REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD DE ...00:32Z-148… · correlaciones matemáticas establecidas durante la realización de este análisis, se mencionan

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA

FACULTAD DE INGENIERÍA DIVISIÓN DE POSTGRADO

PROGRAMA DE POSTGRADO EN INGENIERÍA DE PETRÓLEO

CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA DEL YACIMIENTO C-SUPERIOR,VLE-198

Trabajo de Grado presentado como requisito para optar al Grado Académico de:

MAGÍSTER SCIENTIARIUM EN INGENIERÍA DE PETRÓLEO

Autor: Ing. Belkys N. Chacín C.

Tutor: Ing. Américo Perozo, MSc.

Maracaibo, junio de 2005

AAPPRROOBBAACCIIÓÓNN

Este Jurado aprueba el Trabajo Especial de Grado titulado "CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA DEL YACIMIENTO C-SUPERIOR, VLE-198", que la Ing. Belkys Nereida Chacin Carrasquel, C.I.: 9.772.376 presenta ante el Consejo de Técnico de la División de Postgrado de la Facultad de Ingeniería en cumplimiento del Articulo 51, Parágrafo 51.6 de la Sección Segunda del Reglamento de Estudios para Graduados de la Universidad del Zulia, como requisito para optar al Grado Académico de

MAGÍSTER SCIENTIARUM EN INGENIERÍA DE PETRÓLEO

_______________________ Coordinador del Jurado

Américo Perozo V-2.880.248

_______________________ _______________________

Orlando Zambrano Renato Acosta V-7.548.612 V-4.523.957

________________________

Director de la División de Postgrado Carlos Rincón

Maracaibo, Junio de 2005

AGRADECIMIENTO Quiero agradecer especialmente y dar mis más sinceras gracias al Profesor Américo Perozo el cual pudo brindarme su apoyo, asistencia en los momentos que más requería, así como el compartir sus experiencias en la elaboración de este trabajo de investigación. Así mismo, agradecer a todas aquellas personas que de una u otra forma colaboraron para hacer posible este logro.

Gracias

Belkys N. Chacín Carrasquel. “Caracterización Geomecánica del Yacimiento C-Superior, VLE-198”. (Junio 2005). Trabajo de Grado. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. División de Postgrado. Departamento de Ingeniería de Petróleo, Escuela de Petróleo, Maracaibo, República Bolivariana de Venezuela, Tutor: Ing. Msc. Américo Perozo.

RESUMEN

El objetivo principal de esta investigación fue la caracterización geomecánica a través de registros acústicos dipolares en el yacimiento C-Superior del área VLE-198 mediante la evaluación de diversos parámetros que permitieron la relación de los esfuerzos con resistencia de la formación, asociados con eventos operacionales que tienen gran influencia en cualquier problema de estabilidad de hoyo, arenamiento, fracturamiento y actividades de perforación direccional. Para el área en estudio se contó con información de registros especiales: (acústicos, imágenes, etc) y ensayos geomecánicos a nivel de laboratorio realizados en áreas vecinas las cuales permitieron establecer correlaciones en el área de estudio. Entre los parámetros evaluados y correlaciones matemáticas establecidas durante la realización de este análisis, se mencionan la ecuación sintética que estima la onda de corte (∆t s ), módulo de Young y Relación Poisson (estáticos con dinámicos). Se estableció los parámetros del tensor de campo de esfuerzos resultando ser el esfuerzo vertical (σV) promedio 0,89 lpc/pie, los esfuerzos horizontales mínimo (σh ) y máximo (σH ) promedio entre 0,87 lpc/pie y 1,06 lpc/pie respectivamente, la anisotropía de esfuerzos (σH>σv≈σh) relacionan un comportamiento rumbo-deslizante e inverso. En relación a las direcciones de los esfuerzos horizontales resulto ser N71ºW (σh ) y N29ºW (σH ). Se definió la ventana operacional para estabilidad de hoyo de perforación con un peso mínimo de lodo permisible para las sub-unidades C-20 al C-24 entre 5,8 - 7,0 lbs/gal. De igual manera se analizó el fenómeno de caída de presión critica (drawdown) permisible entre 1000 y ≤ 2500 lpc como límite seguro y mayor 2500 lpc como límite de riesgo. Producto del análisis efectuado en el presente estudio se recomienda de los núcleos existentes tomar tapones para ensayos geomecánicos especiales triaxiales y paleomagneticos que permita definir con mayor exactitud los esfuerzos y validar los parámetros obtenidos en el presente trabajos. Palabras Clave: caracterización, geomecánica, propiedades mecánicas dinámicas E-mail: [email protected]

Belkys N. Chacin Carrasquel. “Geomechanical Characterization of C-Superior,VLE-198 Reservoir. (June 2005). Thesis. University of Zulia. Faculty of Engineering. Division of Post-Degree. Petroleum Engineering Department, Petroleum School, Maracaibo, Bolivarian Republic on Venezuela. Tutor: Eng. Msc. Américo Perozo.

ABSTRACT The main objective of this investigation was the geomechanical characterization through the dipolar acustical logs of the C-Superior reservoir of VLE-198 area, through the evaluation of several parameters that related the stresses with formation strength asociated operational events that have a big influence in any problem of borehole stability, sand problem, breaking and directional drilling. The area studied has information about special logs: (acoustic, imagen, among other) and geomechanical lab tests to neighbor areas which permited establish correlations in the area studied. Among the parameters evaluated and establish mathematics correlations during the execution of this analysis, It was established arithmetical equations that allow us to estimate the shear wave (∆Ts), static young’s modulus and static Poisson’s relation. Since at the area studied there wasn’t any geomechanical study realized with core, there was estabilished the parameters of dinamics Young’s modulus. It was determined the vertical stress (σv) =0,89 psi/ft average, minimum (σh) and maximum (σH) average horizontal stress = 0,87 psi/ft and 1,06 psi/ft respectively, the anisotropy of stress (σH>σv≥σh) relation of strike-slide, also, the directions of the minimum horizontal stress results N71°W (σh) and maximum N29°W (σH). it was defineted operational windows for established of hole, the mud weight permissible between (5,8 – 7,0) psi/gal for the C-20 to C-24 sub-units. Of same form, it was analysis the pressure drop permissible (drawndown) between 1000 and ≤ 2500 psi as a sure limit and > 2500 psi as a dangerous limit like sand control. Product of analysis realized in the present study this work it’s recommending make specials geomechanical lab tests: triaxial stress and paleomagnetism with core of the area studied for have more exactly the stresses and to confirm the parameters obtained in the present study. Key word: characterization, geomechanical, dynamic mechanical properties. E-mail: [email protected]

TABLA DE CONTENIDO Página RESUMEN……………………………………………………………………..………........ 3

ABSTRACT…..…………………………………………………………….……………...... 4

AGRADECIMIENTO………………………………………………………………….......... 5 TABLA DE CONTENIDO ……………………………………………………………..…… 6 LISTAS DE TABLAS………………….……………………………................................ 10 LISTAS DE FIGURAS……………………………………………………………..……… 12

INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………….. 15

CAPÍTULO

I ASPECTOS GENERALES Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA..17

1.1 Aspectos Generales………..……………………………………….... 18

1.2 Ubicación Geográfica……….……………....................................... 19

1.3 Aspectos estructurales…………………………………………..…… 20

1.4 Aspectos estratigráficos….………….............................................. 21

1.5 Planteamiento del Problema…...................................................... 26

II MARCO TEÓRICO..............................................................................28

2.1 Registro acústicos.......................................................................... 29

2.1.1 Registros acústicos dipolares……………………….….......30

2.1.2 Módulo elásticos a partir de registros acústicos…............31

2.1.3 Módulos elásticos estáticos y dinámicos………...………..33

2.2 Módulos elásticos……………………………………………………...34

2.2.1 Módulo de Young………..…………………………………..34

2.2.2 Relación de Poisson………………………………………...34

2.2.3 Módulo de corte ……………………………………………..35

2.2.4 Módulo volumétrico…………………..................................35

2.3 Definición de esfuerzo ….………………….…………………………35

2.4 Definición de deformación……………………….……………………36

2.5 Definición de resistencia……………….…….……………………….37

2.6 Determinación de magnitudes y dirección de los esfuerzos…...…38

2.6.1 Esfuerzo vertical o sobrecarga..........................................38

2.6.1.1 Magnitud del esfuerzo vertical.............................39

CAPÍTULO Página

2.6.1.2 Dirección del esfuerzo vertical.............................41

2.6.2 Esfuerzos horizontales......................................................43

2.6.2.1 Esfuerzo horizontal mínimo…………...….………43

2.6.2.2 Esfuerzo horizontal máximo………………………43

2.6.2.3 Dirección del esfuerzo horizontal máximo…..…46

2.7 Presiones normal y anormal de formación……………..…………...46

2.7.1 Presión de la formación.................................................... 46

2.7.1.1 Presión normal de la formación...........................48

2.7.2.2 Presión anormal de la formación……………..….48

2.7.2.3 Presión subnormal de la formación……………...48

2.8 Importancia de los ensayos geomecánicos…………………...........49

2.8.1 Ensayo para el coeficiente de Biot………..…………...…..50

2.8.2 Compresión de resistencia mecánica……………….…….51

2.8.2.1 Compresión no confinada (UCS)………………...51

2.9 Enfoque geomecánico del arenamiento …….................................52

2.9.1Concepto de drawdown crítico...........................................56

2.9.2Análisis métodos Shell………………………………….........58

III MARCO METODOLÓGICO……………………………………………….61

3.1 Tipo de investigación......................................................................62

3.2 Universo o población…….…………………………………..….….…63

3.3 Muestra…………………………………………….………….…...…....63

3.4 Metodología empleada …………………………..………….………..63

3.4.1Recopilación de la información……………….………...…...64

3.4.2 Determinación de la ecuación sintética (Δts)………..........64

3.4.3 Determinación de propiedades geomecánicas…….…......65

3.4.3.1 Radio de Poisson……………………………..……65

3.4.3.2 Módulo de Young………………………….….……65

3.4.3.3 Módulo de corte……………………..……………..66

3.4.3.4 Módulo volumétrico………………………………...66

3.4.3.5 Módulo de compresibilidad…………………..…...66

3.5 Determinación del campo de esfuerzos ………………………….... 66

3.6 Parámetros para el análisis de presión ……………………….…….67

CAPÍTULO Página

3.6.1 Método sónico…………….……………….…………………67

3.6.2 Localización de zonas de presión anormales………….....67

3.7 Determinación de presiones criticas (condición de arenamiento). 67

IV DETERMINACIÓN DE ECUACIÓN SINTETICA (Δt )shear …………………69

4.1 Determinación de la ecuación sintética para el tiempo de tránsito de

cizallamiento ………………….........................................................70

V CORRELACIONES Y CALIBRACION MÓDULOS ESTÁTICOS /

DINÁMICOS………………………………………………………..…………73

5.1 Generación de correlaciones con el pozo VLE-1308 del área VLE-

305..................................................................................................74

VI DETERMINACIÓN PROPIEDADES MECÁNICAS DINÁMICAS DE LA

ROCA…………………………………………………………………….…….79

6.1 Determinación de propiedades mecánicas a partir de registros

Petrofísicos……………………………………………………………. 80

6.1.1 Pozo VLE-797……………………………………………….. 82

6.1.2 Pozo VLE-850…………………………………………..…… 85

6.1.3 Pozo VLE-888………………………………….……………. 88

6.1.4 Pozo VLE-907………………………………………………...91

6.1.5 Pozo VLE-1196…………………………………………….…94

VII DETERMINACIÓN DEL CAMPO DE ESFUERZOS…………………….97

7.1 Determinación de la magnitud del campo de esfuerzo en sitio…...98

7.2 Magnitud de esfuerzos vertical…………………………………….....98

7.2.1 Pozo VLE-797…………………………………………….…100

7.2.2 Pozo VLE-850………………….……………………………101

7.2.3 Pozo VLE-888…………………………………………….…102

7.2.4 Pozo VLE-907…………………………………………….…103

7.2.5 Pozo VLE-1196………………………………………..……104

7.3 Esfuerzo horizontal mínimo...........................................................106

7.4 Esfuerzo horizontal máximo..........................................................109

7.5 Relación entre esfuerzo horizontal máximo y esfuerzo horizontal

mínimo.........................................................................................110

CAPÍTULO Página

7.6 Dirección de los esfuerzos Horizontales…………………………...111

7.7 Determinación de presión de poro…............................................113

7.7.1 Sub-unidad C-20……………….............................................114

7.7.2 Sub-unidad C-21…………….................................................115

7.7.3 Sub-unidad C-22……...........................................................116

7.7.4 Sub-unidad C-23…………....................................................117

7.7.5 Sub-unidad C-24…………….................................................119

VIII CONTROL DE ARENAMIENTO…………………………………………124

8.1 Determinación de caída de presión crítica………………………...125

8.2 Drawdown crítico en Bloque V Centro……………………………...126

CONCLUSIONES………..………………...………………………………………….…129

RECOMENDACIONES…….…..…..……………………………………………………132

BIBLIOGRAFÍA…………......….………................................................................…133

LLIISSTTAASS DDEE TTAABBLLAASS

TTaabbllaass PPáággiinnaa

11ªª yy 11bb

CCootteejjoo ddee pprrooppiieeddaaddeess mmeeccáánniiccaass ((EE,,vv)) mmuueessttrraa aannaalliizzaaddaa eenn

llaabboorraattoorriioo,, ssóónniiccoo bbiippoollaarr yy ccaallccuullaaddoo aa ttrraavvééss ddee ccoorrrreellaacciioonneess

ppaarraa ee ppoozzoo VVLLEE--11330088………………………………………………………….................................................... 7766

22 PPrrooppiieeddaaddeess mmeeccáánniiccaass ddiinnáámmiiccaass yy eessttááttiiccaass pprroommeeddiioo ddeell

ppoozzoo VVLLEE--779977………………………………………………………………………………………………………………........ 8822


ppoozzoo VVLLEE--885500………………………………………………………………………………………………………………...... 8855


ppoozzoo VVLLEE--888888………………………………………………………………………………………………………………...... 8888


ppoozzoo VVLLEE--990077………………………………………………………………………………………………………………...... 9911


ppoozzoo VVLLEE--11119966…………………………………………………………………………………………………………...... 9944

77 MMaaggnniittuudd ddeell eessffuueerrzzoo vveerrttiiccaall yy ggrraaddiieennttee ddee ssoobbrreeccaarrggaa eenn eell

ppoozzoo VVLLEE--779977………………………………………………………………………………………………………………...... 110000


ppoozzoo VVLLEE--885500………………………………………………………………………………………………………………...... 110011


ppoozzoo VVLLEE--888888………………………………………………………………………………………………………………...... 110022


ppoozzoo VVLLEE--990077………………………………………………………………………………………………………………...... 110033


ppoozzoo VVLLEE--11119966…………………………………………………………………………………………………………...... 110044

1122 IInnffoorrmmaacciióónn ddee ttrraabbaajjooss ddee mmiinnii ffrraaccttuurraass yy ffrraaccttuurraammiieennttooss

hhiiddrrááuulliiccooss ddee BBllooqquuee VV ccaammppoo CCeennttrroo………………………………………………………… 110077

1133 IInnffoorrmmaacciióónn ddee ttrraabbaajjooss ddee mmiinnii ffrraaccttuurraass yy ffrraaccttuurraammiieennttooss

hhiiddrrááuulliiccooss ddee zzoonnaass vveecciinnaass ddee BBllooqquuee VV ccaammppoo CCeennttrroo……………… 110088

TTaabbllaass PPáággiinnaa

1144 RReessuummeenn ddee ggrraaddiieenntteess ddee eessffuueerrzzooss eenn eell áárreeaa ddee BBllooqquuee VV

CCeennttrroo…………………………………………………………………………………………………………………………………… 111100

1155 RReellaacciióónn ddeell eessffuueerrzzoo hhoorriizzoonnttaall mmíínniimmoo,, mmááxxiimmoo yy vveerrttiiccaall ddeell

CC--SSuuppeerriioorr,,VVLLEE--9988………………………………………………………………………………………………………… 111100

1166 PPrreessiioonneess mmeeddiiddaass eenn CC--2200 eenn llooss ppoozzooss áárreeaass EEssttee yy

OOeessttee……………………………………………………………………………………………………………………………………...... 111144


OOeessttee……………………………………………………………………………………………………………………………………...... 111155


OOeessttee……………………………………………………………………………………………………………………………………...... 111166


OOeessttee……………………………………………………………………………………………………………………………………...... 111177


OOeessttee……………………………………………………………………………………………………………………………………...... 111188

2211 PPrreessiioonneess mmeeddiiddaass eenn llaass ssuubb--uunniiddaaddeess ddeell yyaacc CC--

SSuuppeerriioorr,,VVLLEE--119988………………………………………………………………………………………………………….. 112200

2222 EEssttiimmaacciióónn ddee vveennttaannaass ooppeerraacciioonnaall ((llbbss//ggaall)) ddeell yyaacc.. CC--

SSuuppeerriioorr,,VVLLEE--119988………………………………………………………………………………………………………….. 112222

2233

VVaalloorreess pprroommeeddiiooss ddeell ttiieemmppoo ddee ttrraannssiittoo ddee llaa oonnddaa

ccoommpprreessiioonnaall yy llooss vvaalloorreess ddrraawwnnddoowwnn ccoonnsseerrvvaaddoorr yy lliibbeerraalleess

eenn eell ccaammppoo cceennttrroo ,, sseeggúúnn SSHHEELLLL………………………………………………………………...... 112277

LLIISSTTAASS DDEE FFIIGGUURRAASS

FFiigguurraass PPáággiinnaa

11 UUbbiiccaacciióónn ggeeooggrrááffiiccaass ddeell áárreeaass qquuee ccoonnffoorrmmaann BBllooqquuee VV

CCeennttrroo…………………………………………………………………………………………………………………………………… 1188

22 UUbbiiccaacciióónn ggeeooggrrááffiiccaass ddeell yyaacciimmiieennttoo CC--SSuuppeerriioorr,,VVLLEE--119988………….. 1199

33 MMooddeelloo eessttrruuccttuurraall ddee BBllooqquuee VV CCeennttrroo bbaassaaddoo eenn 33DD…………………….. 2211

44 CCoolluummnnaa eessttrraattiiggrrááffiiccaa ddeell áárreeaa………………………………………………………………………… 2222

55 UUnniiddaadd ddee fflluujjoo qquuee ccoommppoonneenn aa llaa ssuubb--uunniiddaadd CC--22 aarreennaa ““CC””...... 2233

66 MMooddeelloo eessqquueemmááttiiccoo ddee llaa ddeeppoossiittaacciióónn ddee llaa FFMM MMiissooaa,, aarreennaa

CC--22………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 2244

77 MMooddeelloo ddeeppoossiittaacciioonnaall aassoocciiaaddoo CC--SSuuppeerriioorr,, VVLLEE--119988…………………….. 2244

88 MMaappaa ddee ffaacciieess BBllooqquuee VV CCeennttrroo ddiirreecccciióónn yy mmaaggnniittuudd ccaannaalleess

eessttuuaarriinnooss ddiissttaalleess…………………………………………………………………………………………………….... 2255

99 SSeecccciióónn eessttrraattiiggrrááffiiccaass ddee BBllooqquuee VV CCeennttrroo ccoommpplleejjiiddaadd

eessttrraattiiggrrááffiiccaass………………………………………………………………………………………………………….............. 2255

1100 PPrriinncciippiioo ddee ooppeerraacciioonneess ddee uunn ttrraannssmmiissoorr ddiippoollaarr eenn llaa

hheerrrraammiieennttaass aaccúússttiiccaass…………………………………………………………………………………………...... 3300

1111 CCoommppoonneenntteess ddeell tteennssoorr eessffuueerrzzoo…………………………………………………………………… 3366

1122

GGrraaddiieenntteess ddee eessffuueerrzzooss vveerrttiiccaalleess ppaarraa ppoozzooss ddee llaa ccuueennccaa

ddeell GGoollffoo ddee MMeexxiiccoo,, eell ccaammppoo CCeeuuttaa yy eell ccaammppoo BBaarrúúaa ddee llaa

ccuueennccaa ddeell LLaaggoo ddee MMaarraaccaaiibboo…………………………………………………………………………..

4400

1133

MMooddeelloo ddee ffaallllaass ggeeoollóóggiiccaass sseeggúúnn AAnnddeerrssoonn mmoossttrraannddoo llaa

rreellaacciióónn eennttrree ffaallllaass nnoorrmmaalleess,, iinnvveerrssaass yy ttrraannssccuurrrreenntteess eenn

ffuunncciióónn ddee llaa ddiirreecccciióónn ddeell eessffuueerrzzoo pprriinncciippaall mmaayyoorr…………………………..

4422

1144 ZZoonnaass ddee ppeerrttuurrbbaacciióónn ddeell yyaacciimmiieennttoo aallrreeddeeddoorr ddee uunn ppoozzoo

pprroodduuccttoorr ddee aarreennaa…………………………………………………………………………………………………….... 5533

1155 ZZoonnaass ddee ddaaññoo aallrreeddeeddoorr ddee uunn ppoozzoo………………………………………………………….... 5544

1166 CCiirrccuulloo ddee MMoohhrr mmoossttrraannddoo eessttaaddoo ddee eessffuueerrzzooss rraaddiiaalleess yy

ttaannggeenncciiaalleess…………………………………………………………………………………………………………………….... 5555


1177

EEffeeccttoo ddeell aauummeennttoo ddeell ddrraawwddoowwnn ssoobbrree llaass eessffuueerrzzooss ddee ccoorrttee

eenn aarreennaa ddéébbiilleess yy ffuueerrtteess mmoossttrraannddoo llaa rreellaacciióónn eennttrree llooss

ccíírrccuullooss ddee MMoohhrr yy llooss áánngguullooss ddee ffrriicccciióónn iinntteerrnnaa yy llaa

ccoohheessiióónn……………………………………………………………………………………………………………………………… 5566

1188 CCrriitteerriiooss ddee ddrraawwddoowwnn ccrriittiiccoo vvss ΔΔtt ccoommpprreessiioonnaall ((VVeeeekkeenn yy

oottrrooss,,11999911))……………………………………………………………………………………………………………….............. 6600

1199 DDeetteerrmmiinnaacciióónn ddee eeccuuaacciióónn ssiinnttééttiiccaass ((ΔΔtt )shear ……………………………………...... 7711

2200 CCoorrrreellaacciioonneess eennttrree vvaalloorreess eessttááttiiccooss yy ddiinnáámmiiccooss ppaarraa mmóódduulloo

YYoouunngg ((EE))((xx1100^̂66)) ppssii……………………………………………………………………………………………….... 7755

2211 CCoorrrreellaacciióónn eennttrree vvaalloorreess eessttááttiiccooss yy ddiinnáámmiiccooss ppaarraa llaa rreellaacciióónn

ddee PPooiissssoonn ((vv)) aaddiimmeennssiioonnaall…………………………………………………………................................ 7755

2222 MMóódduulloo ddee YYoouunngg yy RReellaacciióónn ddee PPooiissssoonn ((eessttááttiiccaa,, ddiinnáámmiiccaass yy

aannáálliissiiss ddee llaabboorraattoorriioo VVLLEE--11330088 ((CC--22,,VVLLEE--330055))………………………………...... 7777

2233 MMóódduulloo ddee YYoouunngg yy RReellaacciióónn ddee PPooiissssoonn ((eessttááttiiccaa,, ddiinnáámmiiccaass))

ddeell ppoozzoo VVLLEE--779977………………………………………………………………………………………………………… 8833

2244ªª MMóódduulloo ddee ccoorrttee ddiinnáámmiiccoo ddeell ppoozzoo VVLLEE--779977………………………………………….. 8844

2244bb MMóódduulloo vvoolluummééttrriiccoo ddiinnáámmiiccoo ddeell ppoozzoo VVLLEE--779977………………………………...... 8844

2244cc CCoommpprreessiibbiilliiddaadd ddiinnáámmiiccoo ddeell ppoozzoo VVLLEE--779977………………………………………….. 8844

2255ªª MMóódduulloo YYoouunngg ddiinnáámmiiccooss ,, eessttááttiiccooss ddeell ppoozzoo VVLLEE--885500………………...... 8866

2255bb RReellaacciióónn ddee PPooiissssoonn eessttááttiiccooss ddeell ppoozzoo VVLLEE--885500……………………………….... 8866

2255cc RReellaacciióónn ddee PPooiissssoonn ddiinnáámmiiccooss ddeell ppoozzoo VVLLEE--885500……………………………… 8866

















3311ªª MMóódduulloo YYoouunngg ddiinnáámmiiccooss ,, eessttááttiiccooss ddeell ppoozzoo VVLLEE--11119966……………….. 9955

3311bb RReellaacciióónn ddee PPooiissssoonn eessttááttiiccooss ddeell ppoozzoo VVLLEE--11119966……………………………… 9955

3311cc RReellaacciióónn ddee PPooiissssoonn ddiinnáámmiiccooss ddeell ppoozzoo VVLLEE--11119966………………………….. 9955

3322ªª MMóódduulloo ddee ccoorrttee ddiinnáámmiiccoo ddeell ppoozzoo VVLLEE--11119966……………………………………...... 9966

3322bb MMóódduulloo vvoolluummééttrriiccoo ddiinnáámmiiccoo ddeell ppoozzoo VVLLEE--11119966……………………………….. 9966

3322cc CCoommpprreessiibbiilliiddaadd ddiinnáámmiiccoo ddeell ppoozzoo VVLLEE--11119966……………………………………...... 9966

3333 EEssffuueerrzzoo vveerrttiiccaall oo ssoobbrreeccaarrggaa ppaarraa llooss ppoozzooss VVLLEE--779977,,VVLLEE--

885500,,VVLLEE--888888,,VVLLEE--990077 yy VVLLEE--11119966……………………………………………………………….... 110055

3344 MMooddeellooss ddee ddeeffoorrmmaacciióónn aassoocciiaaddooss aa eessffuueerrzzooss eenn eell hhooyyoo………… 111111

3355 DDiirreecccciióónn ddee eessffuueerrzzooss hhoorriizzoonnttaall mmíínniimmoo yy mmááxxiimmoo ……………………...... 111122

3366 GGrraaffiiccaa tteennddeenncciiaa ddee pprreessiióónn ddee ppoorroo ddee llaa ssuubb--uunniiddaadd CC--2200…….... 111144





4411

GGrrááffiiccaa ddee tteennddeenncciiaa ddee pprreessiióónn ddee ppoorroo yy ddeennssiiddaadd ddeell llooddoo aa

uuttiilliizzaarr aa lloo llaarrggoo ddee llaa ccoolluummnnaa eessttrraattiiggrrááffiiccaa ddeell yyaacciimmiieennttoo CC--

SSuuppeerriioorr,, VVLLEE--119988……………………………………………………………………………………………………...... 112200

4422 GGrraaffiiccoo ddee VVeeeekkeenn yy oottrrooss ((DDrraawwddoowwnn CCrrííttiiccoo)) ddee BBllqq.. VV

CCeennttrroo…………………………………………………………………………………………………………………………………… 112288

__________ Introducción

15

______________________________________________________________________________

INTRODUCCIÓN

La geomecánica es la disciplina que estudia las características mecánicas de los

materiales geológicos que conforman la roca de formación. Está disciplina está basada

en los conceptos y teorías de mecánica de rocas y mecánicas de suelos que relacionan

el comportamiento de la formación bajo los cambios de esfuerzos producto de las

operaciones petroleras de perforación, completación y producción de pozos. La

geomecánica aunque no siempre es practicada en la industria petrolera, es cada vez

más aceptada ya que brinda muchos beneficios a la hora de la planificar pozos, al

diagnostico, al modelado y el control de las deformaciones de las rocas a lo largo del

ciclo de explotación y producción, en conjunto con otros estudios relacionados como

petrofísica, geología, entre otros.

Por tal motivo, es de gran importancia realizar un análisis geomecánico para

poder entender y conocer las características mecánicas de los materiales geológicos

que conforman la roca presentes en formación, estas características pueden ser

propiedades geomecánicas dinámicas y estáticas de la roca y relacionan los esfuerzos

con el comportamiento de la formación.

Al hablar de perforaciones inclinadas y estimulaciones a través de fracturamiento

hidráulico entre otros, es gran utilidad tener dichas caracterización geomecánicas que

permitan conocer la magnitud y dirección de los esfuerzos en sitio, para definir la

trayectoria de mayor estabilidad, los esfuerzos mínimos y máximos para el incremento

de la mayor productividad.

El análisis geomecánico realizado trata de problemas donde se relacionan

esfuerzos con resistencia de la formación por lo que es de esperar que las operaciones

de pozos afecten y causen daño a la formación, en el orden de estabilidad de hoyo,

arenamiento, fracturamiento y otros. Por lo que es de mucha importancia realizar un

__________ Introducción

16

______________________________________________________________________________

análisis de operaciones negativas desde el punto de vista de la formación, para luego

optimizar en función de las características de la roca.

Así mismo, el estudio de las presiones en la formación es de vital importancia ya

que permite un mejor diseño del lodo de perforación a fin de evitar arremetidas o

pérdidas de circulación durante el proceso ó el causar daño al principal valor el cual es

el yacimiento.

Los problemas de producción de arena producto de los esfuerzos

desestabilizadores que actúan sobre la formación (tasa de flujo y gradiente de presión)

son mayores que la resistencia mecánicas de la formación ocasionando el

desprendimiento de granos causando así el arenamiento. Este estudio permitirá

conocer el estado de los esfuerzos y envolventes de falla de la formación para

determinar el gradiente de producción (drowdawn) crítico que no cause producción de

arena en el yacimiento estudiado.

Por lo tanto, a los fines de caracterizar el estudio del yacimiento C-Superior del

VLE-198 geomecánicamente, se realizaron todos estos análisis para determinar las

ventanas operacionales de densidad de lodos a su vez empleadas en la construcción

de pozos horizontal ó altamente inclinados en la arena C-2. Las caracterización de los

módulos dinámicos / estáticos que soportan los proyectos de estimulación a través de

fracturamiento hidráulico así como la determinación del drowdawn críticos para evitar

desprendimiento de granos de material de la formación.

Por lo que el objetivo de esta investigación persigue en presentar los resultados

del estudio geomecánico, así como las recomendaciones y guías operacionales par

perforaciones de pozos horizontales en la arena del yacimiento C-Superior,VLE-198,

que asegure la estabilidad del hoyo durante la perforación, faciliten las operaciones en

taladros y soporten la estimulaciones a través de fracturas hidráulicas, por ende evitar el

encarecimiento de los pozos por tiempo improductivos

Capítulo I ____ Aspectos Generales y Planteamiento del Problema

18

CCAAPPÍÍTTUULLOO II

AASSPPEECCTTOOSS GGEENNEERRAALLEESS YY PPLLAANNTTEEAAMMIIEENNTTOO DDEELL PPRROOBBLLEEMMAA 1.1. ASPECTOS GENERALES El Campo Bloque V Centro está ubicado en la zona Sur Central del Lago de

Maracaibo en la región Occidental de Venezuela y ocupa una superficie aproximada de

77Km2. Está limitado al norte con el Bloque VI, al Sur con una zona libre y el Bloque XIII,

al Este y al Oeste con una zona libre. El campo Centro de bloque V fue descubierto en

el año 1957 con la perforación de los pozos LSG-001 y VLE-198. De acuerdo a la

distribución de fluidos dentro de los yacimientos del campo, este se encuentra dividido en

tres grandes regiones, como son: región central, este y oeste. Cada una de estas

regiones abarca las siguientes áreas: región central: área VLE-198 este y oeste; región

este: áreas VLE-707 y LSG-001; región oeste: área VLE-271 y área VLE-1119. La razón

de esta división es definir la posible compartamentalización del campo, debido a

diferencias existentes en cuanto al comportamiento de producción de los pozos.

Figura 1. Ubicación geográfica del áreas que conforman a Bloque V Centro

N.1.077.000N.1.077.000

N.1.076.000N.1.076.000

N.1.074.000N.1.074.000

N.1.072.000N.1.072.000

N.1.070.000

VLE842 VLE782VLE828

VLE801

VLE9 83

VLE714

VLE390VLE686

VLE797

VLE380

VLE310VLE845VLE8 88

VLE1064

VLE981

VLE100 2

VLE344

LSG-8

LSG-1 3

LSG-6

LSG-3

LSG-12

VLE1045

VLE1043LSG-9

VLE920VLE1024

VLE1071

VLE1083

VLE578VLE414

VLE625

VLE1119

VLE271

VLE385

VLE102 2

VLE975

VLE359

VLE1060

LSG-110VLE1003

VLE1 033

VLE643

VLE1099

VLE1000VLE108 8

VLE1 010

VLE971

VLE1095

VLE110 0

VLE1017

VLE1081

VLE1098

VLE112 6

VLE1104

VLE415

VLE319

1340

0'13

500'

1360

0'13

700'

13800

'

13400'

1 3500'

1 3600'

13700'

13200'

1 3300'

12800'12900'

13000'13100'

1340

0'

13400 '

13500'

13100'

13200 '13300'

1290

0 '

1240

0'12

300'

130

00'

131

00'

129

00'

12800

'

12900

'

128

00'

1290

0'

1300

0'1

3100

'

13100 '

13200

'

12900'

13000'

13100'

13200'

129

00'

126

00'

129

00'

120

00'

12300 '

12200'

123

00'

124

00'

125

00'

126

00'

12400 '

12500 '

1250

0'

1260

0'

12700

'

12800

'

12900'

13000 '

13100'

1230

0'

124

00'

12500

'

1260

0'

12700

'

12800

'

12900

'

13000'

13100'

13200'

12800

'

129

00'

1 3000

'

13000'

12900 '

12800 '

127 00'

12500 '

12700 '

12900'

12800'

128

00'

12700'

12700 '

12800 '

12900'

13000'

1300

0'

13000

'

12700'

12900'

12800 '

13000 '

13200'

12700 '

12500'

12600 '12700'

12400 ' 12400'

12300'

122

00'

1 2688'

NP

NP

6 °

NP

NP

NP

NP

NP

NP

12469'

12466'12433'

12581'

12524'

VLE1160

NP

6 °

3°

12273'

7°

VLE114 2

12150'

1 2325'

12472'

9 °

12405 '

12361 '

VLE1154

VLE979

122 95'

1 2377'

2 °

124 46'

12650'

12694 '

12758'

126 20'

VLE114 3

NP

7 ̂

NP

NP

NP

12636'

12585'

VLE1149

NP

14487 '

12525'

12500'

6 ̂

12305'

VLE990

12386'

12184'

1 2350'

12167 '

4°

1 2235'

VLE1136

12094'

1 2322'

123 80'

12551'

12140 '

8°

12°

VLE1015

10°

NP

128 16'15 °

VLE1156

12789'

12775'

11 ^

13242'

5 ^

1 3145'

12704 '

3 ̂

12635'1 2605'

11 ^

12865'9 ̂130 72'6 ̂

13136'6 ̂

132 40'

VLE747

8 ̂

VLE518

8 ̂

12930'

1 2644'

E.222.000 E.224.000 E.226.000 E.228.000

13000 '

E.222.000 E.224.000 E.226.000 E.228.000 E.230.00 0 E.232.000

LAGO DE MARACAIBOBLOQUE V, CENTRO

MAPA ESTRUCTURAL

TOPE C-3

F IGURA 1 1

VLE1169

VLE1175

VLE1189

VLE1190

VLE907

-12 272'

VLE399

1 2600'

1 2104'

12040'12046'

VLE1196

121 14'

VLE1077STYVLE1077

VLE1 036

VLE1164

12237'

12198'

VLE8 11 VLE1030

VLE1 084

123 55'

VLE7 07

VLE923

125 97' 12496 '

VLE850

122 97'

VLE907ST VLE1013

12371'

129 04'

VLE112 4

VLE109 6

12428'

12342'

12363'VLE980

12966 '

LSG-1

12427 '

1220

0'12

300'

12181' VLE1287

12372'

VLE198

12239'

130 10'

13000'

VLE1275

VLE130 3

VLE1227

VLE1 232VLE1 264

VLEVLE-198 E-198 E

VLEVLE-707-707

VLE

VLE-

198 O

-198

O

VLEVLE-271-271

VLEVLE-1119-1119 MAPA ESTRUCTURAL

TOPE C-2


19

1.2. UBICACIÓN GEOGRÁFICA

El yacimiento C-SUP VLE-198 se encuentra en la región Central área VLE-198 de

Bloque V, Unidad de Explotación Lagocinco, Distrito Lagunillas, PDVSA. Este

yacimiento esta limitado hacia el norte del área VLE-707, de mayor complejidad

estratigráfica que se extiende hacia el límite sur del área de Centro Lago.

El área VLE-198 esta constituida por dos intervalos productores: arena C-

Superior conformada por las arenas B-6/9, Santa Barbara y C-2 y el intervalo C-Inferior,

conformado por las arenas C-3, C-4 y C-5. Enfocado el estudio en la arena C-Superior

(C-2).

Figura 2. Ubicación geográfica del yacimiento C-SUP VLE-198

ALTAGRACIACABIMAS

MENE GRANDE

BARUA-MOTATAN

MARACAIBO

I

IIVIIIIX

VIV

XIIIV XI

III

VIIIV

XIVXII

Lago deMaracaibo

N

.

BLOQUEBLOQUE VIII VIII

BLOQUE VIBLOQUE VILAGOCINCOLAGOCINCO

BLOQUE V BLOQUE V LAMARLAMAR

BLOQUE V BLOQUE V CENTROCENTRO

LAGUNILLAS

BACHAQUERO

Yacimiento C-SUP VLE-198Yacimiento C-SUP VLE-198


20

1.3. ASPECTOS ESTRUCTURALES

La estructura de la Región Central del área VLE-198 (Yacimiento C-SUP VLE-

198) presenta un anticlinal fallado, con una dirección NNE-SSO, donde los flancos

presentan buzamientos moderados, entre 10 y 26 grados. El Flanco este tiene un

buzamiento suave de 2 a 7 grados hacia el Sur-Este. Esta estructura originada por un

evento compresivo de dirección SE-NO generó un frente de corrimiento llamado Falla

Central. En el modelo estructural se reconocen dos eventos tectónicos principales, esto

incluye las estructuras en flor que se formaron en respuestas a la transpresión a lo largo

del pliegue transpresivo (flor positiva) (fault restraining bend), estructuras de fosas o

“pull appart” que se formaron como respuesta a la transtensión a lo largo del pliegue

transpresivo (flor negativa) (fault releasing bend), estructuras inversas y fallas de tijera.

Estas son conocidas como estructuras en Flor: la Flor V-Centro, la Flor VLE-801 y

parte de la Flor LRF-83, la cual se encuentra en el limite entre Bloque V-Centro y

Bloque VI-Lamar ,figura 3.

La estructura en flor V-Centro, corresponde a una estructura positiva en flor y un

anticlinal elongado que forma la parte oeste de la principal área productora de Bloque

V-Centro. Esta estructura en flor es cortada por numerosas fallas normales e inversas,

cuyo desplazamiento es significante, a nivel del Cretáceo, donde convergen.

La estructura en flor VLE-801, se encuentra aproximadamente hacia el norte del

VLE-801 y hacia el sur del VLE-385 y esta ubicada completamente en Bloque V-

Centro. Es una estructura en flor relativamente pequeña, de aproximadamente 1

kilometro de largo por 0.5 Km. de ancho y se origina en la falla Lama-Sur.

Resumiendo la complejidad estructural de todo Bloque V Centro tenemos que la

misma esta conformada por un ramal de la falla Lama-Icotea creando dos tendencias

de fallas: una en sentido norte sur y otra en sentido noroeste sureste. Estos sistemas de


21

fallas crean estructuras complejas como la estructura en flor en el área de Bloque V-

Centro y la del sistema de fallas del VLE-400. Tanto en el área de Bloque V Centro

como en la parte centro-norte del Bloque V-Lamar, la mayoría de estas fallas son

sellantes creando entonces barreras estructurales en sentido areal.

Figura 3. Modelo estructural de Bloque V Centro basado en sísmica 3D

1.4. ASPECTOS ESTRATIGRÁFICOS

Entre los aspectos estratigráficos el yacimiento C-SUP VLE-198 del campo Centro la

mayoría de los pozos perforados atraviesan, siguiendo un orden de sedimentación,

desde los intervalos “C” de la Formación Misoa de edad Eoceno hasta los sedimentos

mas recientes de la Formación El Milagro.

Existen algunos pozos en el área que perforaron hasta la Formación Guasare de edad

Paleoceno. Sobre esta se sedimentaron en forma discordante las unidades

LSG0001VLE0310

VLE1119

VLE0271VLE0198


22

estratigráficas del Miembro “C” y “B” de la Formación Misoa, luego le sigue en forma

discordante los sedimentos de las Formaciones La Rosa, Lagunillas y La Puerta durante

el Mioceno. Por último y también en forma discordante la cuenca se termino de rellenar

de sedimentos de la Formación El Milagro de edad reciente, figura 4.

MIOCENO

INF.Fm LA ROSA

MEDIO

SUP.

Fm. LAGUNILLAS

Fm. LA PUERTA

PLEISTOCENO Fm. EL MILAGRO

C-5

PALEOCENOFm.

GUASARE

EOCENO

SUP.

INFERIOR

Fm. M I S O A

ARENAS “B”

ARENAS “C”

C-2

C-4

C-3

C-1

MIOCENO

INF.Fm LA ROSA

MEDIO

SUP.

Fm. LAGUNILLAS

Fm. LA PUERTA

INF.Fm LA ROSA

MEDIO

SUP.

Fm. LAGUNILLAS

Fm. LA PUERTA



C-5

PALEOCENOFm.

GUASAREPALEOCENOFm.

GUASARE

EOCENO

SUP.

INFERIOR

Fm. M I S O A

ARENAS “B”

ARENAS “C”

C-2

C-4

C-3

C-1

Figura 4. Columna estratigráfica del área

De esta serie de formaciones atravesadas por los pozos del área VLE198, la de

mayor interés corresponde a la Formación Misoa, por poseer ésta los intervalos de

arenas más prospectivos en toda la secuencia sedimentaria.

Operacionalmente la formación se encuentra actualmente dividida en dos miembros

informales, las arenas “C” y las arenas “B” de más antiguo a más joven respectivamente.

El miembro informal “C”, se encuentra dividido actualmente en cinco unidades

conocidas como C-1, C-2, C-3, C-4 y C-5, figura 5; a su vez la unidad C-2 se subdivide

oficialmente en cuatro unidades de flujo denominadas C-20, C-21, C-22, C-23 (Figura

1.5).


23

C-5

E O

C E

N O

MED

IOIN

FER

IOR

Fm.

M I

S O

A

ARENAS “B”

ARENAS

“C”

C-2

C-4

C-3

C-1

C-5

E O

C E

N O

MED

IOIN

FER

IOR

Fm.

M I

S O

A

ARENAS “B”

ARENAS

“C”

C-2

C-4

C-3

C-1

Figura 5. Unidad de flujo que componen a la sub-unidad C-2, de las arenas “C”

Entre los aspectos sedimentarios, la unidad C-2 fue depositada durante un importante

ciclo transgresivo que se acentúa hacia el tope de la secuencia con el depósito de las

lutitas de C-1, dentro de este gran ciclo transgresivo se presentaron diferentes pulsos

progradantes, uno de estos pulsos esta asociado con el depósito de las areniscas de C-

2, estas arenas fueron depositadas en un ambiente de sedimentación fluvio-deltáico

(complejo de canales), con tendencia transgresiva donde tuvo lugar algunos pulsos

progradantes que presentan mejores desarrollos de areniscas hacia las unidades

estratigráficas C-21 y C-20. Aunque la unidad estratigráfica C-21 representaría el máximo

de este pulso progradante.

En la figura 6, se muestra de manera esquemática el modelo que predominó en el

depósito de la Formación Misoa, y de las arenas C-2 durante el Eoceno Inferior a Medio.


24

CC--22CC--22

Figura 6. Modelo esquemático de la depositación de la Formación Misoa, específicamente las arenas C-2

Mientras que en la figura 7, se muestra de manera más especifica el ambiente bajo el

cual sedimentaron las areniscas del yacimiento C-2, un gran delta con dirección de

sedimentación SW-NE.

AREANAS (CANALE S)HETEROLITICAS ARENOSASHETEROLITICAS ARCILLOSAS

AREANAS (CANALE S)HETEROLITICAS ARENOSASHETEROLITICAS ARCILLOSAS

Figura 7. Modelo depositacional asociado a C-Superior,VLE-198


25

Según el nuevo modelo, en el área de Bloque V-Centro, los depósitos a lo largo de la

columna, están compuestos en general por pequeños canales estuarinos dístales, los

cuales cortan sedimentos de anteplaya superior e inferior (hacia el noreste), figura 8.

Debido a lo lenticular que se encuentran los depósitos de canal, no existe gran

comunicación lateral en el área, lo cual crea una compartamentalización estratigráfica en

la misma, figura 9.

(a) (b)(a) (b)

Figura 8. Mapas de facies en Bloque V Centro mostrando la dirección y magnitud de los canales estuarinos distales (a) C-Superior y (b) C-Inferior

AUMENTO DE LA RELACION ARENISCA LUTITADISMINUCION DE LA DENSIDAD DE RELLENO DE CANAL

300 m 600 m

Figura 9. Sección estratigráfica general de Bloque V Centro, mostrando la complejidad estratigráfica en el área


26

1.5. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En lo anterior expuesto, el área VLE-198 representa la de mayor complejidad

estatigráfica y mayor acumulación de reservas a nivel de C-Superior, con un POES de

354,7 MMbls de petróleo. Este yacimiento esta constituido por arenas consolidada

conformadas por sub-unidades C-20, C-21,C-22,C-23, de crudo liviano con gravedad

Api de 30° y actualmente se encuentra saturado, cuyo principal mecanismo de

producción es expansión gas en solución. Se descubrió en Julio 1958 con la perforación

del pozo VLE-198, siendo la presión original de 5400 lpc y la presión actual se ubica en

el orden de 1600-1800 lpc. Esta conformado actualmente por un total de 43 pozos

activos e inactivos divididos en dos áreas (área Oeste VLE-198 y área Este VLE-198).

El problema más común que presenta esta área es el arenamiento (migración de

finos) el cual tiene origen cuando los esfuerzos desestabilizadores (esfuerzos de arrastre

y gradientes de presión) son mayores que la resistencia mecánica de la formación y

ocurre una inestabilidad, causando desprendimiento del material de la formación. Este

desprendimiento de partículas no ocurre todo súbitamente, sino que va aumentando

hasta llegar a cantidades catastróficas. En algunos casos, no hay manera de detener la

producción de la misma. Así mismo, son arenas lenticulares de baja permeabilidad (7-

45)md, porosidad (17-19)%, lo que se caracteriza por ser arenas bastante apretadas,

cuya deformación fue causada por los esfuerzos compresivos de la roca.

Por ser un área que cuenta con proyectos a futuro de perforación de pozos desviados,

fracturamiento hidráulicos y pozos inyectores de agua entre otros, hace necesario

realizar una descripción geomecánica en el yacimiento C-Sup,VLE-198 utilizando

registros acústicos dipolares, que permita la estimación de parámetros geomecánicos de

deformabilidad y resistencia de la roca mediante los registros existentes. Esto permitirá el

análisis de estabilidad del hoyo, mitigando los eventos que conducen al aumento del

tiempo de perforación de un pozo debido a problemas operacionales, definir las mejores

zonas para la perforaciones de pozos horizontales ó pozos direccionales. Este análisis


27

permitirá además, realizar cañoneos reorientados dependiendo de los esfuerzos

máximos ó mínimos y medir los valores de esfuerzos y presiones necesarias para

diseñar adecuadamente las estimulaciones a través de fracturamiento hidráulico que

permita optimar la explotación y mejorar el recobro de las reservas del yacimiento.


28

Capítulo II __________ Marco Teórico

29

CCAAPPIITTUULLOO IIII

MMAARRCCOO TTEEÓÓRRIICCOO

La geomecánica es la disciplina que estudia las características mecánicas de los

materiales geológicos que conforman las rocas de formación. Esta disciplina está basada

en los conceptos y teorías de mecánica de rocas y mecánica de suelos, que relacionan el

comportamiento de la formación bajo los cambios de esfuerzos producto de las

operaciones petroleras de perforación, completación y producción de pozos. Aunque las

bases de la geomecánica fueron realizadas a principios de siglo XX, las aplicaciones

petroleras empiezan a tener mayor divulgación al comienzo de la década de los 70, y por

lo tanto esta es una disciplina novedosa para la ingeniería de petróleo. La geomecánica

utiliza resultados experimentales de campo y laboratorio conjuntamente con soluciones

analíticas para resolver problemas particulares. El fundamento teórico para muchos

diseños de completación reposa en la mecánica de las rocas.

Esta investigación se basa en la generación de un modelo geomecánico dinámico

donde se obtendrá a partir de los registros petrofísicos compuestos por ondas, tales

como:

2.1 RREEGGIISSTTRROOSS AACCÚÚSSTTIICCOOSS Existen una serie de bases teóricas para la obtención de parámetros geomecánicos a

partir de los registros petrofísicos. Los registros petrofísicos están compuestos por

sondas que tienen varios emisores y receptores de ondas acústicas que permiten evaluar

el tiempo de tránsito de las ondas P y S en la formación. Esto proviene de la teoría

tradicional de propagación de ondas en medios elásticos continuos y las modificaciones

que se hace de ella utilizando materiales poro-elásticos. Los módulos elásticos de la

formación equivalen a valores dinámicos debido al elevado intervalo de frecuencia al que


30

trabajan los emisores de ondas; sin embargo, el interés de la geomecánica generalmente

está asociado a problemas que son de naturaleza cuasi-estática. Afortunadamente, es

posible corregir los valores de los módulos dinámicos obtenidos a través de registros

acústicos mediante la calibración con ensayos geomecánicos en núcleos.

2.1.1 Registros acústicos dipolares Las herramientas acústicas dipolares fueron creadas para medir los tiempos de

tránsito de la onda de corte en formaciones de poca rigidez. Esta herramienta utiliza

emisores direccionales en forma de pistones que crean un aumento de presión en un

lado del pozo y una disminución de presión en el otro lado. Este cambio de presión causa

una perturbación de tipo dipolar (por ello su nombre), la cual crea una pequeña flexión de

las paredes del hoyo tal como se muestra en la Figura 10. Esta pequeña flexión del hoyo

se propaga como una onda flexural que es dispersiva, ya que a bajas frecuencias tiene la

misma velocidad de la onda de corte y a frecuencias más altas tiene valores de velocidad

mayores. Las herramientas dipolares pueden medir estas ondas flexurales hasta en las

formaciones menos rígidas y por lo tanto su uso en este tipo de formación se hace

obligatorio.

Figura 10. Principio de operación de un transmisor dipolar en las herramientas acústicas.


31

2.1.2 Módulos elásticos a partir de registros acústicos.

Las herramientas para las mediciones acústicas de tiempo de transito de ondas

existen desde hace muchos años, sin embargo la primera generación de las mismas

solo median el tiempo de llegada de las ondas compresionales (ondas P), estas

herramientas solo tenían un solo emisor y un solo receptor. Se inventó luego la segunda

generación de herramientas que contaba con varios emisores y receptores llamados

registros compensados que permitían corregir el efecto de la centralización de las

herramientas en el hoyo y el efecto de la calidad del hoyo ya que permitían escoger el

tiempo de llegada de la onda P viendo la forma de la onda grabada. A mediados de los

años 80 aparece la tercera generación de herramientas llamados sónicos digitales que

permitían procesar el tren de ondas completo (ondas P, S y Stoneley) por lo que fueron

las primeras herramientas de donde se podían obtener parámetros geomecánicos ya

que permitían medir el tiempo de transito de las ondas compresionales P y las ondas de

corte S.

Utilizando la ecuación de onda para medios elásticos continuos y la teoría de

elasticidad se pudo observar que las velocidades de propagación de las ondas P y S

son función de los módulos elásticos, esto significa, que si se conocen las velocidades

de propagación se puede entonces calcular los módulos elásticos.

Utilizando las velocidades de propagación de onda Vs onda de corte y Vp onda

compresional se pueden definir los módulos elásticos.

Tradicionalmente, los valores medidos por la compañias de servicio vienen dados en

unidades de rapidez, que se expresa generalmente en unidades de tiempo sobre

longitud y por lo tanto es el inverso de la velocidad. Las unidades tradicionalmente

usadas por las compañías de servicios son el microsegundo por pie (μseg/pie).


32

Para ecuaciones de trabajo se utilizan directamente las unidades de los registros y

las relaciones de la teoría de elasticidad, se pueden entonces expresar los módulos de

la siguiente manera:

Módulo de Corte (libras/pulg 2 ): astbG *2Δ

=ρ

(2.1)

Relación de Poisson

1

2

1*21

2

−Δ

Δ=

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

−⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

ΔΔ

ptst

p

s

tt

υ (2.2)

Módulo de Young (psi) )1(*2 vGE += (2.3)

Módulo de volumétrico (psi) a

ttK

spbb *

341

22 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

Δ−

Δ= ρ

(2.4)

.

Compresibilidad b

b KC 1

= (2.5)

Donde a = 1.34 x 10 10 si la densidad ρ b está expresada en gr/cc y los tiempos de

tránsito de la ondas Δt están expresadas en μseg/pié.


33

Sin embargo, los módulos calculados de esta forma son llamados dinámicos y dan

resultados diferentes a los resultados obtenidos en el laboratorio las cuales son

realizados en condiciones estáticas, y son estos últimos los necesarios para realizar los

diferentes análisis geomecánicos.

2.1.3 Módulos elásticos estáticos y dinámicos

Se pueden calcular los módulos elásticos a partir de velocidades de propagación de

ondas; y debido a que estas ondas son generadas a frecuencias altas, a los módulos

calculados se les conoce como módulos elásticos dinámicos. Los resultados obtenidos

en estas ecuaciones son generalmente distintos de los módulos medidos en los

ensayos mecánicos de laboratorio (módulos estáticos), donde se utiliza la relación entre

esfuerzos axiales σx y las deformaciones axiales εx y laterales εy, donde la tasa de carga

oscila alrededor de 103 segundos. Este tipo de carga monotónica en el laboratorio es

cuasi-estática, sin embargo, tradicionalmente se conoce como estática.

Aunque las investigaciones analíticas y experimentales no han permitido entender

completamente el fenómeno; sí está establecido que los módulos dinámicos son

mayores o iguales a los módulos estáticos. El módulo de Young dinámico puede ser

hasta 4 veces mayor que el módulo de Young estático y la relación de Poisson dinámica

puede ser hasta 3 veces mayor que la relación de Poisson estática; dependiendo del

material.

El único lugar donde es posible medir los módulos elásticos estáticos y dinámicos es

el laboratorio. Esto se logra sometiendo a una muestra de núcleo a un ensayo triaxial,

donde el equipo esté instrumentado para realizar mediciones dinámicas. Durante el

proceso de compresión triaxial se obtendrá la curva esfuerzo - deformación de donde se

pueden calcular los módulos estáticos y haciendo mediciones de propagación de ondas

en diferentes instantes durante el proceso de compresión, se podrán calcular los

módulos dinámicos. Ya que se dispone de la medición de los módulos elásticos en sus


34

dos formas (estáticas y dinámicas) pueden establecerse correlaciones de manera que,

una vez obtenido los módulos dinámicos de manera continua a lo largo de toda la

sección de hoyo que dispone de registros sónicos puede convertirse mediante la

correlación calculada en módulos elásticos estáticos de manera continua para toda la

sección de hoyo. Esta metodología es la que se aplicará en este trabajo a fin de

obtener un análisis de módulos tanto estáticos como dinámicos en toda la sección para

la cual se dispone de registros sónicos.

2.2 MMÓÓDDUULLOOSS EELLÁÁSSTTIICCOOSS 2.2.1 Modulo de Young (E)

Es la relación entre la deformación axial debido al esfuerzo axial, mide la resistencia

de la roca cuando es comprimida axialmente.

a

a

σεE = (2.6)

Un Modulo de Young bajo indica un material con alta Deformabilidad, mientras que

si E es alto, es señal de baja deformabilidad.

2.2.2 Relación de Poisson (υ )

Relaciona la deformación transversal con la deformación longitudinal.

x

y

εε=υ (2.7)

Otros parámetros son obtenidos por relaciones de los dos anteriores tales como:


35

2.2.3 Modulo de corte (G)

Medida de la resistencia de la muestra la deformación de corte.

2.2.4 Modulo volumétrico (K)

Medida de la resistencia de la muestra a la compresión hidrostática.

vεσK p= (2.8)

Ecuación que relaciona el esfuerzo hidrostático y la deformación volumétrica.

22..33 DDEEFFIINNIICCIIÓÓNN DDEE EESSFFUUEERRZZOO Podemos definir esfuerzo como la capacidad de un cuerpo de resistir carga por

unidad de área o como el campo de fuerzas a la cual se encuentra sometido un

volumen de roca de longitud “L”. La expresión que define este fenómeno es la siguiente:

σ = Fuerza/Área (2.9)

Las componentes del tensor de esfuerzo son mostradas en la Figura 11. En el

sistema de coordenadas cartesianas estas componentes del tensor pueden ser

definidas como sigue:

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛=

→ iAjF

Lim0iAijσ (2.10)


36

donde Fj es la fuerza en la dirección coordenada j (j=1, 2, 3) y Ai es el área normal en

la dirección i en la cual actúa la fuerza Fj.

Figura 11. Componentes del tensor esfuerzo

22..44 DDEEFFIINNIICCIIÓÓNN DDEE DDEEFFOORRMMAACCIIÓÓNN Cuando un cuerpo es sometido a un sistema de fuerzas externas, este experimenta

cambios en relación a su configuración original. De aquí que podemos definir

deformación como la relación que existe entre la nueva magnitud o forma de un

elemento y su configuración original o no alterada, cuando es sometido a fuerzas

externas o como el cambio relativo en las dimensiones de un elemento, cuando es

sometido a una fuerza y puede ser expresado a través de la siguiente ecuación:


37

2

11

1y L

LLL∆Lε −==

(2.11)

donde:

L1: Longitud inicial.

L2: Longitud final.

εy: Deformación.

Existe un gran número de formas en las cuales medidas de deformaciones son

definidas; algunas veces estas son denotadas con el nombre de la persona que las

definió. Cauchy, Green, Hencky y Almansi, son algunas de las medidas de deformación

usadas comúnmente.

22..55 DDEEFFIINNIICCIIÓÓNN DDEE RREESSIISSTTEENNCCIIAA

Es el máximo esfuerzo que puede soportar el material antes de perder su capacidad

de soportar cargas. Esta a su vez se divide en:

∗ Resistencia a la tensión: Es la capacidad que tiene la roca de soportar

esfuerzos tensionales.

∗ Resistencia al corte: Es la capacidad que tiene la roca de soportar esfuerzos de

corte.

∗ Resistencia a la compresión: Es la capacidad que tiene la roca de soportar

esfuerzos compresivos.


38

22..66 DDEETTEERRMMIINNAACCIIÓÓNN DDEE MMAAGGNNIITTUUDDEESS YY DDIIRREECCCCIIÓÓNN DDEE LLOOSS EESSFFUUEERRZZOOSS En cualquier estudio geomecánico resulta de suma importancia conocer el estado de

esfuerzos. Esta definición de esfuerzos se logra por medio de la determinación de

magnitudes y direcciones de esfuerzos. Tradicionalmente se determinan las magnitudes

de los esfuerzos verticales y horizontales por separado y luego se determinan la

dirección de los esfuerzos principales. Estos valores son luego integrados de una

manera consistente utilizando análisis matemáticos para calcular el tensor de esfuerzo

completo.

La determinación de los esfuerzos normales y tangenciales tiene una importancia

vital al momento de caracterizar la mayoría de los problemas descritos por la

geomecánica, pues precisamente cuando los esfuerzos de corte exceden la resistencia

de la roca se produce la falla del material.

La dirección del esfuerzo principal en sitio es parte de la información que se puede

obtener a partir registros, análisis de núcleos e inferencias geologicas. La determinación

de direcciones principales será muy útil para la selección de profundidad y dirección

preferenciales de un pozo horizontal, la resolución de problemas de perforación y

cementación y la calibración del perfil de las propiedades mecánicas de las rocas.

2.6.1 Esfuerzo vertical o sobrecarga Corresponde al efectuado por el peso de los estratos superiores al volumen en

estudio. En la mayoría de los casos, puede ser obtenido directamente mediante la

integración de los registros de densidad de los pozos del área.


39

2.6.1.1 Magnitud del esfuerzo vertical Para el esfuerzo vertical en sitio, la magnitud es expresada en términos del peso de

la columna de sedimentos que se encuentra por encima del punto en cuestión. Cuando

la densidad de la roca sea constante, el esfuerzo vertical es simplemente el producto

entre la profundidad y la densidad. Generalmente este no es el caso, pues el estrato

geológico suele ser heterogéneo; es más, la densidad cambia con profundidad debido a

que el peso de los elementos de roca produce compactación del material a medida que

se incrementa la carga. Esto implica que en la mayoría de las situaciones la densidad

aumenta con profundidad; patrón de comportamiento que cambia solo en presencia de

condiciones geológicas no convencionales (alto tectonismo, lutitas con sobrepresión,

etc.).

De acuerdo a lo antes expuesto, el esfuerzo vertical es estimado a partir del registro

de densidad, integrando de la siguiente forma:

( )dZ Zρbvσ ∫= (2.12)

Desde un punto de vista práctico, el esfuerzo vertical se calcula fácilmente a través

de la sumatoria de los valores obtenidos del registro de densidad, multiplicado por el

espesor de cada capa, tal como lo expresa la relación:

∆Zρbvσ ∑= (2.13)

Como este registro (densidad) es efectuado solo en el hoyo de producción; por lo

general es necesario asumir valores en el revestidor intermedio que es el intervalo de

mayor espesor. Otro problema con el registro de densidad es producto de que la


40

rugosidad del hoyo influye su lectura casi siempre, disminuyendo el valor de densidad e

introduciendo errores en el cálculo del esfuerzo vertical.

Debido a estas circunstancias, en Venezuela se ha tenido que asumir valores de

gradientes de esfuerzos constantes, ubicados entre 0,95 y 1,00 psi/pie para estimar los

esfuerzos verticales, lo cual no es siempre correcto en todas las situaciones. En

muchas formaciones, la densidad de las rocas aumenta con la profundidad debido a la

compactación. Esto indica que no se debe utilizar un gradiente uniforme para toda la

columna litológica.

Figura 12. 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 Maracaibo.


41

La Figura 12 presenta resultados de variaciones del gradiente de esfuerzos

verticales para pozos de la zona del Golfo de México, el pozo VLG-3781 del campo de

Ceuta en el Lago de Maracaibo y varios pozos del campo Barúa en el flanco norandino

del estado Zulia. Se puede apreciar que todas las curvas (excepto la del pozo MGB-22)

tienen la misma forma y son cuasi paralelas indicando que el cambio de gradiente de

esfuerzos verticales es similar y existen diferencias de litología para desplazar dichas

curvas de una zona a otra. El pozo MGB-22 es un buen ejemplo de una integración de

datos de densidad contaminados debido a la mala calidad y rugosidad del hoyo y por lo

tanto no debe considerarse.

2.6.1.2 Dirección del esfuerzo vertical

∗ Direcciones de esfuerzos por el tipo de fallas geológicas Existe un sistema de clasificación de fallas geológicas propuesta por el geólogo E.

M. Anderson (1951) que utiliza el criterio de falla por fractura tipo Coulomb para crear

un marco teórico que divide las fallas en 3 tipos (fallas normales, fallas inversas y fallas

transcurrentes) dependiendo de las direcciones de los esfuerzos principales. Esta teoría

está basada en el hecho que la superficie de la tierra es una superficie libre que no

puede soportar esfuerzos de corte y por lo tanto es un plano principal con un esfuerzo

principal perpendicular a dicho plano. El criterio de Coulomb requiere que el plano de

fractura contenga el esfuerzo principal intermedio y que αf el ángulo entre el plano de

falla y el esfuerzo principal mayor sea menor de 45. Basándose en esto se pueden

definir los tres tipos de fallas en función de cual de los esfuerzos principales es el

vertical.


42

Figura 13. Modelo de fallas geológicas según Anderson mostrando la relación entre fallas

normales, inversas y transcurrentes en función de la dirección del esfuerzo principal mayor.

Como se puede observar en la Figura 13; la teoría de Anderson nos indica que las

fallas normales tienen el esfuerzo principal mayor como el esfuerzo vertical. Las fallas

inversas tienen el esfuerzo principal menor como el vertical y las fallas transcurrentes

tienen el esfuerzo principal intermedio como el esfuerzo vertical. La teoría de Anderson

ha sido utilizada muchas veces para predecir el estado de esfuerzo en función del tipo

de falla geológica. En algunos casos ha tenido éxito pero en condiciones

tectónicamente complejas los resultados no han sido desfavorables. Entre las

situaciones tectónicas complejas destacan aquellas zonas donde han ocurrido

inversiones tectónicas y una falla que fue originalmente de un tipo luego se convierte de

otro tipo.

∗ Direcciones de esfuerzos por sónico dipolar anisotrópico

Al correr un registro sónico dipolar en es posible determinar los tiempos de tránsito

de las ondas compresionales y las ondas de corte para poder calcular propiedades

mecánicas. La herramienta en modo “cross-dipole” puede obtener variaciones de la

velocidad de la onda de corte en la periferia del hoyo. Según ciertas compañías de

servicio las variaciones de las velocidades de la onda S se pueden atribuir a diferencias


43

en las direcciones de los esfuerzos y por lo tanto la onda S más rápida ocurre en la

dirección de los mayores esfuerzos horizontales. Desafortunadamente, esta suposición

no es totalmente cierta ya que la herramienta en modo “cross-dipole” mide anisotropía

general donde uno de los componentes es la anisotropía de esfuerzos, pero no se toma

en cuenta el otro componente de anisotropía que es de la anisotropía intrínseca del

material. Entre las anisotropías intrínsecas del material resaltan las variaciones de los

módulos dinámicos alrededor del hoyo. En la literatura se ha presentado bastante

evidencia experimental sobre variaciones de módulos con direcciones. No se conoce el

componente de cada uno de estas anisotropías pero es posible que las diferencias de

direcciones de esfuerzos medidas con la herramienta se encuentren afectadas por la

anisotropía del material.

2.6.2 Esfuerzos horizontales 2.6.2.1 Esfuerzo horizontal mínimo

Es el esfuerzo principal menor que actúa en compresión o en tensión. Es

determinado mediante pruebas de campo tales como los Minifrac, Microfrac o pruebas

Leak off test extendidas. En dichas pruebas se rompe la roca por inyección de algún

fluido y se determina la presión con la que se cierra la pequeña fractura, este valor es el

equivalente a la magnitud del esfuerzo.

Otra forma de poder determinar el esfuerzo horizontal menor, es que luego que la

fractura se ha propagado por un tiempo, las bombas son detenidas y se mide la presión

de cierre instantánea (shut-in pressure). Debido al principio de acción y reacción, esta

presión instantánea de cierre debe ser ligeramente superior a la magnitud del esfuerzo

principal menor, siempre y cuando la influencia del hoyo sea despreciable. De acuerdo

a esto, se tiene la siguiente relación:


44

hisipP σ= (2.14)

Existen otros procedimientos de análisis de declinación de presión de las pruebas de

inyectividad que permiten definir mejor la presión de cierre, ligeramente menor al valor

de isipP . Estos procedimientos se basan en análisis de series de tiempo donde se

trabajan con diferentes parámetros funciones de tiempo o derivadas de tiempo. La cual

se describirá en las pruebas utilizadas en este estudio. Sin embargo, es importante

advertir que existen algunos problemas específicos en la aplicación de estos métodos a

pozos con revestidor y cañoneados, la cual es nuestro caso y debe ser cuidadosamente

considerado.

2.6.2.2 Esfuerzo horizontal máximo

Es el esfuerzo principal mayor que actúa en tensión o en compresión. Es muy

complicado la determinación de la magnitud del mismo, se realiza mediante el uso de

correlaciones matemáticas de acuerdo al comportamiento mecánico de la formación

(plasticidad, elasticidad, deformación permanente, etc.) o por anisotropía de esfuerzos.

Ya que no existe ningún método para su determinación de manera directa, sin

embargo la bibliografía establece procedimientos para calcular los esfuerzos

horizontales a partir de la presión obtenida en las diferentes pruebas de inyectividad. A

través de la siguiente ecuación el permite determinar la presión de rompimiento

(breakdown pressure) y esta expresada como:

TpP yxeriorb +−−= σσ3sup, (2.15)


45

donde:

Pb: presión de rompimiento (límite superior)

xσ = esfuerzo total de la dirección x

=yσ esfuerzo total de la dirección y

P= presión de poro de la formación

T= resistencia a la tensión.

Esta ecuación sólo es válida en el caso de que no haya perdida de fluido por lo tanto

es una cota superior. Igualmente, asume la dirección de iniciación y propagación de

fracturas son equivalentes. En el caso en que ocurre perdida de fluido hacia la

formación la ecuación anterior se complica y resulta necesario crear una cota inferior

para la presión de rompimiento, Pb:

( )ηησσ

−

+−−=

1223

inf,

TpP yx

eriorb (2.16)

En la cual el parámetro ηviene dado por:

donde:

α= constante poroelástica de Biot

ν= relación de Poisson

La constante poroelástica de BIot y la relación de Poisson debe ser obtenidas a

partir de ensayos geomecánicos especiales de laboratorio.


46

2.6.2.3 Dirección del esfuerzo horizontal máximo La determinación de la dirección de este esfuerzo puede realizarse con cierto grado

de precisión si existe información acerca de la dirección y dimensión de los “break outs”

y/o fracturas de formación en pozos vecinos. Tal información es obtenida desde

Calipers de 6 brazos y registros de imágenes de pozos (imágenes resistivas o

acústicas). Esta información puede ser analizada utilizando la técnica de inversión de

esfuerzos.

22..77 PPRREESSIIOONNEESS NNOORRMMAALL YY AANNOORRMMAALLEESS DDEE FFOORRMMAACCIIÓÓNN 2.7.1 Presión de la Formación Se denomina así a la presión que existe entre los fluidos contenidos en los espacios

porosos de las rocas. También se le llama presión de poros, presión del yacimiento,

presión de la roca, etc. Esta presión de poro es uno de los parámetros más

importantes en cualquier estudio de mecánica de rocas en sistemas de rocas porosas y

saturadas con algún fluido. El fluido atrapado en los poros de la roca puede absorber

parte del esfuerzo total aplicado al sistema, como consecuencia libera a la matriz de

parte de la carga aplicada. El esfuerzo efectivo es definido por Terzaghi como el

esfuerzo total menos la presión de poro, este concepto de esfuerzo efectivo fue

introducido en mecánica de suelos en 1923. Existen diversos estudios experimentales

que evidencian que las rocas porosas y permeables saturadas con algún fluido

obedecen a esta ley. La relación esfuerzo-deformación y la cadencia o falla de la roca

son controladas por el esfuerzo efectivo en vez del esfuerzo total.

Para entender las fuerzas responsables de la presión del fluido de una formación en

un área dada, se deben considerar los aspectos geológicos previos. Uno de los


47

procesos más simples y comunes de distribución de presión de formación de formación

ocurre en sedimentos someros depositados en un ambiente deposicional deltaico.

Los materiales sólidos en suspensión transportados por los ríos hasta el mar son

depositados para formar sedimentos inicialmente no consolidados y no compactados,

teniendo una porosidad y permeabilidad relativamente alta. El agua de mar mezclada

con estos sedimentos en comunicación estará a presión hidrostática.

Una vez ocurrida la deposición, el peso de las partículas sólidas es soportado por los

puntos de contacto grano a grano y los sólidos no tienen influencia en la presión

hidrostática del fluido. Así,la presión hidrostática del fluido contenido en los espacios

porosos de los sedimentos depende solo de la densidad del fluido y de la profundidad, a

medida que la deposición continúa los granos de la roca son sometidos a un incremento

de carga a través de los puntos de contacto grano a grano. Esto causa

reacomodamiento de los granos, reduciéndose los espacios y resultado un sedimento

más compactado y consecuentemente con una menor porosidad.

A medida que ocurre la compactación, el agua es expulsada continuamente de los

espacios porosos que disminuyen con la carga de los sedimentos. Sin embargo, como

existe una ruta de flujo relativamente permeable hacia la superficie, el gradiente de

potencial de flujo que se requiere para liberar el agua de compactación será

despreciable y el equilibrio hidrostático se mantendrá. Así, la presión de poro de la

formación se puede calcular por la ecuación:

hfPh **052,0 ρ= (2.17)

Donde:

hP : Presión hidrostática, (lpc)


48

ρf: Densidad del fluido, (lbs/gal)

h: Profundidad, (pies)

2.7.1.1 Presión normal de la formación Cuando la presión de poro de la formación es aproximadamente igual a la presión

hidrostática teórica para una profundidad dada, se dice que es normal.

2.7.1.2 Presión anormal de la formación

Cuando la presión de poro de la formación está por encima del gradiente normal se

dice que es anormal respectivamente.

El límite mayor del gradiente de presiones anormales no puede exceder las

presiones de sobrecarga puesto que las formaciones se fracturarían y los fluidos se

escaparían a la superficie. Por consiguiente, el límite superior de los gradientes de

formación anormal es menor a 1 lpc/pie.

2.7.1.3 Presión subnormal de la formación

Son todas aquellas presiones cuyo gradiente es menor a que el gradiente normal de

la formación en particular. Estas presiones se encuentran generalmente en zonas de

poco profundidad y donde no hay fallas.


49

2.8 IMPORTANCIA DE LOS ENSAYOS GEOMECANICOS El conocimiento de las propiedades mecánicas de las rocas de formación constituye

el primer paso en un análisis geomecánico. Aunque se pueden hacer algunas pruebas

de campo para determinar ciertos parámetros geomecánicos, las mayoría de los

resultados requieren de la utilización de núcleos y ensayos especializados de

laboratorio.

Las formaciones geológicas donde se encuentran los yacimientos están formados

por rocas compuestas por granos minerales y poros llenos de fluidos. Debido a la

naturaleza porosa de las rocas, estas reaccionan no solo a los esfuerzos totales, sino

también a la presión de los fluidos en los poros. El esfuerzo intergranular conocido

como esfuerzo efectivo, es el que controla el comportamiento de los materiales porosos

(rocas y suelos) y viene dado por la diferencia entre el esfuerzo total y la presión de

poros (σ´ = σ - αu). En ingeniería de petróleo, los esfuerzos totales se deben a la

profundidad (sobrecarga) y a los esfuerzos tectónicos, mientras que la presión de poros

es producto de la presión del fluido en el yacimiento. La resistencia al corte de la

formación puede ser calculada por el criterio Mohr-Coulomb:

τ = c + (σ - u ) tan φ (2.18)

Donde:

c = resistencia cohesiva

σ = esfuerzo total

u = presión de poros

α = constante poroelástica de Biot

φ = ángulo de fricción interna de la roca


50

2.8.1 Ensayo para el coeficiente de Biot Este ensayo realizado en una celda triaxial mide el coeficiente de Biot que describe

la eficiencia de las presiones de fluidos en contrarrestar los esfuerzos totales aplicados.

Este importante parámetro, que oscila entre 0 y 1, sirve para calcular los esfuerzos

necesarios para iniciar y propagar la fractura y también para elaborar correlaciones

núcleo-perfil. Este ensayo se realiza aumentando la presión confinante y la presión de

poros simultaneamente a una tasa constante, hasta que la presión de poros alcance el

valor de la presión de yacimientos. Esta primera parte, determina la compresibilidad de

grano Cs. Para la segunda parte, la presión de poros se mantiene constante mientras la

presión confinante aumenta hasta alcanzar al esfuerzo horizontal. Esta segunda parte

del ensayo determina la compresibilidad total Cb del material bajo cargas hidrostáticas.

El coeficiente de Biot, α puede ser calculado utilizando la siguiente relación:

α b

s

CC

−=1 (2.19)

El coeficiente de Biot, utilizando el principio de (esfuerzos efectivos, σ´ ) mide la

eficiencia de la presión de poros para soportar los esfuerzos totales. En sistemas

porosos con buena interconexión, como el caso de arenas con porosidades y

permeabilidades altas, el valor de α es 1. Por el contrario en sistemas sin porosidad

como metales, el valor de α es 0, y por lo tanto los esfuerzos efectivos y los esfuerzos

totales son iguales.

El valor de α de una roca de interés debe ser medido en el laboratorio como se

explico anteriormente. Sin embargo, el valor de α también puede ser estimado por el

registro acústico, pero desafortunadamente éste es un valor dinámico que siempre es


51

bastante menor que los valores estáticos calculados en el laboratorio. La diferencia

entre los valores estáticos y dinámicos puede ser substancial, lo que va a tener un gran

efecto en el cómputo de los esfuerzos efectivos.

2.8.2 Compresión de resistencia mecánica

2.8.2.1 Compresión no confinada (UCS)

En este ensayo se comprime un cilindro de roca sin confinamiento hasta alcanzar la

resistencia máxima. Tradicionalmente, se mide la resistencia máxima, módulo de

Young y relación de Poisson.

Sin embargo, existen en la literatura algunas correlaciones que ayudan a la

determinación de este parámetro que vale la pena mencionar ya que son de ayuda

cuando no se cuenta con este valor.

Correlación de Knudsen. Este autor encuentra una relación entre la porosidad de la

formación y la resistencia a la compresión no confinada UCS, diferencia una correlación

para porosidades menores o iguales a 30% y otra para porosidades mayores a 30%, a

saber:

Hasta 30% de Porosidad:

φ9*258 −= eUCS (2.20)

Mayor 30% de Porosidad:

φ6,11*5,111 −= eUCS (2.21)


52

Correlación Anderson. También encontró una correlación que permite el cálculo de

UCS a partir de otras variables como volumen de arcilla, el módulo volumétrico, relación

de Poisson y velocidad de la onda compresional de un registro sónico, cuya expresión

es la siguiente:

( ) ( )SHVvvvvpUCS *78,01*21*

11***10*3,3

2220 +−⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛−+

= − ρ (2.22)

2.9 ENFOQUE GEOMECANICO DEL ARENAMIENTO

La disciplina de la geomecánica es usada para entender el arenamiento debido a

que este fenómeno depende de la relación entre los esfuerzos desestabilizadores

(esfuerzos de arrastre y gradientes de presión) y la resistencia mecánica de la

formación. Los esfuerzos desestabilizadores pueden ser estimados conociendo las

tasas de flujo por unidad de área, gradientes de presión en el pozo y las

permeabilidades de la formación. Por medio de la ley de Mohr-Coulomb sabemos que la

resistencia mecánica de la formación es función directa de los esfuerzos efectivos; y

por lo tanto tenemos que determinar los esfuerzos totales y las presiones de poro en la

vecindad del pozo. Estos valores de esfuerzos efectivos serán usados conjuntamente

con los resultados de ensayos de laboratorio para poder estimar la resistencia al corte

de la formación. Esta resistencia de corte representa la resistencia de la formación en

su estado virgen, ya que está basada en información de núcleos tomados durante la

perforación. Cualquier daño mecánico a la formación por la actividades de

completación, producción y estimulación no será reflejado en los resultados de los

ensayos geomecánicos y por lo tanto se deben evaluar los efectos sobre la formación

de todas las actividades antes mencionadas. Por lo que este estudio analizara este

problemas de arenamiento; donde la geomecánica juega el papel central.


53

Mostrando un enfoque en un pozo productor este crea una zona de pertubación

alrededor del intervalo completado a la profundidad del yacimiento como se muestra en

la Figura 14. Durante la etapa de producción esta zona es función de las tasas de flujo

y el drawdown del pozo productor y esta perturbación disminuye a medida que nos

alejamos del pozo.

Figura 14. Zonas de perturbación del yacimiento alrededor de un pozo productor de arena.

Como se puede observar en la Figura 15 para un pozo individual, cuando existe

producción de arena se comienza a formar una cavidad alrededor del revestidor que

generalmente tiene su origen en los orificios cañoneados en la formación. Esta cavidad

podrá crecer dependiendo de la cantidad de arena producida y el comportamiento

mecánico del material que la rodea. Alrededor de esta cavidad existe una zona donde el

material geológico se encuentra en tensión debido a los esfuerzos de arrastres de los

fluidos y los bajos esfuerzos efectivos presentes. Por detrás de esta zona en tensión

vienen zonas de comportamiento plástico seguido de zonas elásticas no lineales y

luego elásticas lineales e imperturbadas.


54

Figura 15. Zonas de daño alrededor de un pozo.

Para demostrar el efecto del drawdown y la estabilidad de la roca, asumimos que

el eje del pozo es vertical el cual coincide con el eje del esfuerzo principal mayor que

también es vertical. Este razonamiento puede extenderse para los orificios cañoneados

de un pozo vertical ya que se pueden tratar como pequeños pozos horizontales de poco

radio. Los esfuerzos horizontales son anisotrópicos con un esfuerzo horizontal mayor

σH y un esfuerzo horizontal menor σh. Para examinar los esfuerzos en la roca

alrededor de una perforación utilizamos teoría de elasticidad. Resulta más fácil trabajar

con coordenadas cilíndricas r, θ y z en vez de coordenadas cartesianas, donde

podemos entonces definir los siguientes esfuerzos:

σr = Esfuerzo radial

σθ = Esfuerzo tangencial

σz = Esfuerzo axial


55

Figura 16. Circulo de Mohr mostrando estado de esfuerzos radiales y tangenciales.

Las ecuaciones de esfuerzos en coordenadas cilíndricas para condiciones de esfuerzos

horizontales anisotrópicos, son complicadas, pero pueden ser evaluadas para condiciones en la

pared de la perforación con presion de fondo Pw . La anisotropía de esfuerzos viene dada por

un esfuerzo horizontal mayor σH y un esfuerzo horizontal menor σh, que en términos de

esfuerzos principales y para estas condiciones son el esfuerzo principal intermedio y el esfuerzo

principal menor, respectivamente. Asumiendo que la dirección θ = 0 es paralela al esfuerzo

principal mayor, tenemos que:

σr = Pw

σθ = σH + σh – 2(σH - σh)cos2θ – Pw

σv = σv – 2v(σH-σhcos2θ

Estas ecuaciones nos demuestran que una disminución de la presión de fondo

Pw (aumentar drawdown) crea una reducción en σr y un aumento de la misma

magnitud en σθ ; y por lo tanto crea un aumento en los esfuerzos de corte.

La disminución de la presión de fondo va a causar que aumenten los esfuerzos

tangenciales y que disminuyan los esfuerzos radiales; y como estos son esfuerzos

principales, por medio de los círculos de Mohr es posible determinar el aumento en el

esfuerzo de corte; tal como se presenta en la figura 16. Esto implica que un aumento


56

del drawdown causa una disminución de la presión de fondo fluyente, esto a su vez

causa un aumento en los esfuerzos de corte en el hoyo, lo que puede causar colapso

del mismo, si la resistencia al corte de la roca de formación es excedida.

Figura 17. Efecto del aumento de drawdown sobre los esfuerzos de corte en arenas débiles y fuertes mostrando la relación entre los círculos de Mohr y los ángulos de fricción interna y la cohesión.

2.9.1 Concepto de drawdown crítico

Una de las primeras preguntas que surge en un estudio de arenamiento, es si el

problema es causado por una características mecánica especial que tiene la formación

o es inducido por el hombre debido a técnicas que promueven el arenamiento. Debido a

que esto no puede ser contestado a priori, resulta necesario estudiar los procedimientos

del pozo, así como las características mecánicas de la formación. Cuando el problema

es inducido por el hombre generalmente significa daño a la formación.

El concepto de drawdown crítico, como es de conocimiento general, para un

pozo productor en condiciones de flujo a estado constante, el aumento en la tasa de

producción causa una disminución en la presión de fondo fluyente, Pwf. Debido a que la

presión de yacimiento Pf, se mantiene constante, la disminución en la presión de fondo

fluyente se traduce en un aumento de drawdown ΔP, que a su vez causa que cambien


57

los esfuerzos efectivos. Este cambio en los esfuerzos efectivos causa que aumenten los

esfuerzos de corte. Si estos esfuerzos de corte inducidos por el drawdown son mayores

que la resistencia al corte de la formación, puede ocurrir falla del material geológico,

desprendiéndose granos y/o pedazos de la formación los cuales son transportados por

los fluidos producidos, creándose el fenómeno de arenamiento. La presión critica de

fondo fluyente Pwc corresponde al valor mínimo de la presión de fondo necesaria para

comenzar a causar falla de la formación, y en consecuencia la producción de partículas

de arena.

Lo anteriormente expuesto nos lleva a la conclusión que existe un drawdown

crítico ΔPc que causa el inicio del arenamiento debido a falla mecánica de la formación

por aumento en los esfuerzos de corte. Esto quiere decir, que si mantenemos el

drawdown por debajo del drawdown crítico, se puede evitar el desprendimiento de

material geológico y el problema de arenamiento.

Para determinar el drawdown critico se deben combinar los registros acústicos

que miden las propiedades mecánicas dinámicas de una manera continua, con

resultados de ensayos de laboratorio que miden resistencia mecánica, conjuntamente

con propiedades estáticas y dinámicas. Por lo que para lograr esto existen diferentes

metodologías para calcular parámetros geomecánicos que servirán para determinar el

drawdown crítico. Estas metodologías pueden ser divididas en tres grandes familias:

1) Métodos basados en observaciones de campo.

2) Métodos basados en ensayos de laboratorio.

3) Métodos basados en modelos teóricos.

Cabe mencionar que las metodologías utilizadas por BP son del segundo tipo;

SHELL utilizando solamente la velocidad de la onda compresional utiliza metodologías

del primer tipo. La cual es la referencia de esta investigación.


58

2.9.1.1 Análisis métodos SHELL En la década de los años 70 SHELL comenzó a trabajar en la identificación de zonas

propensas al arenamiento utilizando el tiempo de tránsito de la onda compresional.

Aunque SHELL ha continuado su investigación en el problema de arenamiento

mediante la utilización de ensayos Thick Wall Cylinder, TWC (cilindro de paredes

gruesas) y registros de tren de onda completo, todavía recomiendan el uso de tiempo

de tránsito de la onda compresional para estimar drawdown crítico, cuando no existe

ninguna información adicional disponible (Veeken y otros, 1991).

La relación entre drawdown crítico ΔPc en función de tiempo de tránsito de la

onda compresional Δtc fue elaborada por SHELL utilizando resultados reales de pozos

alrededor del mundo, donde se conoce si el pozo produce arena bajo determinadas

condiciones de drawdown. Como es de esperarse, un menor valor de Δtc implica un

mayor valor de drawdown ya que la formación es mas rígida y quizás por ello, mas

resistentes. El gráfico presentado por Veeken y otros (1991) puede ser visto en la figura

18 donde se han transformado las unidades para su aplicación en Venezuela. Ellos

definieron 3 zonas; una zona inferior que crea un límite conservador, por debajo de

cual, cualquier combinación entre drawdown crítico y Δtc no produce fallas; una zona

superior que crea un límite liberal, por encima del cual cualquier combinación entre

drawdown crítico y Δtc produce fallas y una zona de riesgo intermedia, donde no está

claro si la combinación de drawdown y Δtc puede causar arenamiento. El límite liberal

viene dado por la siguiente ecuación:

ΔPc = 11910 – 108 Δtc (2.23)

El límite conservador viene dado por la siguiente ecuación:

ΔPc = 10344 – 108 Δtc (2.24)


59

Este método de análisis debe ser calibrado para cada campo en particular. Esto

fue hecho para Bloque V donde se aplicó análisis estadístico multivariable (Fernandez-

Luque,1982); sin embargo, aunque la zona de riesgo es mucho mas amplia, el rango

inferior de Veeken y otros (1991) es todavía mas conservador. De no existir

información geomecánica adicional, se pude ser conservador utilizando el límite inferior

como parte de una evaluación preliminar.

Adicionalmente a estos métodos simplificados relacionando drawdown crítico con

los tiempos de tránsito de la onda compresional, SHELL ha realizado mucho trabajo

relacionando las propiedades mecánicas de la roca medidas en el laboratorio y la

tendencia al arenamiento de la arena de formación. SHELL ha venido desarrollando

desde hace mas de 20 años el ensayo de cilindro hueco de paredes gruesas, conocido

en la literatura como “Tic Wall Cylinder” (TWC) para determinarlas condiciones de

presion y flujo necesarias para causar colapso de las cavidades cañoneadas (Vriezen y

otros, 1975; Antheunis y otros, 1976)

Numerosos ensayos TWC de laboratorio y correlaciones con pozos productores

de arena alrededor del mundo, han determinando que el esfuerzo vertical efectivo

máximo

σv,w en las inmediaciones del pozo, que puede soportar la formación viene dado por un

factor multiplicado por la resistencia del ensayo TWC (σv,w) de la siguiente manera:

σv,w = 0.86 * σtwc (2.25)

Esta correlación ha sido probada de manera exitosa en muchos campos alrededor del

mundo por SHELL y otras operadoras. Aunque la metodología del ensayo TWC debería

ser aplicada en el futuro cercano a los pozos de Ceuta, la misma requiere de ensayos

de laboratorio especializados que en estos momentos todavía no se han realizado.


60

Reconociendo esta deficiencia de información para muchos campos a nivel mundial,

SHELL también ha hecho correlaciones con ensayos de compresión no confinada para

relacionar drawdown y el valor de UCS. Veeken y otros, (1991) presentaron resultados

de valores de drawdown crítico y resistencia UCS para varios pozos con problemas de

arenamiento y encontraron que el valor de drawdown crítico se puede determinar de

una manera conservadora mediante la siguiente relación:

ΔPc = UCS / 2 (2.26)

Aunque obviamente existen pozos cuyas formaciones pueden soportar un mayor

drawdown, se deben utilizar los valores mas conservadores para poder tomar en cuenta

aspectos operacionales que son nocivos para la resistencia de la roca, como por

ejemplo la apertura y cierre de pozos y los cambios excesivos de reductores.

Figura 18. Criterio de Drawdown Crítico vs DT Compresional (Veeken y otros, 1991)


61

Capítulo III _ ____ Marco Metodológico

62

CCAAPPÍÍTTUULLOO IIIIII

MMAARRCCOO MMEETTOODDOOLLÓÓGGIICCOO 3.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN La investigación está catalogada dentro de la taxonomía como aplicada, según su

propósito; puesto que se usarán los resultados para orientar la toma de decisiones y/o

resolver problemas que se presentan en el yacimiento una vez terminado su estudio.

De acuerdo al nivel de conocimiento de la misma, puede clasificarse como:

• Analítica – Descriptiva, señala José J. Fernández y Consuelo Chamorro de

Morales (1996) “La investigación descriptiva consiste en estudiar una

situación, evento o proceso haciendo un análisis de sus características,

propiedades y elementos constitutivos”. Basado en lo antes expuesto, se

realizó una interpretación de los parámetros geomecánicos partir de las

propiedades y características importantes de fenómenos o procesos que sean

sometidos a análisis, para describir sus aplicaciones. En esta investigación el

fenómeno o proceso lo representan los elementos vinculantes, es decir, los

pozos sujeto al estudio VLE-797, VLE-888, VLE-1196, VLE-850, VLE-907 y

VLE-1308 objetos de la investigación y porque en este estudio se

seleccionaron una serie de variables para describir lo que se investigó, así

como se describieron los atributos basados en la revisión técnica que

presentan los pozos identificados previamente.

• De acuerdo a la procedencia de los datos, la presente investigación es de

campo, ya que la información fue obtenida de la realidad, en su ambiente

natural a través de análisis de registros de pozos, tabulación de datos, entre

otros.


63

3.2 UNIVERSO O POBLACIÓN

“El Universo o población es el conjunto de todos los casos que concuerden con una

serie de especificaciones” (Selltiz, 1994). Con base a lo antes expuesto, se tiene que

la población que abarcó la investigación fue conformada por un universo de seis (6)

pozos junto con los horizontes atravesados por los mismos del yacimiento C-Superior,

en el área VLE-198 de bloque V campo Centro en Lago de Maracaibo..

3.3 MUESTRA

De acuerdo a Sabino Carlos, (1996) “La muestra es una parte representativa de la

población. Es un subconjunto de elementos que pertenecen a un conjunto definido en

sus características como población”. Basándose en el universo de estudio, la muestra

es de tipo censal ya que está representada por la misma población, es decir, las

unidades hidráulicas: C-20, C-21, C-22, C-23 y C-24 que constituye el yacimiento

C-Superior en el área VLE-198 Oeste de bloque V campo Centro.

3.4. METODOLOGIA EMPLEADA Esta investigación se realizó siguiendo los siguientes procedimientos empleados:

Procedimiento de la investigación:

1) Recolección de la data (Archivos digitalizados de curvas, análisis de registros:

densidad, Medición de presiones de formación (MDT/RFT), historias de pozos,

Minifrac y fracturamiento hidráulicos realizados, etc.).

2) Cálculo y determinación de ecuación sintética (ΔTshear).


64

3) Cálculo y determinación de propiedades geomecánicos dinámicas: módulos

elásticos: (υ, E, G, Kb,Cb).

4) Cálculo y determinación campos de esfuerzos (Presión Sobrecarga, σv, σh,

Presión de poro)

5) Correlación entre la caída de presión critica y tiempo de transito de la onda

compresional para definir condiciones de arenamiento.

6) Análisis y evaluación de parámetros geomecánicos

7) Conclusiones y recomendaciones.

3.4.1 RECOPILACIÓN DE LA INFORMACIÓN.

Para la recolección de la información se utilizó la técnica de revisión bibliográfica,

revisión de investigaciones mundiales (artículos de SPE, trabajos realizados, entre

otros). Archivos digitalizados (*.las) de la información de los pozos en estudios. Así

mismo, fue necesario recurrir a bases de datos de la unidad de explotación (carpetas de

pozos, registros y estudios realizados).

3.4.2 DETERMINACIÓN DE LA ECUACIÓN SINTETICA (Δt Shear )

Para el cálculo y determinación de una ecuación sintética se utilizó los datos de las

ondas de transito de corte (Δts) Vs compresional (Δtp) del registro sónico VLE-1196

completo. Determinando la ecuación a través de la correlación lineal expresada de la

siguiente manera: 333.28*2884.2 −Δ=Δ ps tt que nos permitiera construir en aquellos

pozos que cuentan con ondas compresional medidas, establecer un registro completo

con ambas ondas tanto compresional como de cizallamiento ó corte y generar la

determinación de los módulos elásticos.


65

3.4.3. DETERMINACION DE PROPIEDADES GEOMECÁNICAS DINÁMICAS La determinación de los parámetros de las propiedades geomecánicas de los

pozos a estudiar fue basados en la utilización de los registros de densidad, registros

sonicos dipolares y ecuaciones basadas en la velocidad de tránsitos de las ondas de

corte y compresional tomadas en el área de estudio.

3.4.3.1 Relación de Poisson

La relación de Poisson es una propiedad importante que es requerida para el

cálculo de todos los parámetros utilizados para el análisis de los fenómenos estudiados

en esta investigación (módulos elásticos.).

Dado los objetivos que nos planteamos se utilizo, para la determinación de esta

propiedad la ecuación 2.2 del capítulo II, según el autor Andrés Vásquez en su libro

“Introducción a la Geomecánica Petrolera” (Mayo 2001). Para el cálculo de relación de

Poisson estático se estableció una correlación con datos medidos a través de núcleo,

los cuales pudieron ser utilizados debido a que los resultados cotejados con lo

establecido con la literatura y con los datos reproducidos del pozo utilizado VLE-1308

del área VLE-305.

3.4.3.2 Modulo de Young El módulo de Young dinámico se calculó con la ecuación 2.3 del capítulo II, según el

autor Andrés Vásquez en su libro “Introducción a la Geomecánica Petrolera” (Mayo

2001). Para el cálculo del Módulo de Young estático se utilizó una correlación creada en

esta investigación con datos geomecánicos de núcleo de área vecinas, las cuales

compaginaron con la información teórica que reza que el módulo de Young dinámico

puede ser igual o hasta (4) cuatro veces mayor que el módulo de Young estático.


66

3.4.3.3 Módulo de corte

El Módulo de corte se cálculo según con la ecuación 2.1 presentada en el capítulo II de

este trabajo de Investigación, y tomada del autor Andrés Vásquez en su libro

“Introducción a la Geomecánica Petrolera” (Mayo 2001).

3.4.3.4 Módulo volumétrico El Módulo Volumétrico se cálculo con la ecuación 2.4 presentada en el capítulo II de

esta Investigación, la cual fue tomada del autor Andrés Vásquez en su libro


3.4.3.5 Módulo compresibilidad

El Módulo Compresibilidad se cálculo con la ecuación 2.5 presentada en el capítulo II

de esta Investigación, la cual fue tomada del autor Andrés Vásquez en su libro


3.4 DETERMINACIÓN DEL CAMPOS DE ESFUERZOS La determinación de campo de esfuerzos, está conformados por varios parámetros

fundamentales: magnitud del esfuerzo de sobrecarga (σv), magnitud del esfuerzo

horizontal máximo (σH), magnitud de esfuerzo horizontal mínimo, dirección de los

esfuerzos máximo / mínimo y presión de poro.

La determinación de esta variables pudieron ser determinados ya que se contaron

con registros de densidad, de presión, pruebas de fracturamientos (minifrac, leak off).

Pero en vista de la carencia de registros de imágenes fue imposible determinar la

dirección de los esfuerzos a través el uso de ellos pero se utilizaron los registros perfil


67

de buzamientos para interpetrar la dirección de los esfuerzos horizontales en esta

investigación.

3.5 PARÁMETROS PARA EL ANÁLISIS DE PRESIONES ANORMALES

3.5.1 Método Sónico Se utilizó para la detección de presiones anormales en lugar del Método del exponente

“d” como rezaba en los objetivos específicos debido a que este estudio se basa en el

uso de los registros sónicos para la caracterización geomecánica de los yacimientos en

estudio.

3.5.2 Localización de zonas de presiones anormales

La metodología tradicional utilizada en la detección de zonas de sobrepresión

constituye en graficar en forma compacta un registro que refleje compactación en

función de profundidad. Se calculó con el tiempo de transito de la onda de cizallamiento

o corte vs. profundidad. La zona de sobrepresión se identifica con un cambio de

pendiente de dicha curva que indica una zona de subcompactación debido a presiones

mayores a las que deben existir en un proceso normal de compactación de sedimentos.

3.6 DETERMINACIÓN DE PRESIONES CRÍTICAS (Condición de arenamiento) La determinación de presión crítica para establecer condición de arenamiento se

calculo con la ecuación 2.17 para determinar el límite liberal y la ecuación 2.18 para

determinar el límite conservador. Presentado en el capitulo II de esta investigación y


68

desarrollado por un estudio realizado por la compañía Shell en el área bloque V campo

Lamar por Veeken y otros (1991).


69

Capítulo IV __ Determinación de la ecuación sintética, Δts

70

CCAAPPÍÍTTUULLOO IIVV

DDEETTEERRMMIINNAACCIIÓÓNN DDEE LLAA EECCUUAACCIIOONN SSIINNTTEETTIICCAA,, Δt Shear 4.1 DETERMINACIÓN DE LA ECUACIÓN SINTETICA PARA EL TIEMPO DE

TRÁNSITO DE CIZALLAMIENTO (Δt Shear )

En el área donde se desarrollo esta investigación VLE-198 Oeste, cuenta con un (1)

registro sónico dipolar en el pozo VLE-1196 donde se obtuvo la velocidad de

propagación de las ondas compresionales (P) y las ondas de corte o cizallamiento (S).

Así mismo, se cuenta con cuatros (4) pozos: VLE-797, VLE-850, VLE-888 y VLE-907

donde fue medido únicamente la velocidad de propagación de las ondas

compresionales (P). Por lo que fue necesario establecer una correlación aritmética

entre los valores obtenidos del tiempo de transito compresional (Δt p ) y los valores del

tiempo de transito de corte o cizallamiento (Δt s ) del pozo VLE-1196, con la finalidad de

generar la estimación de la onda de corte (Δt s ) en los pozos arribas mencionados, ya

que conociendo los tiempos de tránsito o las velocidades de propagación de las ondas

se pueden determinar los módulos elásticos.

Como se muestra en la figura 19 para la columna estratigráfica del yacimiento C-

Superior, VLE-198. En esta figura, demuestra que los valores del tiempo de tránsito de

corte (Δt s ) son relativos a los valores de tiempo de tránsito compresional (Δt p )

mediante la ecuación determinada en el gráfico.


71

Dts Vs Dtp

DTs = 2.2884* DTp - 28.333R20.9999 =

50

70

90

110

130

150

170

190

210

230

250

40 50 60 70 80 90 100 110 120

DTp

DTs

Figura 19. Determinación de ecuación sintética (Δt shear )

Esta correlación lineal puede ser expresada de la siguiente manera:

333.28*2884.2 −Δ=Δ ps tt (2.27)

Donde (Δt p ) es velocidad del tiempo de tránsito compresional y (Δt s ) es la velocidad del

tiempo de tránsito de corte o cizallamiento con la unidades tradicionales usadas por las

compañías de servicios la cual es en microsegundo por pié (μseg/pié).


72

El coeficiente de correlación para los datos utilizados es de 0.999, por lo que el margen

de error de los datos generados a través de la ecuación sintética (2.27) se puede

considerar despreciable.

Otras consideraciones que podemos asumir como reglas en la revisión entre la

relación de las velocidades de las ondas compresionales y de corte en los pozos

vecinos del área de bloque V campo Lamar y Centro que las tendencias de los valores

de tiempo de transito de corte (Δt s ) puede llegar a ser hasta dos (2) veces más de la de

los valores de tiempo de transito compresional (Δt p ).


73

Capítulo V _ __ Correlación y calibración módulos estáticos / dinámicos

74

CCAAPPÍÍTTUULLOO VV

CCOORRRREELLAACCIIOONN YY CCAALLIIBBRRAACCIIÓÓNN MMÓÓDDUULLOOSS EESSTTÁÁTTIICCOOSS // DDIINNÁÁMMIICCOOSS 5.1 GENERACION DE CORRELACIONES CON EL POZO VLE-1308 DEL ÁREA VLE-305

Las correlaciones que se generaron a partir de los parámetros elásticos (dinámicos y

estáticos) realizados en el núcleo cortado en la arena C-2 del pozo VLE-1308.

Permitió lograr extender las propiedades puntuales medidas en el laboratorio a

toda la columna estratigráfica del yacimiento C-Superior,VLE-198

específicamente en las sub-unidades C-20, C-21, C-22, C-23 y C-24 lo cuales lo

componen. Dichas correlaciones, fueron obtenidas mediante generaciones de

ecuaciones aritméticas siguientes:

)(*4284,0 1227,1ds EE = (2.28)

)(*0629,0 4716,0−= ds vv (2.29)

A través de las graficas que muestran las figuras 20 y 21 Una vez obtenidas las

correlaciones, las ecuaciones fueron aplicadas empleando los módulos elásticos

dinámicos estimados mediante el sónico del pozo VLE-1308, y los resultados de los

cálculos fueron cotejados con los datos de laboratorio (módulo de Young (E), relación

de Poisson (v) del pozo VLE-1308.


75

Mod. Young Estaticos Vs Mod. Young DinamicosVLE-1308

Es = 0.4284 * Ed1.1227

R20.864 =

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00

Modulos Dinámicos

Mod

ulos

Est

atic

os

Dinámico Potencial (Dinámico)

Figura 20. Correlación entre valores estáticos y dinámicos para Módulo Young (E)(x 10^6) psi

Relación Poisson Estaticos Vs Dinamicos VLE-1308

y = 0,0629x0,4716-

R20,8385 =

0,120

0,125

0,130

0,135

0,140

0,145

0,150

0,155

0,160

0,170 0,172 0,174 0,176 0,178 0,180 0,182 0,184 0,186

Dinamicos

Esta

ticos

Estaticos Potencial (Estaticos)

Figura 21. Correlación entre valores estáticos y dinámicos para la relación de Poisson (v) (adimensional)

Estas comparaciones entre valores calculados mediante correlaciones y los valores

puntuales medidos en el laboratorio, muestra claramente que existe buena


76

correspondencia entre los calculados, con el sónico y la data medida disponible. Lo

anterior es notorio para el caso de los valores del módulo de Young (E) y la relación de

Poisson, para los cuales su cotejo es bastante aceptable como se muestra en la tabla 1

y 2.

Tabla 1a y 1b. Cotejo de propiedades mecánicas (E, v) muestras analizadas en el laboratorio, sónico dipolar y calculada a través de correlación para el pozo VLE-1308 Tabla 1a Tabla 1b

1,6801,5923,37712621,5

2,0122,3023,96612615,2

1,7691,6353,53712563,3

2,7842,6805,29712327,9

1,6391,6993,30412294,4

CalculadoEstáticoDinámicoProf

Módulos Young (x 10^6)

1,6801,5923,37712621,5

2,0122,3023,96612615,2

1,7691,6353,53712563,3

2,7842,6805,29712327,9

1,6391,6993,30412294,4

CalculadoEstáticoDinámicoProf

Módulos Young (x 10^6)

0,1440,1450,17212621,5

0,1400,1400,18212563,3

0,1390,1400,18512327,9

0,1420,1410,17712294,4

CalculadosEstaticosDinamicosProf

Relacion Poisson ( v )

0,1440,1450,17212621,5

0,1400,1400,18212563,3

0,1390,1400,18512327,9

0,1420,1410,17712294,4

CalculadosEstaticosDinamicosProf

Relacion Poisson ( v )

Para ambos casos del módulo de Young y relación de Poisson, al comparar las

velocidades de onda medidas durante los ensayos acústicos en el laboratorio y las

estimadas mediante el registro sónico corrido en el pozo VLE-1308 y a su vez, con los

calculados (figura 22), se puede observar un excelente cotejo con suficiente

aproximación de las correlaciones generadas. Así mismo, las investigaciones analíticas

y experimentales se tiene establecido que los módulos dinámicos son mayores o

iguales a los módulos estáticos, es decir, que el módulo de Young dinámico puede ser

hasta 4 veces mayor que el módulo de Young estático y la relación de Poisson

dinámica puede ser hasta 3 veces mayor que la relación de Poisson estática. Por lo que

basados en estos principios de investigación las correlaciones generadas cumplen con

en dos veces mayor el módulo de Young dinámico y hasta 3 veces mayor en la relación

de Poisson respectivamente.

En la figura 22 se puede apreciar tanto los valores del módulo de Young y relación de

Poisson y calculados en una forma gráfica planteado lo anteriormente expuesto.


77

12250

12300

12350

12400

12450

12500

12550

12600

12650

1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5

Módulo de Young (* 10^6) psi

Prof

undi

dad

(pie

s)

M ód.Younf Dinámico (Ed) M ód.Young Estát ico (Es)Análisis M uestra Núcleo (Es)

12250

12300

12350

12400

12450

12500

12550

12600

12650

0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22


Prof

undi

dad

(pie

s)

Rel. Poisson Dinámico (vd) Rel.Poisson Estát ico (vs)Análisis M uestra Núcleo (vs)

12250

12300

12350

12400

12450

12500

12550

12600

12650

1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5

Módulo de Young (* 10^6) psi

Prof

undi

dad

(pie

s)

M ód.Younf Dinámico (Ed) M ód.Young Estát ico (Es)Análisis M uestra Núcleo (Es)

12250

12300

12350

12400

12450

12500

12550

12600

12650

0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22


Prof

undi

dad

(pie

s)

Rel. Poisson Dinámico (vd) Rel.Poisson Estát ico (vs)Análisis M uestra Núcleo (vs)

Figura 22. Módulo de Young y Relación de Poisson (estática, dinámica y análisis de laboratorio) VLE-1308 (C-2,VLE-305)

Los coeficientes obtenidos en la determinación de las ecuaciones estáticas para el

módulo de Young ( sE ) y relación de Poisson ( sv ), se encuentran entre 0,864 y 0,8385


78

respectivamente, lo que lo hace bastante aceptable considerando el margen de error

calculado para ambas ecuaciones, lo que se ubica en 7% para el módulo de Young y en

un 8% para la relación de Poisson.

Estos resultados como se expresa en la ecuaciones (2.28 y 2.29) pueden ser

comparados con los resultados obtenidos en 1993 con las correlaciones planteadas por

Morales y Marcinew en la literatura,

69,0*956,0 ds EE = (2.30)

para porosidades entre 15% ≤ φ ≤ 25%

Este rango de porosidad se encuentran en el yacimiento C-Superior, VLE-198. Cabe

destacar, que la raíz cuadrática de la correlación establecida en la ecuación 2.30 se

ubica en el orden de 0,747 con un margen de error del 17% muy por encima de las

correlaciones determinadas en este estudio que indican mejor índice de certeza que las

anterior. Por lo que se consideró las ecuaciones determinadas en este estudio para la

utilización y determinación de las propiedades estáticas para este yacimiento.


79

Capítulo VI Determinación propiedades mecánicas dinámicas de la roca

80

CCAAPPÍÍTTUULLOO VVII

DDEETTEERRMMIINNAACCIIOONN PPRROOPPIIEEDDAADDEESS MMEECCÁÁNNIICCAASS DDIINNÁÁMMIICCAASS DDEE LLAA RROOCCAA 6.1 DETERMINACIÓN DE PROPIEDADES MECÁNICAS DINÁMICAS A PARTIR DE

REGISTROS PETROFISICOS. El estudio geomecánico realizado en el yacimiento C-Superior,VLE-198, contempló

la caracterización mecánica de la formación para determinar los parámetros de las

propiedades geomecánicas: módulo de Young (E), relación de Poisson (v), módulo de

corte o rigidez (G), módulo volumétrico (K b ), módulo compresibilidad (C b ), es decir, los

parámetros de deformabilidad y resistencia de las rocas mediante registros acústicos y

su calibración con los resultados obtenidos en el estudio geomecánico realizado para el

área VLE-305; la estimación de los componentes del campo de esfuerzos en sitio y la

determinación de la ventana operacional de peso de lodo, con la finalidad de optimizar

la perforación de pozos direccionales y fracturamiento en el área.

En el área bajo estudio no se realizaron ensayos de laboratorio para la

determinación de las propiedades mecánicas; sin embargo, se contó un (1) registros

sónicos dipolares corridos en el VLE-1196 y con los pozos VLE-797, VLE-850, VLE-888

y VLE-907 los cuales contaban con la onda de tránsito compresional (P). La cual se

generó con la ecuación sintética (Δt Shear ,2.27) logrando complementarlos a registros

sónicos dipolares completos, es decir, con las ondas de (Δt p ) y (Δt s ), lo cual permitiera

la estimación de los módulos elásticos dinámicos de los mismos.

Mediante estos registros sónicos dipolares, el de densidad corridos en los pozos

y las correlaciones determinadas (2.28 y 2.29), se estimaron los módulos elásticos

dinámicos, mediante ecuaciones basados en la velocidades de tránsitos de la onda de

corte y compresional. Plasmados en el estudio de Andrés R. Velásquez titulado


81

“Introducción a la geomecánica petrolera” y donde se detallan en el capitulo II. Así

mismo, las diferentes correlaciones permitieron la calibración y estimación de los

módulos elásticos estáticos, específicamente, los módulos de Young y la relación de

Poisson.

Luego de verificar la aplicabilidad de las correlaciones obtenidas, éstas fueron

utilizadas para generar los perfiles del área VLE-198 Oeste que permitieran caracterizar

las propiedades mecánicas tanto estáticas como dinámicas calibradas a través de

dichas correlaciones de los pozos en estudio tales como: VLE-797, VLE-888, VLE-

850, VLE-907 y VLE-1196.

Es importante resaltar, que las unidades de los resultados de las propiedades

mecánicas medidas en los diferentes pozos, se encuentran expresados de la siguiente

manera: relación de Poisson es adimensional, módulo de Young (E), volumétrico (Kb)

ambos en (* 10^6) psi, módulo de corte (G) (* 10^6) lbs/pulg^2 y compresibilidad

(* 10^6) lpc ^-1.

A continuación se detallaran los resultados de los parámetros módulo elástico

del área VLE-198 estudiados en esta investigación:


82

POZO: VLE-797

En la tabla 2 se presentan los rangos promedios de las propiedades mecánicas

dinámicas y estáticas caracterizadas las sub-unidades hidráulicas C-20, C-21, C-22,

C-23 y C-24 que constituyen el yacimiento C-Superior,VLE-198, determinados

mediante la interpretación del perfil sónico del pozo VLE-797.

Módulos Elásticos dinámicos y estáticos Tabla 2. Propiedades mecánicas dinámicas y estáticas promedio del pozo VLE-797

0,31613,17751,30111,71263,43440,10760,3201154,8379,6212209 - 12364C-24

0,29783,38421,40891,84203,66420,10800,3181151,5678,2211990 - 12208C-23

0,32173,15521,28901,69653,40330,10760,3205155,7580,0211859 - 11989C-22

0,35382,87571,17091,52413,09250,10750,3213157,7980,8911719 - 11858C-21

0,36052,80081,11441,44552,95140,10690,3248164,7583,8611582 - 11718C-20

Compresibilidad, Cb(x 10^6) Lpc^-1

Módulo Volumétric

o, Kb(x 10^6)

Módulo De Corte, G (x 10 ^6)

Módulo de Young, Es (x 10 ^6)

CALC

Módulo de Young, Ed(x 10 ^6)

Relación Poisson, Vs CALC.

Relación Poisson,

VdTsTpIntervalos TVD (pies)

SubUnidad

0,31613,17751,30111,71263,43440,10760,3201154,8379,6212209 - 12364C-24

0,29783,38421,40891,84203,66420,10800,3181151,5678,2211990 - 12208C-23

0,32173,15521,28901,69653,40330,10760,3205155,7580,0211859 - 11989C-22

0,35382,87571,17091,52413,09250,10750,3213157,7980,8911719 - 11858C-21

0,36052,80081,11441,44552,95140,10690,3248164,7583,8611582 - 11718C-20


Módulo Volumétric

o, Kb(x 10^6)

Módulo De Corte, G (x 10 ^6)


CALC



Relación Poisson,


SubUnidad

Estas propiedades fueron determinadas utilizando las velocidad de propagación P y S

directamente del registro sónico, densidad del perfil correspondiente y las ecuaciones

teóricas de elasticidad descrita en el capitulo II de esta investigación.


83

En la figura 23 se presenta la gráficas mostrando los resultados de los módulos

elásticos dinámicos y estáticos calculados ( E, v ) del pozo VLE-797.

C-20 C-21 C-22 C-23 C-24 Figura 23. Módulo de Young y Relación de Poisson (estática y dinámica) VLE-797

11500

11600

11700

11800

11900

12000

12100

12200

12300

12400

12500

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

Módulo de Young Dinámico (Ed) / Estático (Es) Calc. (x 10^6 Lpc)

Prof

undi

dad

TVD

(pie

s)

0.105 0.106 0.107 0.108 0.109 0.110

Relación de Poisson Estatico (vs) Calc.0 0.315 0.320 0.325 0.330 0.335 0.340 0.345

Relación de Poisson (vd)


84

En la figura 24ª,b,c, se presentan las gráficas mostrando los resultados de los módulos

elásticos dinámicos de (G, Kb,Cb) del pozo VLE-797. (a) (b) (c)

4.2 DETERMINACIÓN DE CAMPO DE ESFUERZOS.

El vector campo de esfuerzos, está conformado por varios parámetros

fundamentales: magnitud

C-20 C-21 C-22 C-23 C-24

Figura 24ª,b,c.- Módulo de Corte (G), Volumétrico (Kb) y Compresibilidad (Cb) dinámicas del pozo VLE-797

11500

11600

11700

11800

11900

12000

12100

12200

12300

12400

12500

0.50 0.70 0.90 1.10 1.30 1.50 1.70 1.90 2.10

Módulo de Corte (G) (x10^6 Lbs/pulg^2)

Prof

undi

dad

TVD

(pie

s)

1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.5

Módulo Volumétrico (Kb) (x10^6 Lpc)0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55

Compresibilidad (Cb) (x10^6 Lpc^-1)


85

POZO: VLE-850


dinámicas y estáticas caracterizadas las sub-unidades hidráulicas C-20, C-21, C-22,

C-23, C-24 que constituyen el yacimiento C-Superior,VLE-198, determinados mediante

la interpretación del perfil sónico del pozo VLE-850.


0,28623,56021,53482,05014,02460,10890,3127143,2574,6712213 - 12318C-24

0,31113,25731,35481,78963,56900,10800,3180151,8178,3311941 - 12212C-23

0,30943,26871,36741,80673,59970,10810,3170149,6677,4111818 - 11940C-22

********************C-21

********************C-20


MóduloVolumétric

o, Kb (x 10^6)

Módulo de Corte, G (x 10 ^6)


CALC

Módulo de Young, Ed (x 10 ^6)

RelaciónPoisson, Vs CALC.

RelaciónPoisson,

VdTsTpIntervalosTVD (pies)

Sub Unidad

0,28623,56021,53482,05014,02460,10890,3127143,2574,6712213 - 12318C-24

0,31113,25731,35481,78963,56900,10800,3180151,8178,3311941 - 12212C-23

0,30943,26871,36741,80673,59970,10810,3170149,6677,4111818 - 11940C-22

********************C-21

********************C-20


MóduloVolumétric

o, Kb (x 10^6)



CALC

Módulo de Young, Ed (x 10 ^6)

RelaciónPoisson, Vs CALC.

RelaciónPoisson,

VdTsTpIntervalosTVD (pies)

Sub Unidad





86


elásticos dinámicos y estáticos calculados ( E, v ) del pozo VLE-850. (a) (b) (c)

0,27 0,28 0,29 0,30 0,31 0,32 0,33 0,34 0,35


11700

11800

11900

12000

12100

12200

12300

12400

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0

Módulo de Young Dinámico (Ed) / Estático (Es) Calc (x 10^6 Lpc)

Prof

undi

dad

TVD

(pie

s)

0,103 0,104 0,105 0,106 0,107 0,108 0,109 0,110 0,111 0,112

Relación de Poisson Estático (vs) Calc.0,27 0,28 0,29 0,30 0,31 0,32 0,33 0,34 0,35


11700

11800

11900

12000

12100

12200

12300

12400

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0


Prof

undi

dad

TVD

(pie

s)

0,103 0,104 0,105 0,106 0,107 0,108 0,109 0,110 0,111 0,112

Relación de Poisson Estático (vs) Calc.

C-22 C-23 C-24

Figura 25ª,b,c. Módulo de Young y Relación de Poisson (estática y dinámica) VLE-850


87



11700

11800

11900

12000

12100

12200

12300

12400

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

Módulo de Corte (G) (x 10^6 / pulg^2)

Prof

undi

dad

TVD

(pie

s)

1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5

Módulo Volumétrico (Kb) (x 10^6 Lpc)0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50

Compresibilidad (Cb) (x 10^6 Lpc^-1)

11700

11800

11900

12000

12100

12200

12300

12400

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0


Prof

undi

dad

TVD

(pie

s)

1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5

Módulo Volumétrico (Kb) (x 10^6 Lpc)0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50

Compresibilidad (Cb) (x 10^6 Lpc^-1)

C-22 C-23 C-24

Figura 26ª,b,c. Módulo de Corte (G), Volumétrico (Kb) y Compresibilidad (Cb) dinámicas del pozo VLE-850


88

POZO: VLE-888


dinámicas y estáticas caracterizadas las sub-unidades hidráulicas C-22, C-23, C-24 que

constituyen el yacimiento C-Superior,VLE-198, determinados mediante la interpretación

del perfil sónico del pozo VLE-888.


0,27763,62921,54382,06504,05590,10860,3141136,6971,8612209 - 12362C-24

0,28173,58031,52272,03374,00040,10860,3142145,0075,4211953 - 12208C-23

0,27403,77911,68302,26814,39190,10950,3089139,0572,8711845 - 11952C-22

0,29993,38071,41151,87323,71530,10810,3176147,2576,3811703 - 11847C-21

0,29813,40841,43191,90283,76700,10820,3167149,677,3911548 - 11702C-20


Módulo Volumétric

o, Kb(x 10^6)



CALC



Relación Poisson,


SubUnidad

0,27763,62921,54382,06504,05590,10860,3141136,6971,8612209 - 12362C-24

0,28173,58031,52272,03374,00040,10860,3142145,0075,4211953 - 12208C-23

0,27403,77911,68302,26814,39190,10950,3089139,0572,8711845 - 11952C-22

0,29993,38071,41151,87323,71530,10810,3176147,2576,3811703 - 11847C-21

0,29813,40841,43191,90283,76700,10820,3167149,677,3911548 - 11702C-20


Módulo Volumétric

o, Kb(x 10^6)



CALC



Relación Poisson,


SubUnidad





89

En la figura 27 se presentan las gráficas mostrando los resultados de los módulos


11500

11600

11700

11800

11900

12000

12100

12200

12300

12400

12500

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0


Prof

undi

dad

TVD

(pie

s)

0,100 0,102 0,104 0,106 0,108 0,110 0,112 0,114 0,116

Relación de Poisson Estatico (vs) Calc.0,26 0,27 0,28 0,29 0,30 0,31 0,32 0,33 0,34 0,35


11500

11600

11700

11800

11900

12000

12100

12200

12300

12400

12500

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0


Prof

undi

dad

TVD

(pie

s)

0,100 0,102 0,104 0,106 0,108 0,110 0,112 0,114 0,116

Relación de Poisson Estatico (vs) Calc.0,26 0,27 0,28 0,29 0,30 0,31 0,32 0,33 0,34 0,35


C-20 C-21 C-22 C-23 C-24 Figura 27ª,b,c. Módulo de Young y Relación de Poisson (estática y dinámica) VLE-888


90

En la figura 28ª,b,c se presentan las gráficas mostrando los resultados de los módulos


11500

11600

11700

11800

11900

12000

12100

12200

12300

12400

12500

0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00


Prof

undi

dad

TVD

(pie

s)

1,50 2,50 3,50 4,50 5,50 6,50 7,50

Módulo Volumétrico (Kb) (x10^6 Lpc),10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50


11500

11600

11700

11800

11900

12000

12100

12200

12300

12400

12500

0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00


Prof

undi

dad

TVD

(pie

s)

1,50 2,50 3,50 4,50 5,50 6,50 7,50

Módulo Volumétrico (Kb) (x10^6 Lpc),10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50


C-20 C-21 C-22 C-23 C-24



91

POZO: VLE-907






0,35402,87891,14441,49063,03110,10680,3253166,2484,512279 - 12415C-24

0,39592,63391,04501,34872,76840,10670,3261168,5885,5112140 - 12278C-23

0,36622,83201,12371,46312,97630,10670,3264170,786,411973 - 12139C-22

********************C-21

********************C-20


Módulo Volumétric

o, Kb(x 10^6)



CALC



Relación Poisson,


SubUnidad

0,35402,87891,14441,49063,03110,10680,3253166,2484,512279 - 12415C-24

0,39592,63391,04501,34872,76840,10670,3261168,5885,5112140 - 12278C-23

0,36622,83201,12371,46312,97630,10670,3264170,786,411973 - 12139C-22

********************C-21

********************C-20


Módulo Volumétric

o, Kb(x 10^6)



CALC



Relación Poisson,


SubUnidad





92



0,102 0,103 0,104 0,105 0,106 0,107 0,108 0,109 0,110

Relación de Poisson Estático(vs) Calc.0,31 0,31 0,32 0,32 0,33 0,33 0,34 0,34 0,35 0,35 0,36


11950

12000

12050

12100

12150

12200

12250

12300

12350

12400

12450

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0


Prof

undi

dad

TVD

(pie

s)

0,102 0,103 0,104 0,105 0,106 0,107 0,108 0,109 0,110

Relación de Poisson Estático(vs) Calc.0,31 0,31 0,32 0,32 0,33 0,33 0,34 0,34 0,35 0,35 0,36


11950

12000

12050

12100

12150

12200

12250

12300

12350

12400

12450

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0


Prof

undi

dad

TVD

(pie

s)

C-22 C-23 C-24

Figura 29ª,b,c.- Módulo de Young y Relación de Poisson (estática y dinámica) VLE-907


93

En la figura 30 se presenta la gráficas mostrando los resultados de los módulos

elásticos dinámicos de (G, Kb,Cb) del pozo VLE-907.

11950

12000

12050

12100

12150

12200

12250

12300

12350

12400

12450

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8


Prof

undi

dad

TVD

(pie

s)

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

Compresibilidad (Cb) (x 10^6 Lpc^-1)0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5

Módulo Volumétrico (Kb) (x 10^6 Lpc)

11950

12000

12050

12100

12150

12200

12250

12300

12350

12400

12450

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8


Prof

undi

dad

TVD

(pie

s)

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

Compresibilidad (Cb) (x 10^6 Lpc^-1)0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5


C-22 C-23 C-24



94

POZO: VLE-1196






0,32143,25221,72642,25454,37160,11690,2750140,6977,2511963 - 12088C-24

0,32753,23611,72872,24644,36190,11870,2683138,8676,9911758 - 11964C-23

0,29343,58681,76752,33454,51790,11530,2829137,1574,5411642 - 11757C-22

********************C-21

********************C-20


Módulo Volumétric

o, Kb(x 10^6)



CALC



Relación Poisson,


SubUnidad

0,32143,25221,72642,25454,37160,11690,2750140,6977,2511963 - 12088C-24

0,32753,23611,72872,24644,36190,11870,2683138,8676,9911758 - 11964C-23

0,29343,58681,76752,33454,51790,11530,2829137,1574,5411642 - 11757C-22

********************C-21

********************C-20


Módulo Volumétric

o, Kb(x 10^6)



CALC



Relación Poisson,


SubUnidad





95



11600

11650

11700

11750

11800

11850

11900

11950

12000

12050

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0


Prof

undi

dad

TVD

(pie

s)

0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40

Relación de Poisson (vd)0,10 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16


11600

11650

11700

11750

11800

11850

11900

11950

12000

12050

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0


Prof

undi

dad

TVD

(pie

s)

0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40

Relación de Poisson (vd)0,10 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16


C-22 C-23 C-24

Figura 31ª,b,c. Módulo de Young y Relación de Poisson (estática y dinámica) VLE-1196


96



0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Compresibilidad (Cb) (x 10^6 Lpc^-1)1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5


11600

11650

11700

11750

11800

11850

11900

11950

12000

12050

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5


Prof

undi

dad

TVD

(pie

s)

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Compresibilidad (Cb) (x 10^6 Lpc^-1)1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5


11600

11650

11700

11750

11800

11850

11900

11950

12000

12050

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5


Prof

undi

dad

TVD

(pie

s)

C-22 C-23 C-24



97

Capítulo VII _ Determinación del campo de esfuerzos

98

CCAAPPÍÍTTUULLOO VVIIII

DDEETTEERRMMIINNAACCIIÓÓNN DDEELL CCAAMMPPOO DDEE EESSFFUUEERRZZOOSS 7.1 DETERMINACIÓN DE LA MAGNITUD DEL CAMPO DE ESFUERZOS EN SITIO.

El vector campo de esfuerzos, está conformado por varios parámetros

fundamentales: magnitud del esfuerzo de sobrecarga o σv, magnitud del esfuerzo

horizontal máximo o σH, magnitud del esfuerzo horizontal mínimo o σh, la dirección del

esfuerzo horizontal máximo o mínimo y la presión de poro, Po. Cada uno de estos

parámetros es determinado mediante diferentes técnicas de laboratorio y campo, tales

como pruebas de fracturamiento (microfrac, leak off, minifrac), registros de imágenes,

sónicos, densidad, de presiones, ensayos de núcleos, entre otros.

Para esta investigación, no se contó con registros de imágenes que permitieran

determinar la dirección de los campos de esfuerzos, por lo que fue necesario la

utilización de registros Dipmeter que permitiera a través de las curvas caliper estimar

las dirección de los mismos. En el área de estudio y vecina VLE-707 (Tabla 1.8) se

cuenta con un total de tres (3) pruebas de fracturamientos que nos permitieron conocer

las magnitud y orientación de los componentes horizontales mínimos del tensor de

esfuerzos en sitio y obtener a través de ecuaciones de la literatura la magnitud de

esfuerzos máximos.

7.2 MAGNITUD DE ESFUERZOS VERTICAL

Para el calculo de este valor, fue necesario tener los registros de densidad de la

formación con el fin de conocer la magnitud del peso de las capas suprayacentes a la

zona objetivo. El esfuerzo vertical se calculó a través del promedio de los valores

obtenidos del registro de densidad y multiplicado por el espesor de las capas. En este

estudio contó con cinco registros de densidad corrido en los pozos VLE-797,VLE-850,


99

VLE-888, VLE-907 y VLE-1196 que atraviesan el yacimientos C-Superior, VLE-198, es

decir, las sub-unidades C-20,C-21,C-22,C-23 y C-24 de bloque V campo Centro.

Siendo el pozo VLE-797 el único que cuenta con registro corrido desde la zapata del

hoyo superficial, es decir, en el intervalo 2004’-12654’, por lo que la magnitud del

esfuerzo vertical de sobrecarga o litostático se calculó mediante la integración del

registro de este pozo.

El registro de densidad es una herramienta relativamente reciente y los pozos

viejos no lo tienen. Como este registro es efectuado solo en el hoyo de producción; por

lo general es necesario asumir valores en el revestidor intermedio que es el intervalo de

mayor espesor. Otro problema con el registro de densidad es producto de que la

rugosidad del hoyo influye su lectura casi siempre, disminuyendo el valor de densidad e

introduciendo errores en el cálculo del esfuerzo vertical.

Debido a estas circunstancias, en Venezuela se ha tenido que asumir valores de

gradientes de esfuerzos constantes, ubicados entre 0,95 y 1,00 psi/pie para estimar los

esfuerzos verticales, lo cual no es siempre correcto en todas las situaciones. En

muchas formaciones, la densidad de las rocas aumenta con la profundidad debido a la

compactación. Esto indica que no se debe utilizar un gradiente uniforme para toda la

columna litológica.

Sin embargo, como es mencionado anteriormente este no es el caso del

presente estudio ya que se cuenta con medidas desde el revestidor superficial.

A continuación se presentan unos cuadros señalando la estimación de la presión

y gradiente de sobrecarga.


100

POZO: VLE-797 Tabla 7. Magnitud del esfuerzo vertical y gradiente de sobrecarga en el pozo VLE-797

Yacimiento

Profundidad TVD(pies)

σv(lpc) Gσv (lpc/pie)

C-20 11718 10504,0

0,896

C-21 11858 10605,0 0,894

C-22 11989 10734,9 0,895

C-23 12208 10959,6 0,897

C-24

12364 11114,6 0,898

En el pozo VLE-797 los valores del gradiente de sobrecarga están entre (0,89 y

0,90) lpc/pie, estos resultados son muy cercanos al rango antes mencionado.


101


Yacimiento



C-20 ----- -----

-----

C-21 ----- ----- -----

C-22 11940 10757,3 0,900

C-23 12212 11025,5 0,902

C-24

12318 11129,6 0,904

En el pozo VLE-850, las sub-unidades C-20,C-21 se encuentran erosionadas. Los

valores del gradiente de sobrecarga determinado en el pozo están en el orden de 0,90

lpc/pie, coincidiendo estos valores con el rango asumido para esfuerzos de sobrecarga

σv en Venezuela.


102

POZO: VLE-888 Tabla 9. Magnitud del Esfuerzo Vertical y gradiente de sobrecarga en el pozo VLE-888

Yacimiento



C-20 11702 10516,9

0,898

C-21 11845 10660,1 0,899

C-22 11952 10765,9 0,900

C-23 12208 11026,2 0,903

C-24

12362 11184,3 0,904

En el pozo VLE-888 los valores del gradiente de sobrecarga están en el orden de

0,90 lpc/pie, coincidiendo estos valores con el rango asumido para esfuerzos de

sobrecarga σv en Venezuela.


103


Yacimiento



C-20 ----- -----

-----

C-21 ----- ----- -----

C-22 12139 10986,1 0,905

C-23 12278 11113,6 0,905

C-24

12415 11249,5 0,906

En el pozo VLE-907, las sub-unidades C-20, C-21 se encuentran erosionadas por lo

que fue imposible obtener los gradientes para las mismas. Los valores del gradiente de

sobrecarga que se pudieron registrar están en el orden de 0,91 lpc/pie, coincidiendo

con los rango asumido para esfuerzos de sobrecarga σv en Venezuela.


104


Yacimiento



C-20 ----- -----

-----

C-21 ----- ----- -----

C-22 11757 10600,6 0,901

C-23 11964 10812,1 0,904

C-24

12088 10937,5 1,06

En el pozo VLE-1196, las sub-unidades C-20, C-21 se encuentran erosionadas por

lo que fue imposible obtener los gradientes para las mismas. Cabe mencionar, que el

pozo VLE-1196 no cuenta con registros de densidad (gr/cc) por lo que fue necesario

generar un registro sintético con pozos vecinos del área VLE-1284 y VLE-1064 ya que

presentaba derrumbe del hoyo productor. Los valores del gradiente de sobrecarga que

se pudieron registrar a través del registro sintético del mismo, están entre (0,91 y 1,06)

lpc/pie, coincidiendo con los rango asumido para esfuerzos de sobrecarga σv en

Venezuela.


105

Figura 33. Esfuerzo vertical o Sobrecarga para los pozos VLE-797, VLE-850, VLE-888,

VLE-907 y VLE-1196.

La figura 33 presenta resultados de variaciones de los esfuerzos verticales o

sobrecarga para pozos de área VLE-198 Oeste de bloque V campo Centro. Se puede

apreciar que todas las curvas tienen la misma forma y son cuasi paralelas indicando

que el cambio de gradiente de esfuerzos verticales es similar y existen diferencias de

litología para desplazar dichas curvas de una zona a otra.


106

7.3 ESFUERZO HORIZONTAL MINIMO En cualquier estudio geomecánico resulta de suma importancia conocer el estado de

esfuerzos. Esta definición de esfuerzos se logra por medio de la determinación de

magnitudes y dirección de esfuerzos. En este punto la magnitud del esfuerzo principal

en sitio es parte de la información que se puede obtener a partir de pruebas de

inyectividad mejor conocidas bajo los nombres de microfrac, minifrac, integridad

extendida, etc. Es importante, conocer cuál estrato de la zona productora se fracturará

con mayor facilidad y cual zona puede tener potencial para impedir que la fractura se

expanda fuera de la región de interés. Si se conoce la magnitud del esfuerzo principal

menor en sitio, σ min ó σh en el intervalo de interés.

La metodología de inyección de bombear/cerrar/declinar conocida en la literatura

anglosajona como Puma-in/pressure-decline es la metodología de inyección más

versátil de las pruebas de inyectividad. Su principal objetivo es determinar parámetros

de pérdida de filtrado si se utiliza el mismo fluido y tasas que el trabajo de

fracturamiento principal. Además, se puede emplear con el propósito de estimar la

presión de cierre de la fractura ( y por supuesto el esfuerzo horizontal menor) la cual se

logra analizando la declinación de los valores de presión en función del tiempo.

Otra forma de poder determinar el esfuerzo horizontal menor, es que luego que la

fractura se ha propagado por un tiempo, las bombas son detenidas y se mide la presión

de cierre instantánea (shut-in pressure). Debido al principio de acción y reacción, esta

presión instantánea de cierre debe ser ligeramente superior a la magnitud del esfuerzo

principal menor, siempre y cuando la influencia del hoyo sea despreciable. De acuerdo

a esto, se tiene la siguiente relación:

hisipP σ= (2.31)


107

Existen otros procedimientos de análisis de declinación de presión de las pruebas de

inyectividad que permiten definir mejor la presión de cierre, ligeramente menor al valor

de isipP . Estos procedimientos se basan en análisis de series de tiempo donde se

trabajan con diferentes parámetros funciones de tiempo o derivadas de tiempo. La cual

se describirá en las pruebas utilizadas en este estudio. Sin embargo, es importante

advertir que existen algunos problemas específicos en la aplicación de estos métodos a

pozos con revestidor y cañoneados, la cual es nuestro caso y debe ser cuidadosamente

considerado.

En la revisión que se realizó en el área de bloque V campo Centro se encontró (1)

una prueba de minifrac y fracturamientos hidraulicos en el área de VLE-198 este

realizada en el año 2001. Como se muestran en la tabla resumen siguiente:

Tabla 12. Información de trabajos de mini fracturas y fracturamientos hidráulicos de bloque V campo Centro.

Área/Bloque Pozo Trabajo Arena Presión Instantanea

de Cierre (lpc)

Gradiente (lpc/pie)

Tensión de la Roca (lpc)

VLE-198 VLE-1269 Minifrac C-23 10329 0,87 189

Promedio 10329 0,87 189

Así mismo, se realizó una investigación en las áreas vecinas de la unidad de

explotación Lagocinco, como se muestra en la tabla siguiente:


108

Tabla 13. Información de trabajos de microfracturas y fracturamientos hidráulicos de zonas vecinas a bloque V campo Centro. Área/Bloque Pozo Trabajo Arena Profundidad

(pie) Presión de

Cierre (lpc)

Gradiente (lpc/pie)

VLE-305 VLE-1313 Microfrac C-20 12230 8929 0,73

Bloque VI LRF-0098 Minifrac C-5 11968 6220 0,52

Bloque VIII CLD-0070 Minifrac C-7 11900 7220 0,60

En cuanto a la comparación entre las presiones de cierre y gradientes de las áreas

vecinas y área de estudio, se puede observar claramente, que en comparación de los

resultados de las mediciones de presión de cierre el área sometida a estudio representa

valores medianamente altos a las áreas que constituyen los bloques VIII y área VLE-

305. Así mismo, marca un margen de similitud al comparar las pruebas realizadas en

bloque V Centro y bloque VI todos pertenecientes a la unidad de explotación Lagocinco.

Por lo que el área VLE-198 requiere de mayor esfuerzo en los estratos de las zonas

productoras para lograr un fracturamiento de los mismos. O bien, esto puede deberse a

que las permeabilidades reportadas en las evaluaciones petrofísicas del área podrían

ser un poco mayor a los rango máximos manejados actualmente de 45 md.

El valor promedio del esfuerzo horizontal mínimo en el yacimiento C-Superior,VLE-198

de los análisis de la sub-unidad C-23 se puede establecer como:

0,87 lpc/pie.


109

7.4 ESFUERZO HORIZONTAL MAXIMO La magnitud de este esfuerzo es el más difícil de determinar, ya que no existe

ningún método para su determinación de manera directa, sin embargo la bibliografía

establece procedimientos para calcular los esfuerzos horizontales a partir de la presión

obtenida en las diferentes pruebas de inyectividad. En este caso, se estimó la magnitud

de los esfuerzos horizontales empleando los valores de esfuerzos medidos en las en

los ciclos de prueba de inyectividad del pozo VLE-1269. La tabla 12, presenta los datos

de presión de cierre, ya que representa el mayor grado de confiabilidad para la

eficiencia de los ciclos de 0,10 y 0,26.

Se usó la técnica descrita previamente en el capitulo II para calcular el esfuerzo

horizontal mayor Hσ , adicionalmente a la determinación del esfuerzo horizontal menor

hσ , utilizando los siguientes datos:

Profundidad efectiva: 12175 pie

Tensión, T 189 lpc

Presión de poro, p 1800 lpc ( 0,147 lpc/pie)

Esfuerzo vertical, vσ 12175 pie ( 0,89 lpc/pie)

Esfuerzo horizontal menor promedio, hσ 10000 lpc ( 0,82 lpc/pie)

Eta, η 0,38

A partir de estos parámetros se determinó el límite superior del esfuerzo horizontal

mayor Hσ :

Limite superior del esfuerzo horizontal mayor = 12976 lpc ( 1,06 lpc/pie)

Limite inferior del esfuerzo horizontal mayor = 11757 lpc ( 0,96 lpc/pie


110

Los valores de los gradientes de las magnitudes de los esfuerzos verticales y

horizontales en esta área están resumidos en la tabla 2.6.

Tabla 14. Resumen de gradientes de esfuerzos en el área de Bloque V Centro ( Yacimiento C-Superior, VLE-198 ) Gradiente esfuerzo vertical 0,89 lpc / pie

Gradiente esfuerzo Horizontal Mayor 1,06 lpc / pie

Gradiente esfuerzo horizontal menor 0,87 lpc / pie

7.5 RELACIÓN ENTRE EL ESFUERZO HORIZONTAL MÁXIMOY ESFUERZO HORIZONTAL MÍNIMO. La literatura establece que la anisotropía de esfuerzos horizontales en los resultados

de las magnitudes de esfuerzos se establece un caracterización a una relación de

esfuerzos “rumbo deslizantes sinestral (Strike slide) e inverso” lo que establece como

parámetro de para las perforaciones de hoyo altamente inclinados u horizontes debes

ser perforados en dirección a los esfuerzos horizontales máximos ya que generan la

mayor estabilidad de hoyo y minimiza los riesgos operacionales. Así mismo, los pozos

perforados con ángulos mayores a 50º en la dirección de σHmax (Azimuth 70º - 250º)

son estables. Por otro lado, de considerar perforar en dirección del σHmin podría

generar mayor restricciones y riesgo para angulos de inclinación mayores a 20º-25º.

Tabla 15. Relación esfuerzo horizontal mínimo, máximo y vertical del C-Superior, VLE-198

Yacimiento

Relación de

esfuezos

C-superior,VLE-198 σH>σh ≈σv


111

7.6 DIRECCION DE LOS ESFUERZOS HORIZONTALES

La determinación de la dirección del esfuerzo horizontal mínimo se basa en el

análisis de Breakout y fracturas, al igual los registros caliper de cuatro brazos pueden

ayudar. La figura 34, muestra en forma gráfica los dos modelos de deformación

asociados a esfuerzos en el hoyo (a) Breakout y (b) fracturas inducidas.

(a) Breakout (b) Fracturas

Figura 34. Módelos de deformación asociados a esfuerzos en el hoyo

Los breakout asociados a ovalizaciones en la formación permiten realizar el análisis

de esfuerzos, estos pueden ser diagnosticados mediante la determinación de dos

agrandamientos del hoyo de ancho similar separados aproximadamente por 180◌۫.

Dicha orientación del breakout se calcula junto con la desviación y azimuth del pozo.

Es importante aclarar, que el área de estudio no se contaba con registros de

imágenes ultrasónicas el cual es el recomendado para el análisis de breakouts y por

ende de la determinación de la orientación de los esfuerzos. Por lo que para

desarrollar este objetivo, se dispuso de la información básica necesaria. Por esta razón,


112

con la finalidad de estimar de algún modo la orientación fue necesario la determinación

de la dirección de los esfuerzos a través del análisis geológico de la estructuras

principales y registros de imágenes acústicas de áreas vecinas adyacentes en los

bloque V Lamar, bloque VI Lamar.

Figura 35. Dirección esfuerzo horizontal mínimo y máximo

CCoommoo ssee ppuueeddee oobbsseerrvvaarr,, eenn llaa ffiigguurraa 3355 eexxiisstteenn ddiivveerrssaass ffaallllaass ggeenneerraaddaass ppoorr aallttoo

ggrraaddoo ddee ppllaassttiicciiddaadd yy qquuee ddoommiinnaann óó rriiggeenn llaass ddiiffeerreenntteess aaccuummuullaacciioonneess ppeettrroollííffeerraass yy

ddiirreecccciióónn ddee llooss eessffuueerrzzooss.. EEnnttrree llooss bbllooqquueess rreepprreesseennttaaddooss ggrrááffiiccaammeennttee llaa uunniiddaadd ddee

aaccttiivvoo LLaaggoocciinnccoo,, ssee eennccuueennttrraann llaass ffaallllaass ccoonnoocciiddaass ccoommoo FFaallllaa IIccootteeaa yy FFaallllaa VVLLEE--440000

aa uunnaa ddiissttaanncciiaa eennttrree 44..33 KKmm yy 44..55 KKmm rreessppeeccttiivvaammeennttee.. EEnn eell aannáálliissiiss rreeaalliizzaaddoo ddee llaass

VLE-400

0 40 80

RREEGGIISSTTRROOSS DDEE IIMMÁÁGGEENNEESS ((BBrreeaakkoouuttss))

POZOAzimut Breakout

N-XX-EAzimut N-XX-E

VLE-1313 75 325

VLE-1308 65 315

VLE-1254 63 335LRF-0152 80 350PROM. 71 331

σ Η

BLOQUE V LAMAR

BLOQUE V CENTRO

BLOQUE VI LAMAR GABEN

LAMA

GABENLAGO

FALLA ICO

FALLA VL

FALLA CE

●●

●

● F-

N

σ Hmáx

71°331°

Breakouts

EFALLA VLE-400

N 11 °WNN

EEFALLA VLE-400

N 11 °WNN

EE


113

ffrraaccttuurraass ((bbrreeaakkoouuttss)) aa ttrraavveess ddee llooss ppoozzooss:: VVLLEE--11331133,, VVLLEE--11330088,, VVLLEE--11225544 yy LLRRFF--115522

ssee oobbsseerrvvaann uunnaa ccoommppeetteenncciiaa eennttrree ttrraattaarr ddee sseerr ppaarraalleellaass oo ppeerrppeennddiiccuullaarreess aa llaass ddooss

ffaallllaass mmááss cceerrccaannaass.. LLaa ffaallllaa IIccootteeaa ssee ddeetteerrmmiinnóó pprreesseennttaarr mmeennoorr iinnfflluueenncciiaa qquuee llaa ffaallllaa

VVLLEE--440000 eenn eell ccoonnttrrooll ddee ffrraaccttuurraass yy llaa ddiirreecccciióónn ddee eessffuueerrzzooss eenn ssiittiioo eenn eessttaa llooccaalliiddaadd

yyaa qquuee llaass ddiirreecccciioonneess aazziimmuuttaalleess ddee llooss bbrreeaakkoouutt ((ffiissuurraass)) yy ddeetteerrmmiinnaaddoo ppeerrppeennddiiccuullaarr

aa ééssttee,, ssee ppuueeddee oobbsseerrvvaarr ccllaarraammeennttee qquuee llaa ffaallllaa VVLLEE--440000 aaccttúúaa ccoommoo ““GGuuííaa ddee llooss

EEssffuueerrzzooss””,, vvaarriiaannddoo llaa ddiirreecccciióónn ddee llooss mmiissmmooss.. SSuu iinnfflluueenncciiaa eess pprroommiinneennttee yyaa qquuee aa

lloo llaarrggoo ddee llooss ddiiffeerreenntteess bbllooqquueess mmaarrccaa eell ddoommiinniioo ssoobbrree σσHHmmááxx ║║aa llaa ffaallllaa VVLLEE--440000..

77..77 DDEETTEERRMMIINNAACCIIÓÓNN DDEE LLAA PPRREESSIIOONN DDEE PPOORROO

PPaarraa llaa ddeetteerrmmiinnaacciióónn ddee llaa pprreessiióónn ddee ppoorroo ddee llaass aarreennaass qquuee ccoonnffoorrmmaann eell

yyaacciimmiieennttoo CC--SSuuppeerriioorr,, VVLLEE--119988,, ((eessppeeccííffiiccaammeennttee CC--2200,, CC--2211,, CC--2222,, CC--2233 yy CC--2244)),, ssee

uuttiilliizzaarroonn llooss vvaalloorreess ddee pprreessiióónn mmeeddiiddooss mmeeddiiaannttee llooss rreeggiissttrrooss RReesseerrvvooiirr FFoorrmmaattiioonn

TTeesstt ((RR..FF..TT)) ddee llooss ppoozzooss ppeerrffoorraaddooss eenn llaass áárreeaass VVLLEE--119988 EEssttee yy OOeessttee.. EEnn vviissttaa,, qquuee

llaass uullttiimmaass ddaattooss ddee pprreessiióónn ddee ffoorrmmaacciióónn mmeeddiiddoo eenn aammbbaass áárreeaass ffuuee rreeaalliizzaaddaass eenn eell

aaññoo 11999988,, ffuuee nneecceessaarriioo rreeaalliizzaarr ggrrááffiiccooss ddee tteennddeenncciiaa ddee pprreessiióónn ddee ppoorroo ddeell rreesseerrvvoorriioo

ddeell yyaacciimmiieennttoo ppaarraa ccaaddaa ssuubb--uunniiddaadd eenn eessttuuddiioo ppaarraa ddeeffiinniirr ccoonn mmaayyoorr eexxaaccttiittuudd llaass

pprreessiioonneess aaccttuuaalleess..


114

Sub-unidad: C-20

EEnn ddiicchhaa ssuubb--uunniiddaadd ffuuee iimmppoossiibbllee eessttaabblleecceerr uunnaa tteennddeenncciiaa ppoorr llooss ppooccooss ddaattooss

mmeeddiiddooss eenn eellllaa,, aassíí ccoommoo ssee ppuuddoo oobbsseerrvvaarr eenn llooss ppuunnttooss ddeessaarrrroollllaaddooss aarrrriibbaa.. EEssttaa

ssuubb--uunniiddaadd ssee eennccuueennttrraa eerroossiioonnaaddaa yy ppoorr ttaall mmoottiivvoo,, nnoo eexxiissttee ssuuffiicciieennttee iinnffoorrmmaacciióónn

rreeggiissttrraaddaa.. PPoorr lloo qquuee ccoonnssiiddeerraarr uunn ddaattoo ddee pprreessiióónn ddee ppoorroo eessttaabblleecceerr uunn rraannggoo ddee

eennccoonnttrraarrssee eennttrree 33118822 yy 44992200 llppcc..

Tabla 16. Presiones medidas en C-20 en los pozos área Este y Oeste.

Pozo Fecha Presión Prom.

VLE-0981 May-90 3181 VLE-1298 May-98 4920

Figura 36. Gráfica de tendencia de presión de poro de la sub-unidad C-20.

Sub Unidad C-20

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

M ay-87 Jan-90 Oct-92 Jul-95 Apr-98 Jan-01 Oct-03 Jun-06

Tiempo

Pres

ión

(lpc)


115

Sub-unidad: C-21

LLooss ddaattooss mmeeddiiddooss ddee pprreessiióónn eenn llaa ssuubb--uunniiddaadd CC--2211 eenn llooss ppoozzooss ddeell áárreeaa VVLLEE--119988,,

ppeerrmmiittiieerroonn eessttaabblleecceerr ccllaarraammeennttee uunnaa tteennddeenncciiaa pprreessiióónn aassíí ccoommoo,, ddeeffiinniirr uunnaa eeccuuaacciióónn

aarriittmmééttiiccaa qquuee ppeerrmmiittiieerraa eexxttrraappoollaarr llooss ddaattooss aall aaññoo 22000044 uubbiiccaannddoo eessttaa ssuubb--uunniiddaadd eenn

eell oorrddeenn ddee 11770000 llppcc..

9114,0

9,9610*2063,02

21

=

+=−

R

tPc ((22..3322))

LLooss rraannggooss ddee pprreessiioonneess uuttiilliizzaaddooss ppaarraa oobbtteenneerr ddiicchhaa ggrraaffiiccaa ssee mmuueessttrraann aa

ccoonnttiinnuuaacciióónn:: Tabla 17. Presiones medidas en C-21 en los pozos área Este y Oeste.


Pozo Fecha Presión

(lpc) VLE-0979 Jun-91 2873VLE-1064 Jul-93 2403VLE-1142 Ene-95 2374VLE-1306 Jul-98 2275 Dic-04 1697

Sub Unidad C-21 y = -0.2063x + 9610.9R2 = 0.9114

0

1000

2000

3000

4000

Jun-91 M ay-93 M ay-95 M ay-97 M ay-99 M ay-01 M ay-03 M ay-05 M ay-07

Tiempo

Pres

ión

(lpc)

Serie1 Lineal (Serie1)


116

SSuubb--uunniiddaadd:: CC--2222

LLooss ddaattooss mmeeddiiddooss ddee pprreessiióónn eenn llaa ssuubb--uunniiddaadd CC--2222 eenn llooss ppoozzooss ddeell áárreeaa VVLLEE--119988,,

ppeerrmmiittiieerroonn eessttaabblleecceerr ccllaarraammeennttee uunnaa tteennddeenncciiaa pprreessiióónn,, aassíí ccoommoo,, ddeeffiinniirr uunnaa

eeccuuaacciióónn aarriittmmééttiiccaa qquuee ppeerrmmiittiieerraa eexxttrraappoollaarr llooss ddaattooss aall aaññoo 22000044 uubbiiccaannddoo eessttaa ssuubb--

uunniiddaadd eenn eell oorrddeenn ddee 11220000 llppcc..

9793,0

*4092

2538,822

=

+= −−

R

tEPc ((22..3333))


ccoonnttiinnuuaacciióónn:: Tabla 18. Presiones medidas en C-22 en los pozos área Este y Oeste.

Sub Unidad C-22 y = 9E+40x-8,2538

R2 = 0,9793

0500

100015002000250030003500400045005000

Dic-83 Nov-86 Nov-89 Nov-92 Nov-95 Nov-98 Nov-01 Nov-04 Nov-07

Tiempo

Pres

ión

(lpc)

Serie1 Potencial (Serie1)


Pozo Fecha Presión PROM.

VLE-0907 Dic-83 5126 VLE-0979 Feb-90 4637 VLE-0981 Jun-91 4277 VLE-1015 Jul-92 3570 VLE-1142 Ene-95 2863 VLE-1298 May-98 2620

Dic-04 1271


117


LLooss ddaattooss mmeeddiiddooss eenn llaa ssuubb--uunniiddaadd CC--2233 ffuueerroonn eessttaabblleecciiddooss ccoonn mmaayyoorr pprreecciissiióónn eenn

qquuee eessttaa ssuubb--uunniiddaadd,, ssee eennccuueennttrraa ccoommpplleettaa eenn ttooddoo eell yyaacciimmiieennttoo CC--SSuuppeerriioorr,,VVLLEE--119988..

LLooss ddaattooss uuttiilliizzaaddooss ppeerrmmiittiieerroonn eessttaabblleecceerr uunnaa tteennddeenncciiaa ccoonn uunn ccooeeffiicciieennttee ddee 00,,999977 lloo

qquuee iimmpplliiccaa qquuee eexxiissttee uunn eexxcceelleennttee mmaarrggeenn ddee cceerrtteezzaa.. DDee iigguuaall mmaanneerraa,, llaass uullttiimmaass

ppeerrffoorraacciióónn ddeell áárreeaa VVLLEE--119988 ffuuee eenn eell aaññoo 11999988 ppoorr lloo qquuee ssee rreeqquuiirriióó rreeaalliizzaarr uunnaa

eexxttrraappoollaacciióónn ppaarraa mmeeddiirr llooss ddaattooss ddee pprreessiióónn aall 22000044,, uubbiiccaannddoo eessttaa ssuubb--uunniiddaadd ccoonn

uunnaa pprreessiióónn pprroommeeddiioo ddee 22550000 llppcc..

9971,0

14599*3147,02

23

=

+−=−

R

tPc ((22..3344))


ccoonnttiinnuuaacciióónn::


Pozo Fecha Presión VLE-0850 Feb-82 5242 VLE-0888 Ene-83 5000 VLE-1175 Oct-95 3622

Dic-04 2562


118

Sub unidad C-23 y = -0,3147x + 14599R20,9971 =

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

Feb-82 Ene-85 Ene-88 Ene-91 Ene-94 Ene-97 Ene-00 Ene-03 Ene-06

Tiempo

Pres

ion

(lpc)

Ser ie1 Lineal (Ser ie1)



LLooss ddaattooss mmeeddiiddooss ddee pprreessiióónn eenn llaa ssuubb--uunniiddaadd CC--2244 eenn llooss ppoozzooss ddeell áárreeaa VVLLEE--119988,, ssee

eessttaabblleecciióó llaass tteennddeenncciiaa pprreessiióónn,, aassíí ccoommoo,, ssee ddeeffiinniióó uunnaa eeccuuaacciióónn aarriittmmééttiiccaa ddee llaa qquuee

ppeerrmmiittiieerraa eexxttrraappoollaarr llooss ddaattooss aall aaññoo 22000044 uubbiiccaannddoo eessttaa ssuubb--uunniiddaadd eenn eell oorrddeenn ddee

11220000 llppcc..

9012,0

*5842

11,1224

=

+= −−

R

tEPc ((22..3355))


ccoonnttiinnuuaacciióónn::


Pozo Fecha Presión VLE-1015 Abr-92 5165 VLE-1175 Oct-95 4837 VLE-1298 May-98 2106 Dic-04 1226


119

Sub Unidad C-24 y = 4E+58x12,11-

R20,9012 =

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

Abr-92 Abr-94 M ar-96 M ar-98 M ar-00 M ar-02 M ar-04 M ar-06

Tiempo

Pres

ión

(lpc)

Serie1 Potencial (Serie1)


LLuueeggoo,, ddee llaa rreevviissiióónn ddee llooss ddaattooss ddee pprreessiioonneess ddee ffoorrmmaacciióónn ppoorr ccaaddaa ssuubb--uunniiddaadd,, llaa

ddeetteerrmmiinnaacciióónn ddee ccoorrrreellaacciioonneess aarriittmmééttiiccaass rreeaalliizzaaddaass ppaarraa llaa eexxttrraappoollaacciióónn pprreessiióónn aa

ccoonnddiicciioonneess aaccttuuaalleess yy llaa vvaalliiddaacciióónn ddee llaass mmiissmmaass ccoonn llaa iinnffoorrmmaacciióónn mmeeddiiddaass

rreecciieenntteess aa ttrraavvééss ddee BBuuiilldd--uupp eenn eell áárreeaa.. SSee ppuuddoo ddeetteerrmmiinnaarr ccoommoo ssee mmuueessttrraa eenn llaa

ttaabbllaa 2211,, llaass pprreessiioonneess ddee ppoorroo ddee llaass ssuubb--uunniiddaaddeess CC--2200,, CC--2211,, CC--2222,, CC--2233 yy CC--2244 qquuee

ccoonnffoorrmmaa eell yyaacciimmiieennttoo eenn eessttuuddiioo CC--SSuuppeerriioorr,, VVLLEE--119988..


120

Tabla 21. Presiones medidas en las sub-unidades del yacimiento C-Superior, VLE-198

Datos Generales: Sub-unidad Tiempo Presión

C-20 May-90 3181 C-21 Jun-91 2873 C-21 Jul-93 2403 C-21 Ene-95 2374 C-21 Jul-98 2275 C-21 Dic-04 1697 C-22 Feb-90 4637 C-22 Jun-91 4277 C-22 Jul-93 3570 C-22 Ene-95 2863 C-22 Ene-97 2620 C-22 Dic-04 1271 C-23 Feb-82 5242 C-23 Ene-83 5000 C-23 Ene-95 3622 C-23 Dic-04 2562 C-24 Abr-92 5165 C-24 Oct-95 4837 C-24 May-98 2106 C-24 Dic-04 1226

Yacimiento C-Superior,VLE-198

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

Feb-82 Ene-85 Ene-88 Ene-91 Ene-94 Ene-97 Ene-00 Ene-03 Ene-06 Ene-09

Tiempo

Pres

ión

(lpc)

C-20 C-21 C-22 C-23 C-24

Figura 41. Gráfica de tendencia de presión de poro en las sub-unidades del yacimiento C-Superior, VLE-198


121

UUnnaa vveezz vvaalliiddaaddooss eell ccoommppoonneennttee ddee tteennssoorr ddee ccaammppoo ddee eessffuueerrzzoo ddee llaa pprreessiióónn ddee

ppoorroo ddeell yyaacciimmiieennttoo CC--SSuuppeerriioorr,,VVLLEE--119988,, aa llaa ccuuaall ssee eennccuueennttrraa ccoonnffiinnaaddoo eell fflluuiiddoo eenn

eell eessppaacciioo ppoorroossoo ddee llaa ffoorrmmaacciióónn.. SSee eessttaabblleecciióó llaa eessttiimmaacciióónn ddee llaa ddeennssiiddaadd ddeell

fflluuiiddoo ppaarraa pprreessiioonneess ddee ppoorroo mmíínniimmaass yy mmááxxiimmaass ppoorr ssuubb--uunniiddaadd yy aaddiicciioonnaannddoo uunn

rraannggoo ddee ttoolleerraanncciiaa ddee 550000 llppcc ppaarraa ggaarraannttiizzaarr llaa vveennttaannaa ddeell llooddoo ooppeerraacciioonnaall ddee

sseegguurriiddaadd dduurraannttee llaa ppeerrffoorraacciióónn aa lloo llaarrggoo ddee llaa ccoolluummnnaa eessttrraattiiggrrááffiiccaa.. QQuueeddaannddoo

eessttaabblleecciiddoo ppaarraa eell yyaacciimmiieennttoo CC--SSuuppeerriioorr,, rraannggoo ddee 55,,88 aa 77,,00 llbbss//ggaall eenn vviissttaa aa llaa

ddiiffeerreenncciiaa ddee pprreessiióónn eennccoonnttrraaddooss eenn ttooddaass llaass ssuubb--uunniiddaaddeess.. CCoommoo ssee mmuueessttrraa eenn llaa

ttaabbllaa 2222,, llooss rraannggooss mmíínniimmooss yy mmááxxiimmooss ddee llaa ddeennssiiddaadd ((llbbss//ggaall)) ddee ppeessoo ddeell llooddoo..

11500

11600

11700

11800

11900

12000

12100

12200

1500 2000 2500 3000 3500 4000

Presión de Poros (psi)

Prof

undi

dad

TVD

(pie

s)

C-20 C-21 C-22 C-23 C-24

11500

11600

11700

11800

11900

12000

12100

12200

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0

Densidad (lbs/gal)

Prof

undi

dad

TVD

(pie

s)

C-20 C-21 C-22 C-23 C-24

11500

11600

11700

11800

11900

12000

12100

12200

1500 2000 2500 3000 3500 4000

Presión de Poros (psi)

Prof

undi

dad

TVD

(pie

s)

C-20 C-21 C-22 C-23 C-24

11500

11600

11700

11800

11900

12000

12100

12200

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0

Densidad (lbs/gal)

Prof

undi

dad

TVD

(pie

s)

C-20 C-21 C-22 C-23 C-24

Figura 41. Gráfica de tendencia de presión de poro y densidad del lodo a utilizar a lo largo de la columna estratigráfica del yacimiento C-Superior, VLE-198


122

Tabla 22. Estimación de ventana operacional (Lbs/gal) del yacimiento C-Superior, VLE-198

Estimación de Ventana Operacional (lbs/gal)

Sub-unidad Profundidad (pies)

Presión Poro (lbs)

Rango de Tolerancia

(lbs)

Dens. Min - Max (lbs/gal)

C-20 11517 3181 1000 7,0C-21 11697 2700 1000 6,1C-22 11864 2620 1000 5,9C-23 11993 2562 1000 5,7C-24 12100 2500 1000 5,6

UUnnaa vveezz ccoonnoocciiddoo eell rraannggoo ddee ddeennssiiddaadd ddeell llooddoo qquuee eess rreeqquueerriiddoo ((55,,88 aa 77,,00)) llbbss//ggaall

aa lloo llaarrggoo ddee llaa ccoolluummnnaa eessttrraattiiggrrááffiiccaa aa ttrraavvééss ddee llaa mmeettooddoollooggííaa aapplliiccaaddaa ssee oobbttuuvvoo uunn

ppeerrffiill ddee pprrooppiieeddaaddeess mmeeccáánniiccaass yy vveennttaannaa ddee llooddoo.. EEnn ggeenneerraall,, eell ppeessoo mmíínniimmoo ddee llooddoo

ppeerrmmiissiibbllee eess bbaassttaannttee eessttaabbllee,, uubbiiccáánnddoossee aa lloo llaarrggoo ddee ttooddoo eell iinntteerrvvaalloo aapprrooxxiimmaaddoo

pprroommeeddiioo ddee 55,,88 llbbss//ggaall,, ssiinn eemmbbaarrggoo eell ppeessoo ddee mmááxxiimmoo ppeerrmmiissiibbllee eess uunn ppooccoo mmááss

vvaarriiaabbllee,, yy oosscciillaa hhaassttaa aallccaannzzaarr 77,,00 llbbss//ggaall,, eessttaa vvaarriiaacciióónn eess ddeebbiiddoo pprriinncciippaallmmeennttee aa llaa

vvaarriiaacciióónn lliittoollóóggiiccaa aa lloo llaarrggoo ddeell iinntteerrvvaalloo yy eessttaa ddiiffeerreenncciiaa ttaann nnoottoorriiaa ssee ddeebbee aa qquuee

eexxiisstteenn ssuubb--uunniiddaaddeess ccoommoo ssoonn eell ccaassoo ddee llaass ssuubb--uunniiddaaddeess CC--2211 yy CC--2244 ccoonn uunn rraannggoo

ddee eenneerrggííaa bbaassttaannttee bbaajjooss ccoommppaarraaddoo aa llaass ddeemmááss..

EEnn vviissttaa ddee llooss rriieessggooss ooppeerraacciioonnaalleess pprreesseennttee eenn llaa aaccttiivviiddaadd ddee ppeerrffoorraacciióónn yy aall

ddaaññoo qquuee ssee ppuueeddeenn ggeenneerraarr dduurraannttee ppeerrffoorraacciióónn aa llaa ffoorrmmaacciióónn,, ssee pprroocceeddiióó aa rreeaalliizzaarr

uunnaa eessttiimmaacciióónn ddeell ddaaññoo qquuee ppooddrrííaa lllleeggaarr aa sseerr,, eell tteenneerr qquuee uuttiilliizzaarr uunnaa ddeennssiiddaadd ddeell

llooddoo mmuuyy aallttaa..

PPaarraa eelllloo,, ssee ccoonnssiiddeerróó llaa ddeennssiiddaadd mmááss aallttaa rreeqquueerriiddaa ppaarraa ppeerrffoorraarr llaa ccoolluummnnaa ddeell

yyaacciimmiieennttoo CC--SSuuppeerriioorr,, VVLLEE--119988 ccoommoo eess eell ccaassoo ddee llaa ssuubb--uunniiddaadd CC--2200 llaa ccuuaall rreeqquuiieerree

uunnaa ddeennssiiddaadd ddeell llooddoo ddee 77,,00 llbbss//ggaall,, eell ppeerrffoorraarr hhaassttaa uunnaa pprrooffuunnddiiddaadd ddee 1122110000 ppiieess llaa

ccuuaall ccoorrrreellaacciioonnaa ccoonn llaa ssuubb--uunniiddaadd CC--2244,, ssee ppuueeddee eessttaarr lllleeggaannddoo ccoonn uunnaa pprreessiióónn


123

hhiiddrroossttááttiiccaa ddee 44110000 llppcc ppoorr eenncciimmaa eenn 11660000 aa llppcc ddee lloo rreeqquueerriiddoo ppoorr llaa ssuubb--uunniiddaadd

CC--2244 ggeenneerraannddoo uunn ddaaññoo qquuee rreeppeerrccuuttee eenn llaa pprroodduucccciióónn ppoorr iinnvvaassiióónn ddeell llooddoo ddee

ppeerrffoorraacciióónn hhaacciiaa llaa ffoorrmmaacciióónn.. PPoorr lloo qquuee sseerráá ddee bbeenneeffiicciioo llaa uuttiilliizzaacciióónn ddee llooddoo ttiippoo

eessppuummaanntteess,, bbaassee aacceeiittee ppaarraa mmiinniimmiizzaarr llooss ppoossiibblleess ddaaññooss aa llaa ffoorrmmaacciióónn yy ggaarraannttiizzaarr

llaa eessttaabbiilliiddaadd ddee hhooyyoo yy rreedduucciirr llooss aallttooss ccoossttooss ddee ppeerrffoorraacciióónn..

Capítulo VIII __ _______________ Control de Arenamiento

125

CCAAPPÍÍTTUULLOO VVIIIIII

CCOONNTTRROOLL DDEE AARREENNAAMMIIEENNTTOO 8.1 DETERMINACIÓN DE CAIDA DE PRESIÓN CRÍTICA

En el área de estudio se han presentado varios problemas de arenamiento en pozos

productores, para poder determinar un ∆Pc crítico o drawdown crítico se basó en un

estudio realizado por la compañía SHELL, la relación entre drawdown crítico ΔPc en

función de tiempo de tránsito de la onda compresional Δtc fue elaborada por SHELL

utilizando resultados reales de pozos alrededor del mundo, donde se conoce si el pozo

produce arena bajo determinadas condiciones de drawdown. Como es de esperarse, un

menor valor de Δtc implica un mayor valor de drawdown ya que la formación es más

rígida y quizás por ello, más resistentes. El gráfico presentado por Veeken y otros

(1991) puede ser visto en la figura 42 donde se han transformado las unidades para su

aplicación en Venezuela. Ellos definieron 3 zonas; una zona inferior que crea un límite

conservador, por debajo de cual, cualquier combinación entre drawdown crítico y Δtc no

produce fallas; una zona superior que crea un límite liberal, por encima del cual

cualquier combinación entre drawdown crítico y Δtc produce fallas y una zona de riesgo

intermedia, donde no está claro si la combinación de drawdown y Δtc puede causar

arenamiento. El límite liberal viene dado por la siguiente ecuación:

ΔPc = 11910 – 108 Δtc (2.23)

El límite conservador viene dado por la siguiente ecuación:

ΔPc = 10344 – 108 Δtc (2.24)


126

Este método de análisis fue hecho para Bloque V donde se aplicó análisis

estadístico multivariable (Fernández- Luque,1982); sin embargo, aunque la zona de

riesgo es mucho mas amplia, el rango inferior de Veeken y otros (1991) es todavía mas

conservador. De no existir información geomecánica adicional, se pude ser conservador

utilizando el límite inferior como parte de una evaluación preliminar.

8.2 DRAWDOWN CRÍTICO EN BLOQUE V CENTRO

Se pudieron determinar estimados de drawdown crítico en el campo Centro por

varios métodos simplificados. En estos momentos no es posible elaborar sofisticadas

correlaciones predictivas de arenamiento por falta de información de ensayos

geomecánicos de laboratorio que impiden generar una correlación núcleo perfil.

También hace falta tener un mayor número de pozos con registros sónicos que miden

los tiempos de tránsito de las ondas compresionales y de corte.


127

Tabla 23. Valores promedios del tiempo de transito de la onda compresional y los valores de drawdown conservador y liberales en el campo Centro, según metodología SHELL

2001,03567,077,25C-24VLE-1196

2293,73859,774,54C-22VLE-1196

1218,02784,084,5C-24VLE-0907

1108,92674,985,51C-23VLE-0907

1012,82578,886,4C-22VLE-0907

2583,14149,171,86C-24VLE-0888

2198,63764,675,42C-23VLE-0888

2474,04040,072,87C-22VLE-0888

2095,03661,076,38C-21VLE-0888

1985,93551,977,39C-20VLE-0888

2279,63845,674,67C-24VLE-0850

1884,43450,478,33C-23VLE-0850

1983,73549,777,41C-22VLE-0850

1745,03311,079,62C-24VLE-0797

1896,23462,278,22C-23VLE-0797

1701,83267,880,02C-22VLE-0797

1607,93173,980,89C-21VLE-0797

1287,12853,183,86C-20VLE-0797

Drawdown Conservador

Drawdown Liberal

PromedioDT Onda PArenaPozo

2001,03567,077,25C-24VLE-1196

2293,73859,774,54C-22VLE-1196

1218,02784,084,5C-24VLE-0907

1108,92674,985,51C-23VLE-0907

1012,82578,886,4C-22VLE-0907

2583,14149,171,86C-24VLE-0888

2198,63764,675,42C-23VLE-0888

2474,04040,072,87C-22VLE-0888

2095,03661,076,38C-21VLE-0888

1985,93551,977,39C-20VLE-0888

2279,63845,674,67C-24VLE-0850

1884,43450,478,33C-23VLE-0850

1983,73549,777,41C-22VLE-0850

1745,03311,079,62C-24VLE-0797

1896,23462,278,22C-23VLE-0797

1701,83267,880,02C-22VLE-0797

1607,93173,980,89C-21VLE-0797

1287,12853,183,86C-20VLE-0797

Drawdown Conservador

Drawdown Liberal

PromedioDT Onda PArenaPozo

Una de las metodologías simplificadas para estimar drawdown críticos es la de onda

compresional propuesta por Shell y presentada anteriormente. En la tabla 23, podemos

apreciar los valores promedios de los tiempos de tránsito de la onda compresional

conjuntamente con los valores conservadores y liberales de drawdown para las arenas

mas importantes del campo Centro. Se utiliza el valor d drawdown crítico conservador

ya que ningún pozo de la base de datos histórica de Shell por debajo de este valor

produjo arena. Se puede observar que el drawdown crítico conservador no es grande

ya que tiene un rango entre 1013 y aproximadamente 2500 psi y por lo tanto el

arenamiento es posible con altas tasas de producción que generen altos valores de

drawdown el cual no es el caso del bloque en estudio por ser campo entre bajas y

medias sus tasas de producción. Comparaciones con los valores de drawdown de los

pozos del área VLE-198 oeste indican que los valores de promedios históricos de los

drawdown se encuentran entre 900 y 1200 psi y por lo tanto estos valores de drawdown


128

críticos son excedidos en algunos de los pozos. También se puede apreciar que la

arena C-20 pareciera ser las mas susceptibles al arenamiento para los pozos evaluados

en esta área por los indicio de mayor energía de esta sub-unidad que se ubican en el

orden de los 3000 psi por lo que el rango de delta P crítico se ubicaría en la región con

riesgo.

1013

1513

2013

2513

3013

3513

4013

4513

72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86

Tiempo Transito Onda Compresional (mseg/pie)

Dra

wdo

wn

Crít

ico

(psi

)

Límite Liberal

Límite Conservador

Región Segura

Región con riesgo

Región Falla Catastrofica

1013

1513

2013

2513

3013

3513

4013

4513

72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86

Tiempo Transito Onda Compresional (mseg/pie)

Dra

wdo

wn

Crít

ico

(psi

)

Límite Liberal

Límite Conservador

Región Segura

Región con riesgo

Región Falla Catastrofica

Figura 42. Grafico de Veeken y otros (Drawdown crítico) Bloque V Centro.

__________ _________ ____ Conclusiones

129

CONCLUSIONES Los resultados obtenidos en esta investigación permiten concluir lo siguiente: 1. Se estableció una ecuación aritmética lineal entre los valores obtenidos del tiempo de transito compresional (∆t p ) y los valores del tiempo de transito de corte o cizallamiento (∆t s ) del pozo VLE-1196, que permite estimar de la onda de corte (∆t s ) en aquellos pozos del área de bloque V campo Centro que tengan medido únicamente las ondas de transito compresional (∆t p ), ∆t =2 333,28*2884,2 −Δ pt con un

R 99,02= , es decir con un margen de error despreciable.

2. A partir de los parámetros elásticos (dinámicos y estáticos) realizados en el núcleo cortado en la arena C-2 del pozo VLE-1308, se generaron las correlaciones aritméticas que permitió extender las propiedades puntuales medidas en el laboratorio a toda la columna estratigráfica del yacimiento C-Superior, VLE-198. Es decir, la determinación del módulo de Young y Relación Poisson estáticas, ya que en el área de estudio no se contaba con estudio geomecánico realizado en núcleo.

Módulo Young )(*4284,0 1227,1ds EE =

Relación de Poisson )(*0629,0 4716,0−= ds vv Dichas correlaciones representan un coeficiente para el módulo de Young ( sE ) de 0,864 (error del 7%) y relación de Poisson ( sv ) de 0,8385 (error del 8%), lo que lo hace bastante aceptable aun mejor que las calculadas en literaturas. 3. En el área de estudio se pudo determinar los valores elásticos dinámicos para cada sub-unidad los cuales son moderadamente alto característicos de formaciones de arenas consolidadas. 4. El esfuerzo vertical o de sobrecarga se obtuvo mediante la integración del registro de densidad los pozos VLE-797,VLE-850,VLE-888, VLE-907 y VLE-1196 para cada yacimiento, este valor se ubica para el pozo VLE-797 entre 0,894 y 0,898 lpc/pie; para el pozo VLE-850 entre 0,89 y 0,904 lpc/pie; para el pozo VLE-888 entre 0,898 y 0,904 lpc/pie; para el pozo VLE-907 0,90 lpc/pie; y para el pozo VLE-1196 en 0,901 lpc/pie.

__________ _________ ____ Conclusiones

130

5. El esfuerzo horizontal mínimo se determinó a partir de la prueba de inyectividad realizada en el área en los pozos VLE-1269, el cual indicó un valor promedio de 0,87 lpc/pie. Siendo similar al obtenido en el área de bloque VI y muy por debajo a las áreas de bloque V campo Lamar y bloque VIII.

6. El esfuerzo horizontal máximo se determinó a partir de cálculos aritméticos, el cual indicó un rango promedio de 1,06 Lpc/pie. 7. La relación de los esfuerzos arrojaron un régimen de rumbo deslizante (strike slide) e inverso ya que (σH > σh ≈ σv ). 8. La dirección del esfuerzo horizontal mínimo se determinó a partir de las revisión y estudios de las áreas de Bloque V lamar, VI lamar y la dirección de las fallas provinentes, el cual indicó que la dirección de éste es de N71ºE, 71ºAz. 9. La dirección del esfuerzo horizontal máximo se determinó a partir de la dirección obtenida del esfuerzo horizontal mínimo en dirección perpendicular a dicho dirección, el cual indicó que la dirección de éste es de N29ºW y 331º Az. 10. Se determinó la presión de poro a lo largo de la columna estratigráfica del yacimiento C-Superior, VLE-198 para ello, fue necesario realizar extrapolaciones (P * ) que calcularan la presión a las condiciones actuales, así mismo, dichas correlaciones pueden ser utilizadas para la determinación de las presiones del área por sub-unidades ya que el grado de confianza indicado por el coeficiente de correlación es bastante aceptable.

• Sub-unidad C-20, no se pudo establecer un dato aceptable en vista a la carencia de información registrada por lo que consideró un rango entre 3182 lpc y 4920 lpc en este nivel.

• Sub-unidad C-21, fue determinada en el orden 1700 lpc con la presión estática extrapolada (P * ) a través de la ecuación lineal 9,9610´2063,021 +=−cP con un

9114,02 =R . • Sub-unidad C-22, fue determinada en el orden de 1200 lpc con la presión

extrapolada calculada a través de la ecuación 2538,822 409 −

− += tEPc con un 9793,02 =R .

• Sub-unidad C-23, fue determinada en el orden de 2500 lpc con la presión extrapolada calculada a través de la ecuación potencial 145993147,023 +=− tPc con un 9971,02 =R .

• Sub-unidad C-24, fue determinada en el orden de 1200 lpc con la presión extrapolada calculada a través de la ecuación potencial 11,12

24 584 −− += tEPc con

un 9012,02 =R .

__________ _________ ____ Conclusiones

131

11. La ventana operacional del lodo presenta un comportamiento estable. En general, el peso del lodo permisible se ubica a lo largo de las sub-unidades C-20 al C-24 entre 5,8 – 7,0 lbs/gal, sin embargo el peso máxima permisible es un poco alto en 7,0 lbs/gal, debido principalmente a la variación litológica. 12. Para el control de arenamiento se determinó la caída de presión permisible entre 1000 y ≤ 2500 lpc límite conservador y mayor 2500 lpc como límite liberar según correlaciones establecido por Veeken y otros (1991) compañía Shell.

__________ _____ ____ Recomendaciones

___________________________________________________________________________ 132

RECOMENDACIONES A manera de asegurar un mejor análisis del área, integrar de manera exitosa el estudio

geomecánico y mejorar la certidumbre de los resultados presentados con el presente

estudio se recomienda:

1. Realizar una prueba de Microfrac, Minifrac o Leak Off Test extendido a fin de

determinar con más exactitud el campo de esfuerzos horizontal menor para el área, de

manera de eliminar así esta incertidumbre.

2. Realizar corrida de registros de imágenes en pozos futuros a perforar para permitir un

mejor cotejo de la dirección de los esfuerzos horizontales del área, además permitirá

una mejor definición de la dirección de toda la unidad de activo Lagocinco.

3. Orientar los pozos en dirección del esfuerzo horizontal mayor donde existen los

menores riesgos de inestabilidad hoyo.

4. Realizar en tapones del núcleos existente en el área de estudio los ensayos en

laboratorio de esfuerzos traxiales para determinar las propiedades geomecánicas

estáticas y conseguir una correlación entre las propiedades dinámicas y las estáticas en

el área.

5. Realizar en tapones del núcleos existente en el área de estudio de

Paleomagnetismos para determinar la dirección de esfuerzos principales.

6 Integrar la información registrada en este estudio con la obtenida de los estudios

sedimentológicos y petrofísicos realizados en el área para definir un mejor plan de

explotación y trabajos de estimulación del área.

__________ _________ ____ Bibliografías

133

1. Vásquez H. Andrés R.; Sánchez D. Marisela A.: “Introducción a la Geomecánica

Petrolera”, Tercera Edición, Caracas, Venezuela, 1999.

2. Lewis L. Lacy, SPE 38716 “Dynamic Rock Mechanics Testing for Optimized Fracture

Designs”, San Antonio, Texas, 5-8 October 1996.

3. Larry K. Britt and Michael B. Smith, SPE 90861 “Rotary Sidewall Cores- A Cost

Effective Means of Determining Young’s Modulus, Houston, Texas, USA, 26-29

September 2004.

4. Schlumberger, Economides y Nolte, “Reservoir Stimulation”, First published by John

Wiley & Sond Ltd, 2000.

5. V.V.A. Consultores, C.A.:”Consideraciones geomecánicas en La estabilidad del hoyo

durante la perforación de la localización AQYD-2” Nota Técnica No. 10, Abril 2001.

6. Baker Hughes. The Role of Geomechanics in Drilling and Completion Optimizations,

July 2002

7. V.V.A Consultores, C.A.: “Aplicaciones de la geomecánica en pozos no

convencionales del laboratorio WAG de Bloque V”, 1998.

8. A. Charles. Rock Mechanics, Volume 1, Theoretical Fundamentals. Editions

Technip, (1991) Paris, France.

9. Vásquez Andrés. Nota Técnica: Aplicaciones Geomecánicas en la Ingeniería de

Petróleo. Caracas, Agosto de 1995.

10. Allen Thomas O.; Robert Alan P., Production Operations, Well Completions,

Workover, and Stimulation, OGCI Tulsa, 1978.

__________ _________ ____ Bibliografías

134

11. Sampieri, Roberto y otros. “Metodología de la Investigación”. Editorial Mc Graw Hill.

Caracas, 1996.

Documents

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD DE ...00:32Z-148… · correlaciones matemáticas establecidas durante la realización de este análisis, se mencionan