TESIS

ASPECTOS OPERACIONALES, GEOLÓGICOS Y GEOMECÁNICOS DEL FENÓMENO DE

COMPACTACIÓN Y SUBSIDENCIA DURANTE LA PRODUCCIÓN DE HIDROCARBUROS

Carlos Andrés Mercado Montes Javier Fernando Mendoza Molina

2080725 2072312

Director

Dra. Zuly Himelda Calderón Carrillo

Universidad Industrial de Santander

Escuela de Ingeniería de Petróleos

20 de Agosto de 2013

AGENDA Introducción

Objetivos

Aspectos principales de la compactación

Casos de compactación y subsidencia

Modelo de predicción

Soluciones para mitigar la compactación y subsidencia

Conclusiones

Recomendaciones

Bibliografía

La compactación es un proceso geológico natural, pero a partir de los procesos de extracción de hidrocarburos se ha acelerado dicho proceso, a medida que los fluidos son producidos del yacimiento, se reduce el esfuerzo ejercido por estos para soportar la presión de sobrecarga, incrementando de esta forma el esfuerzo efectivo, que puede llegar al punto de colapso de los poros. Es de gran importancia el estudio del fenómeno de compactación y subsidencia en los proceso de extracción de hidrocarburo, conociendo los factores influyentes en el ámbito: geológico, geomecánico y operacional, para tener un conocimiento amplio de los fenómenos.

INTRODUCCIÓN

Analizar los efectos operacionales, geológicos y geomecánicos del fenómeno de compactación y subsidencia durante la producción de hidrocarburos.

Describir el fenómeno de compactación y subsidencia en yacimientos de hidrocarburos. Mediante una búsqueda bibliográfica de distintos campos a nivel mundial en los que se han realizado estudios de compactación y subsidencia.

Identificar y predecir la futura compactación de un yacimiento a través de correlaciones a partir de estudios analíticos. Con el fin de implementar estrategias que permitan mitigar el efecto de la compactación y subsidencia de acuerdo a las características y condiciones geomecánicas de un yacimiento.

OBJETIVOS

Aspecto Geológico

Aspecto Geomecánico

Aspecto Operacional

ASPECTOS PRINCIPALES DE LA COMPACTACIÓN

Sedimentología

Litología

ASPECTOS GEOLÓGICOS

Resistencia Mecánica de la Roca

Enterramiento y Diagénesis

Sedimentación

Transporte

SEDIMENTOLOGÍA

Erosión y Desgaste

Transporte y Sedimentación

Enterramiento y Diagénesis

Fuente. http://www.madrimasd.org/blogs/universo/2008/08/15/98822

SEDIMENTOLOGÍA

Dia

gén

esi

s

Compactación

Deshidratación

Cementación

σ

SEDIMENTOLOGÍA

Compactación de la Roca

SEDIMENTOLOGÍA

Taylor (1950)

PRESIÓN DE PORO

Modificado de AADNOY y LOOYEH, R. Petroleum rock mechanics: drilling operations and well design, p. 97.

PRESIÓN DE PORO

Tomado de Dirk D., Tron Golder K., Neal B., Phillip D., Colin S. (Invierno de 2006/2007). COMPACTACION YSUBSIDENCIA. Oilfield Reviwe #, p. 52.

Areniscas

Creta y Caliza

Arcillas Halita

LITOLOGÍA

Formaciones Semi-Compactadas

Litologías Mecánicamente Débiles

Causas Geológicas que propician la compactación de los estratos durante la producción

ASPECTOS GEOLÓGICOS

Rocas estructuralmen

te débiles

Un buen volumen de roca

compactado

Caída en la presión

Compactación y Subsidencia

Aspectos principales que intervienen en la compactación y en la aparición de la subsidencia en superficie

ASPECTOS GEOMECÁNICOS

La Producción de Hidrocarburos

Caída de la Presión del Yacimiento

Reduce la Presión de Poro

Colapso de los Poros

Compactación


Condición de Equilibrio = 0 ≠ 0 ≠ 0


El proceso de compactación en la roca se debe a las transformaciones o variaciones que se presentan en esta, cuando la presión de poro va descendiendo



COLAPSO DE POROS

Tomado de: http://www.uclm.es/users/higueras/mam/MMAM8.htm

FÍSICA DE LA SUBSIDENCIA

Compactación

• Historial sedimentológico de la roca• Mineralogía del yacimiento• Termodinámica de la formación• Espesor de la formación• Caída del coeficiente de poro

elasticidad en la roca obedeciendo a la perdida de presión en la formación

Subsidencia

• Propiedades mecánicas de los estratos de sobrecarga y aledaños al estrato que compacta

• Volumen de roca compactada

PRINCIPALES FACTORES

Problemas generados por la Compactación y la

SubsidenciaInestabilidad de Pozos

Reducción de la Permeabilidad y de la Porosidad

Hundimiento vertical del

terreno

Aparición y desplazamiento de fallas

EFECTOS DE LA COMPACTACIÓN Y SUBSIDENCIA

Inestabilidad de Pozo Reducción de la Permeabilidad y la Porosidad

Aparición y desplazamiento de FallasSubsidencia

EFECTOS DE LA COMPACTACIÓN

Sector Compactado

ASPECTOS OPERACIONALES

Recopilación de, “Casing Shear: Causes, Cases, Cures”, Maurice B. Dusseault, SPE, Porous Media Research Inst., U. of Waterloo, and Michael S. Bruno, SPE, and John Barrera,* Terralog Technologies Inc.

PROBLEMAS OPERACIONALES ASOCIADOS

Campo Gosse Creek

• Plataformas costa afuera.• Ubicado en la zona de

subsidencia de Houston.• Trampa conformada por un

domo salino, donde la formación productora son areniscas con intrusiones de arcillas.

• Compactación por despresurización del yacimiento; presenta subsidencia, causante de fallas en la zona.

CASOS DE COMPACTACIÓN Y SUBSIDENCIA EN EL MUNDO

Goose Creek (Baytown, Texas – E.E.U.U.)

Campo Ekofisk (Mar del Norte – Noruega)

Campo Ekofisk

• Yacimiento de gas y pretróleo cuya formación esta compuesta por calizas fracturadas naturalmente.

• Compactación debido a la rápida despresurización de la formación.

• Alta inversión en trabajos remediales como el reemplazo de las plataformas y actualizaciones.

• Presencia de altas tasas de subsidencia que fue remediada con inyección de agua.

CASOS DE COMPACTACIÓN Y SUBSIDENCIA EN EL MUNDO

Variables Geometría Fundamento Físico Suposiciones

METODOS PARA PREDECIR LA COMPACTACIÓN

ECLIPSE(300) MONTE CARLO

[1] Ta Quoc Dung, “Coupled fluid flow-geomechanics simulations applied to compaction and subsidence estimation in stress sensitive & heterogeneous reservoirs”, Australian School of Petroleum, south Australia, 2007.


SIMULACIÓN DE AJUSTE

rw

qo = Cte


Modelo Geométrico Qo = Constante

Con la producción se genera una reducción de la presión de poros en la roca del yacimiento, la roca se contrae y el yacimiento se compacta.


Fundamento Físico


Fundamento Físico• Caída de presión

por la producción genera compactación de la roca

Variables independientes• (∆P, k, ) t

Constantes• Propiedades de

los fluidos

Variable dependiente• ∆h

∆hh0

=(1−𝑣−2𝑣2)

(1−𝑣)𝐸· ∆𝑃

∆ h=h0𝐶𝑚∆ 𝑃

𝐶𝑚=(1−𝑣−2𝑣2)

(1−𝑣 )𝐸

∆ 𝑃=(−70.6𝑞𝛽𝜇h𝑘 [𝑙𝑛( 1688∅𝜇𝐶𝑡𝑟𝑤2

𝑘𝑡 )−2𝑠 ])


Modelo Matemático

Geertsma (1966):

Utilizando la solución de la ecuación de difusividad para conocer la caída de presión en la cara del pozo con el tiempo:

Donde Cm es el coeficiente de compactación uniaxial.


Modelo Matemático

Teniendo en cuenta las siguientes suposiciones:

Flujo radial en el pozo, el cual está produciendo a través de toda la formación.

Medio poroso homogéneo e isotrópico.

Espesor uniforme, pero no constante.

Propiedades de los fluidos constantes.

Fluido de compresibilidad pequeña y constante.

Efectos gravitacionales y térmicos despreciables.

Flujo monofásico, (Aceite).

∆ h=h0𝐶𝑚∆ 𝑃 ∆ h=h0𝐶𝑚(−70.6𝑞 𝛽𝜇h𝑘 [𝑙𝑛( 1688∅ 𝜇𝐶𝑡𝑟𝑤2

𝑘𝑡 )−2𝑠 ])h (h0−h )=h0𝐶𝑚(−70.6𝑞 𝛽𝜇𝑘 [𝑙𝑛( 1688∅ 𝜇𝐶𝑡𝑟𝑤

2

𝑘𝑡 )−2𝑠 ])


Modelo Matemático

Caso 1: propiedades de la roca constantes

Modelo Matemático

Caso 1: propiedades de la roca constantes

Luego de reorganizar términos la ecuación que predice el nuevo espesor y la compactación con el tiempo respectivamente es:

h=

h0+√h02+( 282.4𝑞𝛽𝜇 h0𝐶𝑚

𝑘 )(ln (1688𝜇∅ 0𝐶𝑡𝑟𝑤2

𝑘𝑒2𝑠 )− ln(8760 𝑡))2



Modelo Matemático

Caso 2: propiedades de la roca variables


Modelo Matemático

Caso 2: propiedades de la roca variables


Modelo Matemático

Curva típica del modelo

Dato ValorEspesor promedio inicial [ft] 160

Caída de presión máxima [psi] 2000

Viscosidad del aceite [cP] 1.17Tasa de producción [BPD] 10000Compresibilidad total [psi-] 25.6*10-6

Radio de pozo [ft] 0.5Porosidad 0.28

Permeabilidad [mD] 100

Factor volumétrico de formación Bo [RB/STB] 1.454

Módulo de Young principal [psi] 86500

Relación de Poisson principal 0.29


Fuente: Tomado de Ta Quoc Dung, “Coupled fluid flow-geomechanics simulations applied to compaction and subsidence estimation in stress sensitive & heterogeneous reservoirs”, Australian School of Petroleum, south Australia, 2007,

Ajuste

Datos utilizados para el modelo

AjusteResultados de las simulación numérica(eclipse 300)

Fuente: Tomado de Ta Quoc Dung, “Coupled fluid flow-geomechanics simulations applied to compaction and subsidence estimation in stress sensitive & heterogeneous reservoirs”, Australian School of Petroleum, south Australia, 2007, p. 58.

2.39 ft


AjusteSimulación de Monte Carlo

Fuente: Tomado de Ta Quoc Dung, “Coupled fluid flow-geomechanics simulations applied to compaction and subsidence estimation in stress sensitive & heterogeneous reservoirs”, Australian School of Petroleum, South Australia, 2007. p. 52


Experimento Distribución de entrada

Distribución de salida (Compactación) [ft]

Valor principal [ft]

1 - - 3.27

2 E 1.28 – 5.24 3.11

3 E, v 0.72 – 4.72 2.43

4 E, v, ∆P 0.82 – 5.59 2.84


Ajuste

Resultados de la de simulación de Monte Carlo

Ajuste

Resultados obtenidos del modelo

2.72 ft


Ajuste

Resultados obtenidos a partir del modelo

MODELOTIPO DE MODELO

VALOR OBTENIDO

[FT]

APROXIMACIÓN CON RESPECTO AL MODELO

Simulación-Eclipse 300Determinístic

o2.4 86.67%

Monte Carlo(Experimento 4)

Estocástico 2.84 95.77%


SOLUCIONES PARA MITIGAR LOS RIESGOS GENERADOS POR LA

COMPACTACIÓN Y SUBSIDENCIA

Medición y Monitoreo de la Compactación

Balas Radioactivas

Registros CCL

Registro de porosidad

Extensómetros de pozos Microsísmica



Medición y Monitoreo de la Subsidencia

Puntos acotados InSAR

Levantamiento Batimétrico (GPS)



INYECCIÓN DE AGUA - CAMPO EKOFISK

Dirk D., Tron Golder K., Neal B., Phillip D., Colin S. (Invierno de 2006/2007). COMPACTACION YSUBSIDENCIA. Oilfield Reviwe #, 50–69



INYECCIÓN DE AGUA - CAMPO WILMINGTON

Tomado de europe.theoildrum.com/node/7066

CONCLUSIONES

La compactación es un proceso ocurres en todos los yacimientos a diferente escala, y depende de tanto las propiedades de la roca como la litología y las condiciones de esfuerzo en la que se encuentre. La subsidencia no es un proceso ajeno a la compactación, es una de los problemas que se le atribuyen a esta, y por ende la subsidencia se cataloga como el principal mecanismo de predicción de la compactación en la roca.

Estudiar los diferentes casos de compactación a nivel mundial nos permite identificar una variedad de causas que generan la compactación, además que puede convertirse en una herramienta útil de analogía, a la hora de tomar decisiones, resolver e implementar una solución para problemas de compactación y subsidencia.

Obtener los datos más representativos para la aplicación de cualquier modelo o correlación, ya que se debe tener en cuenta que todos los yacimientos en el mundo son heterogéneos, y lo que se busca con una correlación o modelo es que modele el comportamiento de la roca lo más cercano posible a lo real.

Revisar la aplicabilidad de las correlaciones ya que para el análisis geológico sobre la compactación, se enfatizó en estructuras cuasi-consolidadas, más no se profundizo en las estructuras fracturadas o apretadas.

RECOMENDACIONES

BIBLIOGRAFÍA

“Casing Shear: Causes, Cases, Cures”, Maurice B. Dusseault, SPE, Porous Media Research Inst., U. of Waterloo, and Michael S. Bruno, SPE, and John Barrera,* Terralog Technologies Inc.

COMPACTACION Y SUBSIDENCIA, Dirk Doornhof, Tron Golder Kristiansen, Neal B. Nagel, Phillip D. Pattillo, Colin Sayers.

D.R. ALLEN and M.N. MAYUGA: THE MECHANICS OF COMPACTION AND REBOUND, WILMINGTON OIL FIELD, LONG BEACH, CALIFORNIA, U.S.A.

Development of an integrated model for compaction/water driven reservoirs and its application to the J1 and J2 sands at Bullwinkle, Green Canyon block 65, deepwater Gulf of Mexico.

Ta Quoc Dung, “Coupled fluid flow-geomechanics simulations applied to compaction and subsidence estimation in stress sensitive & heterogeneous reservoirs”, Australian School of Petroleum, south Australia, 2007.

MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓNPREGUNTAS?

Documents

TESIS