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Introducción a la Geomecánica del Petróleo
Marcelo Frydman, Ph.D.Gerente para aguas profundasSchlumberger Geomechanics
Latino America
Taller de Geomecánica en las Cuencas de MéxicoTaller de Geomecánica en las Cuencas de México
Cook and Fuller 2007
¿Qué es la Geomecánica?
• Excavación• ∆ Esfuerzos• ∆ Pression• Flujo• ∆ temperatura• Otros fenómenos
… una rama especializada de la ingeniería que aplica la mecánica, la matemática y la física para cuantificar como rocas y fracturas responden a :
Deformación � Cambio de propiedades � Falla… permitiendo optimizar los planes de desarrollo del campo y encontrar soluciones de ingeniería para diagnosticar problemas.
“Rock Mechanics is the theoretical and applied science of the mechanical
behavior of rock; it is that branch of mechanics concerned with the
response of rock to the force fields of its physical environment.”
(U.S. National Committee for Rock Mechanics, 1964)
¿Qué es la Geomecánica?
“ Rock Mechanics encompasses all the fields of study devoted to
understand the basic processes of rock deformation and their
technological significance.”
(Fairhurst, 1963)
• 520 B.C. – Water tunnel of Eupalinos, Greece
(Herodotus)
• 400 B.C. – inclined mining shaft to 368 ft (Agricola,
1556)
• 750 A.D. - gold and silver mines of Cremmitz, Poland
• 950 A.D. - lead mines of Goslar, Germany - still open
today
Trial-and-error → qualitative and quantitative explorations
Perspectiva Histórica
Evert Hoek; “Practical Rock Engineering”
La cultura de geomecánica de innovación ha permitido a la
industria explotar intercambio de tecnología diferente sectores de la
industria.
¿Por qué necesitamos entender Geomecánica?
• Los yacimientos de hoy en día son
de más difícil acceso y desarrollo.
– “Brownfield” están cercanos al
agotamiento; muchos están
compartamentalizados.
– Los yacimientos costa afuera son más
profundos y tienen condiciones de
mayores presiones y temperaturas.
– Los yacimientos costa afuera están en
aguas profundas y a profundidades cada
vez mayores.
• Se requiere tecnología avanzada
para producir óptimamente estos
yacimientos.
EconEconEconEconóóóómicamentemicamentemicamentemicamente
desafiantedesafiantedesafiantedesafiante
TTTTéééécnicamentecnicamentecnicamentecnicamente
desafiantedesafiantedesafiantedesafiante
Aguas profundas
Regiones tectónicas
Márgenes
continentales
Regiones en declinaciónPozos de acance extendido
Pozos HPHT(alta presión y temp.)
La geomecánica es una tecnología clave .
¿Dónde se Aplica la Geomecánica?
Subsidence
¿ Schlumberger Geomechanics?
Schlumberger & Geomechanics• 30 years of Geomechanics R&D and consulting with >> 1000 studies
worldwide and the most SPE papers published by any one company
• Client operational support with over 120 staff distributed across 30
GeoMarkets globally
• R&E and Regional Tech Centers staff over 160 in US Canada, UK,
Europe, Brazil and Asia. These groups focus on:
– Unique Unconventional Gas methods to increase recovery
– Deep Water drilling and completions optimization
– Technology and Software development (proprietary and for clients)
• Scope of service from single well to fully integrated 3-D and 4-D programs
for drilling, completions and maximizing recovery performance, including:
– Core Labs in US, Canada, Venezuela and KL
– WesternGeco land and marine seismic
– Fully integrated support centers for real time monitoring and problem intervention
Proyectos de Geomecánica en México
(Regiones Marina, Sur y Norte : 2005 – 2008)
WITS
ICHALKIL
XANAB
HOKCHI
DOS BOCAS
KIOOLCHU
HUK
COSTERO
TSIMIN
XUX
Región Norte, Cuenca de Burgos: >40 Proyectos
Región Marina: >25 proyectos
Región Sur: >30 proyectos
26/03/2009 10
¿Como la inestabilidad mecánica se manifiesta?
• Limpieza pobre del agujero; imprevisible volumen de sólidos
• Tiempo de excesivo reaming;
• Pega de tubería;
• Sidetracking;
• Perdida de circulación;
• Influjos y patadas
• Problemas nos viajes, asentando zapatas; bajando
revestimiento y cementando.
Modelos 1D
Inicio con datos y eventos de perforación de pozos antiguos
– Reportes Análisis de Eventos
– Datos MEM
Mecanismos de falla
(after Bratli, 1979)
Falla por Corte y Tensión Reactividad de lutitas
(after Frydman, 2001)Planos de debilidad
(after Okland and Cook 1998)
(after Frydman, 2006)
Estratigrafía Mecánica Esfuerzo de
Sobrecarga
Contexto Geológico y Riesgos de perforación
Esfuerzo max, S H
Presión de Poro
4Auditoria
Datos
1 2
Análisis Estabilidad
5
Dirección Esfuerzo
Esfuerzo min, S h
Resistencia Rocas
6 7 8 9
3
10
Gulf of Mexico ‘trouble time’ 1993-2002
47.4% de los tiempos muertos
está relacionado con
geomecánica!
• En el periodo fueron
perforados 2520 pozos
someros, TVD < 4570 m
• Se estudiaron 549 pozos
• Láminas de agua < 183 m
• 24-27 % del presupuesto
Schmidt, V., Dodson, J., and Dodson, T.; Gulf of Mexico 'trouble time' creates major drilling expenses, Offshore, January 1, 2004
Tiempo Perdido en Eventos de Perforación(>6h)
• 95% de los incidentes
son problemas
asociados con
desempeño de
perforación
• Promedio de 1 incidente
cada 50 días
• 5-25% del costo del
pozo resulta por
desempeño de
perforación deficiente
Falla motor
11%
Washouts15%
Pesca5%
Atrapamiento11%
Pérdidas de circulación20%
Kicks6%
Otros4%
Desgaste brocas5%
Falla broca9%
Falla MWD
14%
57% de los tiempos muertos está relacionado con geomecánica!
(Sedco Forex statistics)
Aumento Progresivo del Conocimiento
Co sto pe rf. / P
ozo
Construcción de Pozos Óptima
Nro de Pozos
Costo de aprendizaje convencionalpara la construcción optimizada de pozos
Valor del Equipo de Soportetomando decisiones a tiempo
Pozo Nro?
Optimización Acelerada a través del Modelado y el Monitoreo
…esto implica Ahorros Operacionales
Mejoras en el Rendimiento de la Perforación
NDSPD900
13 CMTLOG+TRIP
16” PDC9 SHOE
ST
MEM 8½PD675 Pilot
STPD+QDR
PD825
16”BHALiner
12.012.012.012.0
8.68.68.68.67.97.97.97.9 7.67.67.67.6
9.09.09.09.0
7.37.37.37.3
FLAT TIMEFLAT TIMEFLAT TIMEFLAT TIME
+ + + + reduccireduccireduccireduccióóóónnnn NPTNPTNPTNPT = $$$= $$$= $$$= $$$
Tiempo
Día
sd
e p
erf
ora
ció
n/1
000m
SPE 94758 (after Torres and Frydman, 2004)
Pore Pressure Cube in compartmentalized zone
GoM Pore Pressure Cube: Pressure gradient > 14 ppg
(after Sayers, 2005)
Sand management
• Sand production is a growing problem, in depleting reservoirs, deep water sands, high rate gas wells….
• Conventional sand control - gravel pack, screens - often leads to serious reductions in productivity.
• Other options are now available for weak rock, such as screenless completions and oriented perforating (especially in tectonic regions).
• These need geomechanical design, to avoid rock failure. MEM provides the data for this.
Hydraulic Fracture Optimization
� Bypass near-wellbore formation damage : drilling induced, fines invasion-migration, chemical incompatibility
� Extend a conductive path deep into the formation : increase area exposure to flow
� Reservoir management tool : change flow, fewer wells, well placement, IVF, frac&pack, screen-less completion
σh
packer
packer
hydraulic
fracture
water
gas
Oil
Geometría de la fractura
http://www.pinntech.com/pubs/TU/TU01_TM.pdf
Aplicaci ón de la geomec ánica en fracturamentohidráulico
Reservoir evolution
• As reservoir is depleted, stress state can change: – frac gradient may drop, making infill drilling very difficult;– changes in horizontal stresses can induce sand
production;– producing fractures may close or extend into water
zones;– reservoir rock may compact, giving subsidence or
reduced PI.– faults may slip, giving induced seismicity.
• Reservoir-scale modelling of rock response can help in predicting and improving these situations.
Flujo de Trabajo de Geomecanica
Sismica
Modelo Inicial de
esfuerzos
t =0t =0
t =10yrt =10yr
Estabilidad de hoyo
Diseño de Completacion
Control de Arena
Estimulacion
Compactacion / Subsidencia
Integridad del pozo
Desempeño del Reservorio
Dynamic MEM
Registros-NucleosFramework
1D MEMCondicionesde Borde
Modelo de
propiedades
Modelo Presion de Poro
Broad range of topics
• Integrated MEMs, stress models, property models, pp models (1-D, 2-D &
3-D)
• Wbs, well planning, casing programmes, drilling optimization, sanding and
completions, perforating, frac treatments
• Coupled reservoir behaviour
• Depletion effects, compaction and subsidence, well integrity, micro-
seismics & subsidence monitoring
• Fracture/fault stability, caprock integrity
• Fractured reservoirs, basements
• Injection, thermal fracturing, thermal recovery, waste disposal,
underground storage
• Geothermal energy, water resources and water management, CO2Gracia
s
MEM Iterativo-Evolutivo
Reducir la incertidumbre y aumentar el valor con el tiempo
Sismica
Pp FG prediccion(No pozo)
1D MEMDrilling Simulator
Pp FG prediccion(1 pozo)
Drilling Simulator
Registros
MEMDrilling Simulator
Sand Management
Fracture Stimulation
Near Wellbore 4D MEM(1+ pozos)
MEM Campo completo = F(t)(5+ pozo)
t =0
t =10yr
Sísmica Sísmica
+ LWD
Sísmica
+ LWD
+ Wireline
Sísmica
+ LWD
+ Wireline
+ Nucleos
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