilidad en formaciones de lutitas varían ampliamente
con los cambios en la mineralogía y la estructura de la
roca. Identificar el tipo de formación de lutita y sus
características es un paso fundamental en el diseño y selección de fluidos de
perforación para aplicaciones de estabilidad.

Numerosas
técnicas de laboratorio son empleadas para estudios de
interacción roca/fluido, pero las pruebas que demandan
menos tiempo y envuelven metodologías relativamente
simples parecen ser las mas prácticas y usadas en la
industria.

La selección de experimentos de
laboratorio y sus condiciones depende de las propiedades
básicas de la roca. Generalmente, las formaciones de
lutitas blandas se dispersan, hinchan o se ablandan
rápidamente cuando se exponen a fluidos base
agua; las lutitas duras han pasado a
través de procesos de diagénesis (alteración
de minerales arcillosos, cementaciones secundarias, etc.) y
tienden a permanecer estables en los fluidos.
Las formaciones de lutitas blandas tienden
a interactuar rápidamente con fluidos.En estos casos,
pruebas como dispersión, dureza por humectación e
hinchamiento son muy útiles y los resultados muestran
diferencias claras entre los fluidos2. Por otro lado,
las lutitas duras interactúan diferente
con los fluidos y los mecanismos de inestabilidad son más
asociados con el desarrollo de fracturas y rupturas a lo largo de
laminaciones. Este tipo de fallas parecen ser causadas por la
penetración de fluidos a lo largo de los planos de clivaje o fracturas pre-existentes. Las
diversas respuestas de las lutitas duras frente a fluidos con
diferentes composiciones químicas indican que los
mecanismos de falla incluyen procesos tanto físicos y como
químicos.
Los mecanismos de inestabilidad en lutitas
duras están cercanamente relacionados con las
características geológicas y las propiedades de la
roca tales como la estructura, la distribución de grano,
la textura y la presencia de fracturas. Es importante que
las
muestras para la prueba de desarrollo de
fracturas incluyan esas características.
Generalmente, los cortes de lutitas son
rutinariamente disponibles y son usados para obtener importante
información como composición mineralógica,
capacidad de intercambio catiónico (C.I.C),
imágenes de microscopia electrónica de barrido
(SEM), etc.
Adicionalmente, este tipo de muestras son
usadas para conducir diferentes pruebas con fluidos y en algunos
casos, los cortes son pulverizados y reconstituidos en pastillas
o tapones para pruebas3. Sin embargo, algunas
características de la roca como
distribución
geométrica de minerales, textura
(laminaciones, lentes, etc.), fabrica, red de fracturas y
laminaciones son parcialmente perdidas cuando la lutita es
recuperada en forma de cortes o cuando la muestra es
reconstituida.

Inestabilidad de
Hoyo

Con este nombre se engloban todas aquellas
situaciones que involucran una desestabilización de las
paredes del hoyo. Los síntomas directos de inestabilidad
de hoyo como agrandamiento o reducción de hoyo se observan
en registros de “cáliper“. Exceso de ripios o
derrumbes en superficie u hoyo rellenodespués de un viaje
dan indicaciones del agrandamiento del hoyo. También
cuando se requieren cantidades en exceso de cemento con respecto
al calculado indica que ocurrió un agrandamiento del
hoyo.
Existen otros síntomas indirectos de
problemas de inestabilidad de hoyo tales como altos torques,
apoyos y arrastres, atascamiento de la tubería,
revestidores o herramientas de registros. Estos síntomas
pueden ser causados por colapsos de hoyo, especialmente en hoyos
altamente inclinados u
horizontales. La ausencia o
disminución de la circulación, así como, el
aumento de densidad del fluido por incremento de sólidos
de perforación puede indicar la presencia de un
atascamiento de tubería debido al derrumbe del hoyo. El
exceso de ripios o derrumbes puede deteriorar las propiedades del
fluido por exceso de sólidos. También tenemos que
las vibraciones de la sarta de perforación, así
como los impactos laterales a las paredes pueden
provocar la falla del hoyo.
Como se menciono anteriormente, las lutitas
son rocas de grano fino con alto contenido de arcilla, poros
pequeños y baja permeabilidad que normalmente se
encuentran saturadas con agua de formación. La
combinación de estas características hace que las
lutitas sean altamente susceptibles a fenómenos de
inestabilidad . Los factores que afecten el estado de esfuerzos,
la presión de poro y la resistencia mecánica de la
lutita afectarán también la estabilidad del hoyo
.
La inestabilidad de hoyo en zonas
lutíticas se debe a factores mecánicos,
fisicoquímicos (relacionados con las interacciones fluido
de perforación con la lutita y externos. Estos factores
pueden actuar conjuntamente en una situación determinada. 
Entre los principales factores geomecánicos decisivos en
los problemas de estabilidad del hoyo, se encuentran: la
orientación y la magnitud de los esfuerzos “in
situ
“, las propiedades mecánicas y
poroelásticas de la lutita, presión de poro, los
planos de estratificación y las fracturas preexistentes en
la Los factores fisicoquímicos incluyen mecanismos de
transporte de fluidos, alteración química de la
lutita, hinchamiento/hidratación y efectos
térmicos Los factores externos involucran todas
aquellas prácticas de perforación que pueden
producir inestabilidad del hoyo. 
Entre estas se encuentran la
vibración de la sarta, las presiones de “swab” y”surge”
debido a los viajes de la sarta. Como consecuencia, la
creación de fisuras en el hoyo, y la posterior penetración del fluido de
perforación, generarán la inestabilidad de hoyo. La
alteración química de la lutita al entrar en
contacto con el fluido de perforación afectará la
presión del fluido de poro y la resistencia de la lutita
.
CURVAS DE ESTABILIDAD DEL HOYO
El mantenimiento de un hoyo estable es una
de las tareas de perforación principales de la industria
petrolera y gasífera, ya que los problemas inestabilidad
asociados al pozo resultarán en altos costos de
perforación y tendrán un impacto severo en el
cronograma de perforación. El análisis de la
Estabilidad de Hoyo debe considerarse en la etapa de planeamiento
del pozo en cualquier compañía operadora.
 La
inestabilidad de hoyo de los pozos sigue siendo una
preocupación importante para las compañías
porque además de ser potencialmente costosa, puede poner
en peligro al personal asociado a las tareas de
perforación.La resistencia a la fractura de las
formaciones, es un factor dominante en la construcción de
un pozo petrolífero. 
Las profundidades a las cuales deben
colocarse los revestimientos están gobernadas por la
presión de poro (PP) y la presión de
fractura (PF), dando una ventana operacional para el peso
de lodo (PL) admisible durante la perforación. 
Usualmente la presión de fractura esta relacionada a la
fractura inicial del agujero. Durante la perforación
eventos indeseados pueden ocurrir tales como pérdidas de
circulación (PCL), pega de la tubería, etc.
La PCL es uno de los factores más costosos en la industria
debido a que la perforación debe detenerse hasta que sea
solventado este problema. 
La PCL ocurre en la mayoría de
los pozos perforados en mayor o menor grado. Este problema es
generalmente atacado adhiriendo partículas grandes al
fluido de perforación o en casos severos, cementando las
zonas de pérdidas. 
No existe una cura simple para este
problema.Para prevenir estos problemas indeseables es bastante
recomendable realizar un análisis geomecánico antes
de perforar un pozo. LogProc puede ayudar en ese sentido, dado
que soporta un modelaje geomecánico simple para entender
los aspectos de estabilidad de hoyo y recomendar
parámetros operacionales específicos para optimizar
el rendimiento. 
LogProc es capaz de predecir ventanas
operacionales de lodo seguras y trayectorias de pozo estables
(véase las Figs. 1 y 2). LogProc puede ayudar
a:
  • Invertir menos tiempo en asuntos de
    estabilidad de hoyo .


  • Maximizar las ganancias del proyecto y
    minimizar el riesgo de la perforación.

  • Optimizar los pesos de lodo y el
    diseño de los revestimientos.
  
Monografias.com
Fig. 1. Ventana operacional de lodo
típica
Monografias.com
Fig. 2. Dividiendo la ventana de lodo
en dos zonas elástica y plástica
respectivamente
La figura 3 muestra el algoritmo para
realizar un análisis de estabilidad de hoyo simple basado
en los registros actuales. También debería
considerarse datos empíricos si están disponibles
(por ejemplo: ensayos triaxiales y pruebas “leak-off”). Los
criterios de falla disponibles son los de Mohr-Coulomb y de
Drucker-Praguer.
Monografias.com
Fig. 3. Algoritmo para realizar un
análisis geomecánico simple
   

Autor:

Katherine Lazcano

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
POLITÉCNICA
DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL
BOLIVARIANA
UNEFA EXTENSIÓN ZARAZA
GUIA DE ESTUDIO
ASIGNATURA: MECANICA DE LOS
SOLIDOS
V SEMESTRE

Monografias.com

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