CIED
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Detección de presiones
anormales y de fractura
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Objetivo
general
Analizar las técnicas y métodos para la
detección y determinación de presiones
anormales y de fractura.
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Contenido
general
• Origen de las presiones anormales.
• Técnicas y métodos para la detección de presiones
anormales.
• Métodos para la determinación de la presión de
fractura
CIED
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Origen de las
presiones
anormales
Origen de las
presiones
anormales
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Tema 1. Tipos y orígenes de las
presiones anormales
Origen de las presiones anormales
6 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
• Introducción
• Teoría de presiones
• Origen de las presiones anormales
Tema 1
Tipos y orígenes de las presiones anormales
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Introducción
La distribución de las presiones anormales es amplia, no solamente
en la escala geográfica sino también en la escala de profundidades.
8 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Introducción
Aunque es mas probable encontrarlas en
formaciones sedimentarias recientes, las
presiones anormales existen en formaciones
con litología altamente variable, entre el
pleistoceno y el período cámbrico.
9 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Introducción
La presencia de un ambiente cerrado o semicerrado es
un prerequisito esencial para el desarrollo y persistencia
de presiones anormales.
Esto es, la dificultad del fluido para salir de los espacios
porosos, lo cual condiciona la existencia y duración de la
sobrepresión.
10 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Introducción
En la exploración petrolera, las consecuencias de las
presiones anormales pueden ser deseables o
indeseables, al mismo tiempo.
Deseables, en el sentido de que afectan el gradiente
hidrostático y por ende, estimulan la migración de los
hidrocarburos.
Además, aumentan la eficiencia de la capa impermeable
que rodea un yacimiento, protegiendo la acumulación de
hidrocarburos.
11 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Introducción
Las consecuencias de las presiones anormales pueden
ser indeseables, debido a que son a menudo
impredecibles o incuantificables.
La perforación exploratoria puede significar graves
pérdidas en términos humanos y económicos debido a
un conocimiento incompleto de las presiones de
formación.
12 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Introducción
Cuando exista un riesgo de presiones anormales,
el método de perforación a usarse debe consistir
en una evaluación continua de la presión de formación,
tan precisa como sea posible, para adaptar el programa
de perforación a éstas evaluaciones.
13 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Introducción
El conocimiento de las presiones de formación y los
gradientes de fractura son la base para perforar
eficientemente, utilizando densidades de fluidos
adecuadas, para diseñar las profundidades de
asentamiento de los revestidores y para prevenir
contingencias relacionadas con pérdidas de circulación
y arremetidas.
14 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Teoría de presiones
Durante el desarrollo del proceso de perforación, el
ingeniero a cargo del diseño del programa de perforación
requiere conocer las distintas presiones existentes a fin de
lograr, de una manera óptima y segura, los objetivos
trazados en cada una de las fases del proceso de
perforación.
15 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Teoría de presiones
La presión hidrostática es la presión ejercida por
el peso de una columna estática de fluido.
Es función solamente de la altura de la columna
y de la densidad del fluido.
El tamaño y geometría de dicha columna no tiene
efecto alguno en la presión hidrostática.
Presión hidrostática en columnas líquidas
16 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Teoría de presiones
La presión hidrostática de fluidos se puede calcular
utilizando la siguiente expresión: PH = 0.052 * DL * h
Donde:
PH: presión hidrostática, lbs/pulg2 (LPPC).
DL: densidad del lodo, lbs/galón (LPG).
h: profundidad vertical verdadera, pies.
0.052: factor de conversión de unidades, gal/pulg2 - pie
Presión hidrostática en columnas líquidas
17 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Teoría de presiones
La presión ejercida por una columna gaseosa puede determinarse
con la siguiente relación:
PV = Z n RT
Presión en gases
Donde:
P: presión, lpc.
V: volúmen, pie3
Z: factor de compresibilidad del gas, adimensional.
n: número de peso molecular.
R: constante del gas. Depende de las unidades consideradas
= 10.73, en este caso.
T: temperatura, grados Rankine (°F + 460).
18 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Teoría de presiones
Para el cálculo de la presión ejercida por una columna
combinada fluido-gas, si la columna de gas es de una magnitud
considerable y presurizada en su tope, se recomienda la
utilización de la siguiente expresión:
Presión en columnas de gas líquido
ZT
hohM
ePoPg 1544
)(
19 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Teoría de presiones
Para el cálculo de la presión ejercida por una columna combinada fluido-
gas, si la columna de gas es de una magnitud considerable y presurizada
en su tope, se recomienda la utilización de la siguiente expresión:
ZT
hohM
ePoPg 1544
)(
Donde:
Pg: presión combinada
M: peso molecular del gas
Po: presión ejercida en el tope del gas
h: profundidad total
ho: tope del gas
Z: factor de desviación: 1.0
T: temperatura absoluta (° Rankine)
Presión en columnas de gas líquido
20 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Teoría de presiones
Una columna de fluido compleja es
aquella compuesta por varios fluidos de
diferentes densidades.
La presión hidrostática en el fondo de
la columna será igual a la suma de
todas las presiones hidrostáticas
parciales de cada uno de los fluidos
presentes mas la presión aplicada en la
superficie, en caso de existir.
Presión hidrostática en columnas complejas
PH = Ps + PH1 + PH2 + PH3 + PH4 + ... PHn
PH = 0.052 [ D1 h1 + D2 h2 + D3 h3 + D4 h4 + ... Dn hn]
21 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Teoría de presiones
Gradiente de presión (G)
Es la variación de la presión por unidad de profundidad.
En unidades de campo se expresa en lbs/pulg2/pie ( lpc/pie).
Puede obtenerse de las siguientes expresiones:
H
PHG
G = 0.052 * DL
Presión hidrostática en columnas complejas
22 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Teoría de presiones
Es la presión ejercida por el peso de los sólidos y fluidos de
las formaciones suprayacentes a un estrato determinado.
Los factores que influyen en la presión de sobrecarga son
las gravedades específicas de sólidos y líquidos existentes,
la porosidad de la roca y la profundidad o espesor de la
columna (PVV).
Presión de sobrecarga
23 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Teoría de presiones
Presión de sobrecarga
El conocimiento de la presión de sobrecarga es muy
importante para evitar la posibilidad de levantar la sobrecarga,
durante el proceso de perforación, sobre todo a nivel de la
zapata del revestidor superficial, cuando se utilizan fluidos
muy pesados, lo cual originará un problema grave de pérdida
de circulación o, en el peor de los escenarios, un reventón
subsuperficial.
24 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Teoría de presiones
Gradiente de sobrecarga teórico (Gsc)
Es el valor de gradiente de sobrecarga tomado como referencia para la
elaboración de los programas anticipados de perforación para pozos
exploratorios. Comúnmente se toma un valor de 1 lpc/pie.
Gsc = 0.433 [ (1- ) s + f ]
Donde:
Gsc: gradiente de sobrecarga teórico, lpc/pie
0.433: gradiente del agua fresca, lpc/pie
: porosidad, adimensional
s: gravedad específica de los sólidos, adimensional
f: gravedad específica de los fluidos, adimensional
25 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Teoría de presiones
Gradiente de sobrecarga real
Para pozos de desarrollo, si se conoce el valor de la porosidad a
cualquier profundidad, el cálculo del gradiente de sobrecarga real
puede realizarse a través de la ecuación siguiente:
skhofs
ssww ek
ghgghPsca 1
Donde:
w: gravedad específica del agua libre, desde la superficie hasta el
lecho marino.
hw: profundidad del lecho marino
h: profundidad de interés para el cálculo
s: gravedad específica de los sólidos
f: gravedad específica de los fluidos
hs = h - hw
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Teoría de presiones
Ejemplo 1
Determinar:
Los valores de porosidad superficial ( o)
y de la constante de declinación (k),
para el área de la Costa del Golfo de
USA.
Utilizar:
Gravedad específica promedio de los
sólidos ( s) de 2.6.
Gravedad específica promedio de los
fluidos ( s) de 1.074.
Los datos de la densidad bruta
promedio mostrados en la figura.
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Teoría de presiones
Ejemplo 1: Solución
1) Obtener los valores de densidad bruta promedio ( b) de la figura, cada 1000 pies.
2) Calcular los valores de porosidad promedio ( ) para cada
profundidad, con ( f) = 1.074 y b = 2.6
fs
bs
3) Graficar los valores de porosidad obtenidas en 2 vs. La
profundidad en un papel semilog de 3 ciclos.
4) Trazar una línea promedio y leer los valores de porosidad en la superficie y a 20000 pies.0
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Teoría de presiones
Ejemplo 1: Solución
5) Obtenidos o y 20000 , determinar el valor de k.
)(
ln120000
pies
s
o
hk
6) Conocidos o y k, la porosidad a cualquier profundidad
puede obtenerse.
= o e-khs
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Teoría de presiones
Ejemplo 1
b vs. Profundidad
Prof b Prof b
0 1.94 11000 2.37
1000 2.00 12000 2.39
2000 2.06 13000 2.40
3000 2.11 14000 2.42
4000 2.15 15000 2.43
5000 2.19 16000 2.44
6000 2.24 17000 2.45
7000 2.27 18000 2.46
8000 2.29 19000 2.47
9000 2.32 20000 2.48
10000 2.35
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Teoría de presiones
b b
1.94 0.43 2.37 0.15
2.00 0.39 2.39 0.14
2.06 0.33 2.40 0.13
2.11 0.32 2.42 0.12
2.15 0.29 2.43 0.11
2.19 0.27 2.44 0.10
2.24 0.24 2.45 0.10
2.27 0.22 2.46 0.09
2.29 0.20 2.47 0.08
2.32 0.18 2.48 0.08
2.35 0.16
Ejemplo 1
b vs. Profundidad
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Teoría de presiones
Ejemplo 1: Solución
32 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Teoría de presiones
Conocidos o y k, se puede obtener la porosidad a cualquier
profundidad con la fórmula: = o e-kh
Por ejemplo, calcular la porosidad @ 9500 pies.
9500 = 0.41 e- 0.000088 * 9500 = 0.18
Obtenidos 0 (1.41) y 20000 (0.073), se determina el valor de k.
1
000088.020000
073.0
43.0lnln
20000pies
hk
s
o
Ejemplo 1: Solución
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Teoría de presiones
Presión de formación
Es la presión de los fluidos contenidos en los espacios porosos
de las rocas.
Se le denomina también presión de poros o presión del
yacimiento y se clasifica en:
• Normal
• Anormal
• Subnormal
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Teoría de presiones
Presión de formación: normal
Cuando la presión de la formación es aproximadamente
igual a la presión hidrostática teórica, para la profundidad
vertical dada, la presión de formación se dice que es normal.
La presión de poros normal para un área dada se da,
generalmente, como gradiente hidrostático.
35 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Teoría de presiones
Presión de formación: subnormal
Las presiones de formación anormalmente bajas también
existen y el término “presión de formación subnormal” se
utiliza para describir éste tipo de presiones comunes en
yacimientos depletados o en calizas fracturadas, como el
Grupo “Cogollo”, perteneciente al Cretácico.
El gradiente correspondiente a éstas presiones de formación
subnormales está por debajo del gradiente del agua fresca
(0.433 lpc/pie).
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Teoría de presiones
Presión de formación: anormal
El término presión anormal se usa para describir
presiones de formación que son mayores que la normal,
es decir, formaciones con un gradiente de presión mayor
que el considerado como normal.
La presiones de formación anormales se encuentran, por
lo menos, en una porción de la mayoría de las cuencas
sedimentarias del mundo.
37 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Teoría de presiones
Entre los mecanismos que tienden a originar presiones anormales
en cuencas sedimentarias están
Efectos de la compactación
Efectos diagenéticos
Efectos de la densidad diferencial
Efectos de la migración de fluidos
Efectos de ósmosis
Fallas estratigráficas
Diapirismo
Presión de formación: anormal
38 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Origen de las presiones anormales
Compactación normal
El volumen poroso declina o
disminuye con el incremento
de la profundidad de
enterramiento dada.
39 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Origen de las presiones anormales
Subcompactación
El volumen poroso se mantiene
mayor que el normal, para una
profundidad de enterramiento
dada.
40 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Origen de las presiones anormales
La compactación normal de una arcilla es el resultado de un
balance general entre las variables siguientes:
Permeabilidad de la arcilla.
Tasa de compactación y enterramiento.
Eficiencia del drenaje.
Subcompactación
41 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Origen de las presiones anormales
La diagénesis es un término que se refiere a la
alteración química de los minerales de las rocas debido
a procesos geológicos.
Ejemplo
Conversión de las arcillas montmorilloníticas a ilitas, cloritas
y kaolinitas, durante el proceso de compactación, en
presencia de iones potasio.
Después de alcanzar profundidad de enterramiento (temp.
Entre 200 a 300 ° F), la montmorillonita deshidratada suelta
las últimas intercapas de agua y se transforma en ilita.
Efecto diagenético
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Origen de las presiones anormales
Mineralogía
Efecto diagenético
43 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Origen de las presiones anormales
Cuando el fluido presente en cualquier estructura no
horizontal, tiene una densidad significativamente menor
que la densidad normal de poros para el área, se pueden
encontrar presiones anormales en la sección buzamiento
arriba de la estructura.
Esta situación se consigue frecuentemente cuando se
perforan yacimientos de gas con buzamiento considerable.
Efecto de densidad diferencial
44 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Origen de las presiones anormales
El valor de las presiones anormales y sus gradientes,
puede calcularse fácilmente utilizando las definiciones
revisadas en teoría de presiones.
Se requiere de una densidad de lodo mayor para perforar
la zona de gas cerca del tope de la estructura que la
requerida para perforar la zona cerca del contacto gas/agua.
Efecto de densidad diferencial
45 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Origen de las presiones anormales
Considere la arena de gas de la
figura.
Si la porción de la arena llena de
agua es de presión normal y el
contacto gas/agua ocurre a 5000
pies, ¿cuál será la densidad de
lodo requerida para perforar, con
seguridad, a través del tope de la
arena a una profundidad de 4000
pies?.
Asumir que el gas tiene un gradiente de presión de 0.042 lpc/pie.
Efecto de densidad diferencial. ejemplo
46 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Origen de las presiones anormales
Efecto de densidad diferencial - Ejemplo: Solución
El gradiente de presión normal considerado es de 0.465 lpc/pie, luego
la presión de la arena en el punto de contacto gas/agua será:
0.465 lpc/pie * 5000 pies = 2325 lpc
La presión en la zona estática de gas a 4000 pies es:
2325 - 0.042 * (5000 – 4000) = 2283 lpc
Esto corresponde a un gradiente de:
pie
lpc571.0
4000
2283
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Origen de las presiones anormales
La densidad de lodo necesaria para balancear esta presión será:
lpg11052.0
571.0
La densidad del lodo para perforar será esta última mas el
margen de viajes (0.3 lpg).
DL = 11.3 lpg
Efecto de densidad diferencial - Ejemplo: Solución (cont.)
48 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Origen de las presiones anormales
El movimiento ascendente de fluidos de un yacimiento
profundo hacia una formación mas superficial origina en
ésta una presión anormal.
Cuando esto ocurre, la formación superficial se dice
que está "cargada".
Efecto de migración de fluidos
49 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Origen de las presiones anormales
El camino para éste tipo de
migración de fluidos puede ser
natural o provocado.
Aun cuando el movimiento del
fluido hacia arriba se detenga,
se requiere de un tiempo
considerable para que las
presiones de la zona cargada
se disipen y regresen a su valor
normal.
Efecto de migración de
fluidos
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Origen de las presiones anormales
Efecto de ósmosis El mecanismo hipotético, mediante el cual una formación actúa
como un tamiz de ion parcial para formar un estrato impermeable.
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Origen de las presiones anormales
Fallas estratigráficas
El efecto que las fallas estratigráficas tienen en la
distribución de presiones de los fluidos depende de
diversos factores:
• Si ellas forman un sello efectivo o actúan como
puntos de drenaje.
• Como se desplazan los reservorios y estratos
sellantes.
• La distribución original de las secuencias de
reservorios y capas-sello.
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Origen de las presiones anormales
Fallas estratigráficas
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Origen de las presiones anormales
Diapirismo de las lutitas
Los domos lutíticos son el resultado del flujo
intrusivo desde capas subyacentes de lutitas.
Estas siempre son inconsolidadas y por eso
presurizadas anormalmente
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Origen de las presiones anormales
Los domos lutíticos se forman por un proceso
similar al ocurrido en la formación de domos
salinos y por las siguientes anomalías de
presiones:
Paleopresión debida al levantamiento previo
de capas de formaciones mas profundas hacia
profundidades mas someras.
Confinamiento de las formaciones penetradas.
Diapirismo de las lutitas
55 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Origen de las presiones anormales
Bolsas aisladas en el tope del diapirismo. Debido a que la
presión del estrato se mantiene, se desarrollará una
sobrepresión considerable dentro del mismo (domos
salinos).
Transferencia de presión desde las lutitas inconsolidadas
hacia los reservorios penetrados.
El efecto osmótico debido al incremento en la salinidad
del agua de formaciones cerca del domo salino.
Diapirismo de las lutitas
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Origen de las presiones anormales
Diapirismo de las lutitas
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Origen de las presiones anormales
Conclusiones
1. La mayor contribución a la existencia de
presiones anormales es aportada por el efecto
de subcompactación.
2. La diagénesis química. En éste fenómeno juega
un papel primordial el gradiente geotérmico.
3. Los movimientos tectónicos y la ósmosis.
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Técnicas y métodos
para la detección de
presiones anormales
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Tema 1. Técnicas de detección de
presiones anormales.
Tema 2. Métodos de detección de presiones anormales.
Técnicas y métodos para la detección de presiones anormales
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Tipos y origenes de las presiones anormales
• Técnicas antes de la perforación
• Técnicas durante la perforación
• Técnicas después de la perforación
Tema 1
Técnicas de detección de presiones anormales
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Introducción
El costo y los problemas inherentes a la perforación, pueden
reducirse sustancialmente si se conoce con anterioridad a
que profundidad se encuentran las presiones anormales y
cual es su magnitud.
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Ventajas
Programación más eficaz del pozo.
Mejores tasas de perforación (densidad mínima de
lodo)
Menos problemas operacionales (pérdidas de
circulación, diferenciales y arremetidas)
Selección más adecuada de la profundidad de
asentamiento de los revestidores.
Reducción del tiempo y del costo de la perforación.
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Clasificación
Las técnicas para detectar presiones anormales se han
clasificado generalmente como métodos de aplicación:
Antes de la perforación.
Durante la perforación.
Después de la perforación.
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Técnicas antes de la perforación
Sísmica
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Para estimar las presiones de formación a partir de los datos
sísmicos, se debe determinar la velocidad acústica promedio
como una función de la profundidad.
Este criterio se basa en la tendencia de compactación normal
de las formaciones, a medida que incrementa la profundidad.
Técnicas antes de la perforación
Sísmica
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Cuando se interrumpe la tendencia de compactación normal,
se reduce la velocidad de las ondas sísmicas, debido a que el
tiempo de tránsito en el intervalo (ITT) es un parámetro
dependiente de la porosidad.
Técnicas antes de la perforación
TTI = TTI ( 1 – ) + TTI
: porosidad
TTI ( 1 – ): TTI a través de la matriz de la roca.
TTI : TTI a través de los fluidos contenidos en los
espacios porosos.
Sísmica
67 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
El tiempo de tránsito en el intervalo (TTI), tiende a
disminuir con la profundidad, en zonas de compactación
normal.
En una zona subcompactada, TTI se desviará de la
tendencia normal, incrementando con la profundidad, lo
cual es indicativo de un posible tope de presiones
anormales.
Técnicas antes de la perforación
Sísmica
68 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Si todo lo demás es igual, la velocidad de penetración
declina gradualmente, en la medida en que aumenta la
profundidad por disminución de la porosidad, debido al peso
de los estratos suprayacentes (compactación normal).
Técnicas durante la perforación
Técnicas en tiempo real
Velocidad de penetración
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Tipos y origenes de las presiones anormales
El análisis de la velocidad de penetración da la posibilidad
de detectar cualquier cambio significativo de la porosidad.
De hecho, ha sido reconocido desde hace tiempo que la
velocidad de penetración se incrementa cuando se perforan
lutitas subcompactadas y presurizadas anormalmente.
Técnicas durante la perforación
Técnicas en tiempo real
Velocidad de penetración
70 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
En la figura se muestra un
ejemplo de la variación de
la velocidad de penetración
en la zona de transición de
una zona de presión
anormal.
Técnicas durante la perforación
Técnicas en tiempo real
Velocidad de penetración
71 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Técnicas durante la perforación
Técnicas en tiempo real: Exponente “d”
Se han formulado en los últimos años, diversas maneras de
“normalización” de la velocidad de penetración.
Su objetivo es el de eliminar los efectos ocasionados por las
variaciones de los parámetros de perforación y lograr una
medida representativa de la “perforabilidad” de la formación.
En el campo se ha demostrado que, en la ausencia de
computadoras, la solución conocida como el método del
exponente “d”, es el más sencillo y más confiable.
72 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Técnicas durante la perforación
Técnicas en tiempo real: Exponente “d”
Jorden & Shirley propusieron usar el modelo de Bingham para
normalizar la velocidad de penetración por el efecto de
variaciones en el peso sobre la mecha, velocidad de la mesa
rotatoria y diámetro de la mecha, mediante un exponente “d”
definido por:
6
log60
" " (unidades "d")12
log10 M
R
Nd
w
DLas unidades utilizadas para las
variables de penetración son:
R: pies/hora.
N: revoluciones/minuto (rpm)
w: libras – fuerza
DM: pulgadas
73 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Técnicas durante la perforación
Técnicas en tiempo real: Exponente “d”
Diagrama del exponente “d” en una zona subcompactada
74 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Técnicas durante la perforación
Técnicas en tiempo real: Exponente “d” corregido (dc)
La presión diferencial depende de la presión de poros y de la
densidad del lodo.
Si la densidad de lodo cambia, cambiará también el
exponente “d”.
Debido a esto se debe corregir el exponente “d” para cambios
en la densidad del lodo, de tal forma que represente
propiamente la diferencia entre la presión hidrostática del
área y la presión de la formación.
75 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Técnicas durante la perforación
Técnicas en tiempo real: Exponente “d” corregido (dc)
Donde:
Dn: densidad del lodo equivalente de presión de poros normal,
lbs/gal.
DE: densidad equivalente de circulación, lbs/gal.
Relam & McDedon (1971), sugirieron la corrección siguiente:
E
n
D
Dddc *""""
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Técnicas durante la perforación
Técnicas en tiempo real: Diferencial de presión
Es la diferencia entre la presión ejercida por una columna
de lodo y la presión de la formación (llamada también
presión de poros).
Para una determinada litología, la velocidad de
penetración disminuye a medida que aumenta AP.
77 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Técnicas durante la perforación
Técnicas en tiempo real: Diferencial de presión
Las relaciones entre AP y la
velocidad de penetración
varían de una región a otra.
Se necesitan estudios
similares en cada cuenca
petrolífera si se piensa tener
estas gráficas como
referencia para la evaluación
de AP.
78 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Técnicas durante la perforación
Técnicas en tiempo real
Compactación
La compactación de un sedimento se refleja en su porosidad,
esto quiere decir, el contacto grano a grano de la matriz de la
roca.
Dada una litología homogénea y sin alteración de ninguna de las
otras variables, la velocidad de penetración declina gradualmente
a medida que aumenta la compactación.
Por otro lado, si la velocidad de penetración aumenta en una
secuencia uniforme de arcillas, esto refleja subcompactación.
El cambio relativo en la velocidad de penetración es una función
del grado de subcompactación.
79 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Técnicas durante la perforación
Técnicas en tiempo real: Torque
Las mediciones del torque en la superficie integran el torque en
la mecha y la fricción de la sarta contra las paredes del hoyo. A medida que incrementa la profundidad, también incrementa la
cantidad de contacto entre las paredes del hoyo y la sarta de
perforación, de tal manera que el torque también se incrementa
gradualmente.
Un incremento inusual en el torque puede originarse por varias razones.
Una de ellas puede ser una variación de la presión diferencial asociada con la penetración de una zona de presión anormal.
80 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Técnicas durante la perforación
A pesar de que el torque no es fácil de interpretar, en vista de
el número de fenómenos que pueden afectarlo (geometría del
hoyo, desviación, BHA, etc,), debe considerarse como un
parámetro de segundo orden para el diagnóstico de
presiones anormales.
Técnicas en tiempo real: Torque
81 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Técnicas durante la perforación
Técnicas en tiempo real: Sobretensión y arrastre
La reducción del diámetro del hoyo originará una
sobretensión, cuando se saca la sarta del hoyo, o puede ser
necesario aplicar peso adicional cuando se introduce tubería,
pudiendo ser necesario en algunos casos reperforar
parcialmente la sección abierta anteriormente.
82 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Técnicas durante la perforación
Técnicas en tiempo real: Relleno en el hoyo
Después de un viaje o durante las conexiones, los derrumbes
de las paredes del hoyo pueden asentarse impidiendo que la
mecha pueda regresar al fondo del pozo.
La inestabilidad de las paredes, en una zona de presiones
anormales, puede originar desprendimiento de las mismas.
El relleno del hoyo puede tener otras causas.
83 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Técnicas durante la perforación
Técnicas en tiempo real Nivel de los tanques, flujo diferencial, presión de bombeo
La medición del nivel de los tanques activos de lodo, flujo
diferencial y presión de bombeo proporcionan un medio para
reconocer arremetidas produciéndose por presiones
diferenciales negativas.
Esto puede ser debido a un incremento en la presión de
poros o a una disminución en la densidad equivalente del
lodo (pérdida de circulación, disminución de la densidad del
lodo, presencia de gas, suabeo).
84 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Técnicas durante la perforación
Técnicas en tiempo real Nivel de los tanques, flujo diferencial, presión de bombeo
Se recomienda un medidor de flujo (Flo-Sho), como equipo
de norma en taladros que perforan pozos exploratorios o de
alto riesgo.
En aquellas áreas donde se sabe que existen presiones
anormales, pero, no se observan zonas de transición, la
selección de un medidor de flujo es determinante, porque no
se tiene otra indicación de arremetida o de desbalance del
pozo.
85 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Técnicas durante la perforación
Técnicas en tiempo real: MWD
MWD (Mediciones durante la perforación): proporcionan un rango
de mediciones sobre los parámetros de perforación y evaluación
de la formación:
Peso aplicado sobre la mecha.
Torque en la mecha.
Presión hidrostática.
Temperatura del lodo.
Resistividad del lodo.
Resistividad de la formación.
Radioactividad de la formación.
86 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Técnicas durante la perforación
La figura muestra la correlación cerrada entre los datos obtenidos
usando registros eléctricos clásicos y MWD.
Técnicas en tiempo real: MWD
87 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Técnicas durante la perforación
El monitoreo e interpretación de los datos de gas es
fundamental para detectar zonas anormalmente
presurizadas.
Proporciona al geólogo, en el taladro, información
relacionada con la roca originaria, el reservorio y el equilibrio
del pozo.
Técnicas en tiempo retardado: Gas en el lodo
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Técnicas durante la perforación
Las muestras de gas pueden ser categorizadas de acuerdo a su fuente como sigue:
• Gas de formación (gas de los cortes)
• Gas producido
• Gas reciclado
• Gas contaminante de productos a base de petróleo
utilizados en el lodo o por descomposición térmica de los
aditivos.
Técnicas en tiempo retardado: Gas en el lodo
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Técnicas durante la perforación
Es el gas liberado por las formaciones perforadas.
Usualmente representado por un nivel bajo pero constante
de gas en el lodo.
Este valor constante puede o no interrumpirse hacia niveles
más elevados como resultado de la perforación de una zona
con presencia de hidrocarburos o del movimiento de la sarta
durante viajes y conexiones.
Técnicas en tiempo retardado: Gas remanente
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Técnicas durante la perforación
Si durante la perforación se penetran formaciones porosas y
permeables conteniendo gas, pueden aparecer trazas de gas.
La figura muestra tres diferentes situaciones que pueden presentarse
cuando se perfora a través de un mismo yacimiento homogéneo.
Técnicas en tiempo retardado: Trazas de gas
91 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Técnicas durante la perforación
La presencia de gas de conexión (GC) o de gas de viajes
(GV) puede ser típico de desbalance en un pozo.
La densidad equivalente aplicada a la formación, con las
bombas paradas (estática) es menor que la densidad
equivalente de circulación (dinámica).
El monitoreo de la frecuencia y progresión del gas de
conexión puede ser una ayuda para la evaluación de las
presiones diferenciales.
Técnicas en tiempo retardado: Gas de conexión y gas de viajes
92 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Técnicas durante la perforación
En la figura, el gas de
conexión y el gas
remanente se muestran
separadamente pero
superpuestos para
simplicidad de la
interpretación.
Técnicas en tiempo retardado: Gas de conexión y gas de viajes
93 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Técnicas durante la perforación
Para monitorear correctamente el gas de conexión deben
tomarse en cuenta los siguientes criterios:
Litología: tanto como sea posible, debe prestarse
especial atención al gas de conexión de secuencias
arcillosas.
Sacando tubería del hoyo puede producir una condición
temporal de P negativo o exagerar al ya existente.
Técnicas en tiempo retardado: Gas de conexión y gas de viajes
94 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Técnicas después la perforación
Respuestas de los parámetros utilizados cuando se penetra una
zona subcompactada
95 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Tema 2
Métodos de detección de presiones anormales
• Método antes de la perforación
• Método durante la perforación
• Método después de la perforación
96 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Método antes de la perforación
Para determinar la presión de la formación a partir de
los datos sísmicos, se ha utilizado con frecuencia la
correlación empírica de Pennebaker.
Esta establece una relación entre la divergencia en un
punto dado de la tendencia de compactación normal, y
las presiones de formación medidas en yacimientos
adyacentes.
Correlación de Pennebaker
97 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Método antes de la perforación
Correlación de Pennebaker
entre el gradiente de presión
de la formación y los tiempos
de tránsito en el intervalo
observados para un área
específica.
Correlación de Pennebaker
98 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Método antes de la perforación
Correlación de Pennebaker: Procedimiento de aplicación
1. Evaluar el registro sísmico para obtener el tiempo de tránsito en los intervalos de interés.
2. Graficar en papel semi – log de 2 ciclos, los valores de tiempo de tránsito (escala logarítmica) en función de la profundidad (escala lineal).
3. Trazar la línea de compactación normal por aquellos puntos con esa tendencia de compactación y otra línea para aquellos puntos fuera de la tendencia normal.
4. Determinar el tope de la zona de presión anormal en el punto
donde ambas líneas se separan.
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Método antes de la perforación
5. Determinar el to (observado) y el tn (normal) a la(s) profundidad (des) donde se requiere evaluar las presiones de
formación.
6. Obtener el valor de ( to/ tn) para cada profundidad.
7. Obtener el gradiente de presión de la formación a partir de la correlación gráfica de Pennbaker.
8. Obtener la presión de la formación, multiplicando el gradiente definido en el paso anterior, por la respectiva profundidad.
Correlación de Pennebaker: Procedimiento de aplicación
100 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Método antes de la perforación
La correlación de Pennbaker debe prepararse
anticipadamente basándose en valores de gradiente
de presión observados en pozos vecinos y gráficos
contra las relaciones ( to/ tn) respectivas.
Correlación de Pennebaker
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Método antes de la perforación
Utilizando la correlación gráfica de Pennebaker y los datos
proporcionados, determinar:
1. El tope de la zona de presión anormal.
2. Gradiente de presión y presión de formación para la
zona de presiones anormales a las profundidades que
se requieran.
3. Densidad máxima del fluido de perforación (considere
un P de 0.3 lpg).
Correlación de Pennebaker : Ejercicio
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Método antes de la perforación
Profundidad (pies) TTI ( seg/pie)
6500 126
7000 122
7250 116
7500 117
8000 112
8500 105
9000 105
9500 100
9750 115
10000 110
10250 113
10750 118
11000 120
12000 121
Datos sísmicos
Correlación de Pennebaker : Ejercicio
103 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Método antes de la perforación
Solución:
1. Tope de la zona de presión anormal.
1.1. Graficar t (TTI) vs. Profundidad.
1.2. Trazar las líneas de compactación normal y anormal.
1.3. Tope de la zona de transición (de la gráfica) @ 9500'.
Correlación de Pennebaker : Ejercicio
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Método antes de la perforación
Solución:
2. Gradientes de presión y presión de formación.
2.1. Determinar tn, to y to/ tn en las profundidades de interés.
Profundidad (pies) tn to ( to / tn )
9750 97 115 1.18
10000 96 110 1.15
10250 93 113 1.22
10750 90 118 1.31
11000 88 120 1.36
12000 82 121 1.48
Correlación de Pennebaker : Ejercicio
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Método antes de la perforación
2.2 Determinar el gradiente de presión y la presión de formación en las profundidades de interés.
to/ tn Gp Pp
9750 1.18 0.8 7800
10000 1.15 0.77 7700
10250 1.22 0.83 8508
10750 1.31 0.89 9568
11000 1.36 0.91 10010
12000 1.48 0.95 11400
Correlación de Pennebaker : Ejercicio
Profundidad (pies)
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Método antes de la perforación
3. Densidad máxima de fluido de perforación:
máx
0.950.3 18.6 lpg
0.052D
Correlación de Pennebaker : Ejercicio
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos durante la perforación
Describe la relación entre los valores del exponente “d” observado (“do”),
“d” normal (“dn”) y el gradiente de poros, en función de la relación:
Exponente “d” : Correlación de Ben Eatón
1.2do
Gp Gsca Gsca Gndn
Gp: gradiente de presión de poros, lpc/pie.
do: exponente “d” observado, unidades “d”.
dn: exponente “d” normal, unidades “d”.
Gn: gradiente de presión de poros normal.
Gsca: gradiente de sobrecarga real, lpc/pie.
108 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos durante la perforación
Exponente “dc”
El valor del exponente “d” corregido (“dc”), se utiliza para compensar
los efectos ocasionados por cambios en la densidad del lodo.
Se determina con la expresión: " " " " * NDLdc d
DLDonde:
DLN: densidad “normal” del lodo, lpg (depende del área, tomar 8.33 lpg,
sí se desconoce el gradiente normal).
DL: densidad del lodo en uso, lpg.
109 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos durante la perforación
Exponente “dc”
Para la determinación de las presiones de formación en función de los
parámetros de perforación, se recomienda la utilización de la
correlación de Ben Eaton, en función del exponente “dc”.
1.2dco
Gp Gsca Gsca Gndcn
Donde:
Dco: exponente “d” corregido observado, unidades “d”.
Dcn: exponente “d” corregido normal, unidades “d”.
El gradiente de sobrecarga real (Gsca) debe obtenerse para el área de interés.
110 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos durante la perforación
Exponente “dc”
Variación del gradiente
de sobrecarga real con la
profundidad para la
Costa del Golfo (U.S. A).
(después de Eaton).
111 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos durante la perforación
Exponente “dc”
La exactitud del método del exponente dc es afectada por:
• El diferencial de presión ( P).
• Un mantenimiento inadecuado (separación de sólidos
inadecuada).
• El método asume una buena limpieza en el fondo del pozo.
• La litología también es un factor determinante.
112 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos durante la perforación
Procedimiento de aplicación
1. Seleccionar previamente los intervalos lutíticos a utilizar para la
aplicación del exponente “dc”.
2. Obtener información en tiempo real: velocidad de penetración,
peso sobre la mecha, velocidad de la mesa rotatoria (rpm) y
diámetro del hoyo.
3. Obtener los valores de “d” y “dc”.
4. Graficar en papel semilog x 2 ciclos los valores del exponente
“dc”, en función de la profundidad (escala normal).
Exponente “dc”
113 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
5. Trazar la línea de compactación normal por aquellos puntos que tengan esa tendencia.
6. Determinar el tope de la zona de presión anormal en el puno de divergencia.
7. Obtener los valores observados y normales a las profundidades donde se desee evaluar las presiones anormales de formación.
8. Determinar los gradientes de presión utilizando la correlación de Ben Eatón (recomendado).
9. Obtener las presiones de formación multiplicando éstos gradientes por las respectivas profundidades.
Métodos durante la perforación
Exponente “dc”
Procedimiento de aplicación
114 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos después de la perforación
Resistividad y conductividad
La resistividad de la lutita decrece en zonas de presiones
anormales.
Este fenómeno se ha utilizado, en muchas áreas, como una
indicación cualitativa de altos gradientes de presión.
De igual manera, la conductividad de la lutita aumenta en
zonas de presiones anormales.
Si se penetra una zona que tiene porosidad anormalmente alta
(presiones altas asociadas), la resistividad de la roca se
reduce debido a la mayor conductividad del agua contenida en
los poros.
115 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos después de la perforación
Para determinar la presión de la formación a partir de la resistividad o
conductividad de las lutitas, se utilizan las correlaciones empíricas
desarrolladas por Ben Eaton, Hottmann & Johnson, Lane &
Macpherson y Matthews & Kelly.
La relación establecida por estos autores entre la resistividad (o
conductividad) y la profundidad, fue determinada a partir de datos de
formaciones pertenecientes al mioceno y oligoceno, en áreas de la
Costa del Golfo en los Estados Unidos.
Resistividad y conductividad
116 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos después de la perforación
Resistividad y conductividad: Correlación de Ben Eaton
Desarrolló correlaciones para cuantificar presiones de formación a partir
de la resistividad y conductividad de las lutitas.
1,2
Ro ShGp Gsca Gsca Gn
Rn Sh
1,2
Cn ShGp Gsca Gsca Gn
Co ShDonde:
Ro(Sh): resistividad observada
Rn(Sh): resistividad normal
Co(Sh): conductividad observada
Cn(Sh): conductividad normal
117 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos después de la perforación
La resistividad y conductividad observadas se refieren a
secciones lutíticas “limpias”.
Este es el método recomendado para la obtención de las
presiones de formación después de la perforación, a partir
de la resistividad o conductividad.
Resistividad y conductividad: Correlación de Ben Eaton
118 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos después de la perforación
Resistividad y conductividad
Correlación de Hottman y Johnson
Es otro método utilizado para cuantificar las presiones de
formación a partir de los registros de resistividad.
Previamente debe definirse, para el área de interés, la
relación entre (Rn(Sh) / Ro(Sh)) y el gradiente de poros.
119 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos después de la perforación
Resistividad y conductividad: Correlación de Hotman y Johnson
120 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos después de la perforación
Resistividad y conductividad: Correlación de Hotman y Johnson
1. Establecer la relación entre (Rn(Sh)/Ro(Sh)) y el gradiente de
poros (gráfica) para el área de interés. Si se trata de un pozo
de desarrollo, ésta gráfica deberá estar definida con
anterioridad.
2. Graficar los valores de resistividad de las lutitas vs. profundidad
obtenidos en el pozo estudiado y definir el tope de la zona de
presión anormal.
3. Trazar la línea de tendencia normal.
121 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
4. Determinar la relación (Rn(Sh)/Ro(Sh)), para las
profundidades de interés en la zona de presión anormal.
5. Determinar los gradientes de formación correspondientes a
éstas profundidades, utilizando la gráfica mencionada en (1) y
en función de las relaciones (Rn(Sh)/Ro(Sh)) obtenidas en (4).
Métodos después de la perforación
Resistividad y conductividad: Correlación de Hottmann y Johnson
122 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos después de la perforación
Resistividad y conductividad: Correlación de Lane y MacPherson
Permite también obtener las presiones de poros a partir de la
resistividad de las lutitas.
Es el método más laborioso. Es necesario conocer el gradiente
de sobrecarga para las profundidades de interés y así aplicar
la correlación específica para la determinación de los
gradientes de formación.
123 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos después de la perforación
- Para 0.8 < Gsca 0.9 Ro Sh
0.465 0.509 1GpRn Sh
- Para 0.9< Gsca 0.95 Ro Sh
0.465 0.550 1GpRn Sh
- Para 0.95 < Gsca 1.0 Ro Sh
0.465 0.590 1GpRn Sh
Resistividad y conductividad: Correlación de Lane y MacPherson
124 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos después de la perforación
La figura da soluciones
aproximadas a las
correlaciones anteriores.
Resistividad y conductividad: Correlación de Lane y MacPherson
125 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos después de la perforación
Resistividad y conductividad: Correlación de Matthews y Kelly
Utilizaron correlaciones gráficas para la determinación de los
gradientes de poros en las formaciones Frío, Wilcox y Vicksburg
en el sur de Texas y en la Costa de Louisiana.
Estas correlaciones son aplicables en aquellas áreas donde se
han realizado mediciones de las variaciones de las relaciones de
resistividad y los gradientes de poros.
126 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos después de la perforación
Resistividad y conductividad: Correlación de Matthews y Kelly
127 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos después de la perforación
Registro sónico
Para determinar la presión de la formación a partir del
registro sónico, se utilizan relaciones empíricas
desarrolladas igualmente por Ben Eaton, Hottman &
Johnson y Matthews & Kelly.
Ellos relacionaron la divergencia, desde un punto dado de
la tendencia de compactación normal, con presiones de
formación medidas en yacimientos adyacentes, del
Mioceno y Oligoceno.
128 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos después de la perforación
Registro sónico
3
,tn Sh
Gp Gsca Gsca Gn lpcto Sh
Correlación de Ben Eaton
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos después de la perforación
Registro sónico
Correlación de Hottman y
Johnson
La figura muestra la variación
del gradiente de poros en
función del tiempo de tránsito
en el intervalo.
130 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos después de la perforación
Registro sónico Correlación de Matthews y Kelly
La figura muestra la
variación del gradiente
de poros en función
del tiempo de tránsito
en el intervalo.
131 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos después de la perforación
Porosidad
Dado que la porosidad decrece con la profundidad en
zonas de compactación normal, es posible detectar el
tope de zonas subcompactadas por la desviación de la
línea de tendencia normal de la porosidad.
132 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos después de la perforación
Porosidad: Método de la profundidad equivalente
Cualquier punto A en la zona de
arcilla subcompactada se asocia a
un punto normalmente
compactado B.
La compactación (porosidad) en el
punto A es idéntica a la del punto
B.
La profundidad del punto B (HB),
es llamada la profundidad
equivalente.
133 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos después de la perforación
El fluido contenido dentro de los poros en la arcilla, a la profundidad
A, ha sido sometido a todas las cargas geostáticas en el transcurso
del enterramiento, desde HB hasta HA.
Usando la fórmula de Terzaghi.
Gsca = + Gp
: esfuerzo vertical de la matriz de la roca, lpc/pie.
Este esfuerzo, transmitido en el contacto grano a grano, es igual en
A y B.
A = B
Gp (A) = Gp (B) + [Gsca (A) – Gsca (B)]
Porosidad: Método de la profundidad equivalente
CIED
C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2001
Métodos para la
determinación
de la presión de
fractura
135 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos para la determinación
de la presión de fractura
Métodos para la determinación de
presión de fractura
136 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
• Introducción
• Métodos predictivos
• Métodos de verificación de presiones de
fractura
Tema 1
Métodos para la determinación de la presión de fractura
137 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Introducción
Las técnicas para determinar las presiones de
fractura, al igual que aquellas para determinar
presiones de poro, incluyen métodos predictivos y
verificación de los mismos.
La planificación inicial debe basarse en valores de
presiones de fractura obtenidos mediante un método
predictivo.
138 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Cuando se encuentran presiones anormales, la densidad del
fluido de perforación debe incrementarse para mantener la
presión en el fondo del pozo mayor que la presión de poros y
evitar el flujo de fluidos de formaciones permeables hacia el
hoyo perforado.
Debido a que la presión hidrostática en el fondo del pozo
debe mantenerse por debajo de la presión que podría originar
fractura de las formaciones más someras, relativamente
débiles, debajo de la zapata, existe una densidad máxima de
lodo que puede ser tolerada.
Resistencia de fractura de la formación
139 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Resistencia de fractura de la formación
140 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
El conocimiento de la presión a la cual puede ocurrir
una fractura de la formación a cualquier profundidad
es esencial para planificar y perforar un pozo con
presencia de presiones anormales.
Para comprender los esfuerzos subterráneos
involucrados en la fractura de una formación hay que
considerar los procesos geológicos ocurridos.
Resistencia de fractura de la formación
141 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
A medida que la superposición de estratos continúa
y se incrementa el esfuerzo vertical de la matriz de
la roca z , debido al incremento de la carga
soportada en el contacto grano a grano, los
sedimentos tienden a expandirse lateralmente
pero, esencialmente esto es evitado por la roca
circundante.
Resistencia de fractura de la formación
142 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Resistencia de fractura de la formación
143 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Si se designan como esfuerzos principales de la matriz de la roca,
aquellos esfuerzos normales a los planos sin esfuerzo de corte,
la condición subsuperficial general, de la condición de esfuerzos,
puede definirse en términos de x, y y z.
En una región geológica relativamente relajada, tal como una
cuenca sedimentaria deltaica joven, los esfuerzos horizontales
de la matriz X y Y tienden a ser aproximadamente iguales y
mucho menores que el esfuerzo vertical de la matriz, Z.
Resistencia de fractura de la formación
144 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Si los sedimentos tienen un comportamiento elástico, la
deformación horizontal X, puede expresarse en función de la
Ley de Hooke.
X Y ZX
E E E
donde E es el módulo de elasticidad de Young y es la
relación de Poisson.
Resistencia de fractura de la formación
145 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Para rocas en estado de compresión ocasionada por
sedimentación, la deformación horizontal, X,, es
esencialmente 0 y, dado que los esfuerzos horizontales X y
Y son aproximadamente iguales.
min1
X Y Z
min representa el esfuerzo horizontal promedio.
Resistencia de fractura de la formación
146 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos predictivos
Las ecuaciones para predecir las presiones de fractura, usadas
más frecuentemente incluyen:
1) La correlación de Hubbert & Willis
2) La correlación de Matthews & Kelly
3) La correlación de Pennebaker
4) La correlación de Ben Eaton.
Se aplican también otros métodos, como las correlaciones de
Christman y MacPherson & Berry, pero su uso es limitado.
147 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Correlación de Hubbert & Willis
Métodos predictivos
El esfuerzo horizontal mínimo es igual a alguna fracción del
esfuerzo horizontal efectivo, el cual es igual al peso (esfuerzo) de sobrecarga menos la presión de la formación.
Este esfuerzo horizontal mínimo se considera 1/3 del esfuerzo vertical efectivo.
La ecuación resultante para éste método es:
2
3
Pf
Psca PP
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Correlación de Matthews & Kelly
Métodos predictivos
La innovación aportada por Matthews & Kelly radica en la
inclusión del coeficiente de esfuerzo variable de la matriz, Ki.
Su ecuación se expresa como sigue:
Pf=Ki(Psca-PP)+PP
El coeficiente Ki relaciona las condiciones de esfuerzo de la matriz reales de la formación de interés, en zonas de presiones anormales (subcompactadas), con las condiciones del esfuerzo de la matriz, si la formación es normalmente compactada.
149 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos predictivos
Correlación de
Matthews & Kelly
150 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Correlación de Pennebaker
Métodos predictivos
Es similar a la correlación de Matthews & Kelly y se usa la
misma ecuación para calcular el esfuerzo mínimo de la
matriz.
Los estudios realizados por Pennebaker fueron hechos sobre el
análisis del tiempo de tránsito en el intervalo (TTI), reconociendo
que el gradiente de presión de sobrecarga es variable y está
relacionado con la edad geológica y con la profundidad de los
estratos.
151 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos predictivos
Se utiliza una figura en la cual
se entra directamente con la
profundidad real de la
formación a la cual se desea
determinar su presión de
fractura, independientemente
de que sea normal o anormal,
para obtener Ki.
Correlación de
Pennebaker
152 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos predictivos
Pennebaker no asumió un gradiente de sobrecarga constante e igual a 1 lpc/pie para sus cálculos, sino que desarrollo una correlación para determinarlo.
El efecto de la edad geológica
sobre el esfuerzo de sobrecarga
es tomado en cuenta por una
familia de curvas para varias
profundidades en las que el
tiempo de tránsito en
el intervalo derivado de datos
sísmicos es de 100 seg/pie
Correlación de Pennebaker
153 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Correlación de Ben Eaton
Métodos predictivos
Eaton, expandiendo el trabajo de Hubbert & Willis, introdujo
formalmente la relación de Poisson y un gradiente de sobrecarga
variable.
La cantidad de esfuerzo horizontal mínimo originado por el esfuerzo
vertical es función de la relación de Poisson de la roca de interés y
se expresa como sigue:
min1
Z
154 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos predictivos
La ecuación resultante para la presión de fractura es:
1f sca P PP P P P
La tendencia de la relación de Poisson no es exactamente la
misma para áreas diferentes y debe ser verificada, de ser posible, con datos locales.
Cada área prospectiva debe tener su propia curva de la relación de Poisson.
Correlación de Ben Eaton
155 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos predictivos
Correlación de Ben Eaton
156 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos de verificación de presiones de fractura
Las correlaciones descritas anteriormente,
para estimar la presión de fractura de la
matriz de la roca, se toman como referencia
para un área o localización determinada, es
decir, como métodos de predicción.
157 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos de verificación de presiones de fractura
Durante el proceso de perforación de un pozo se
realiza una prueba para cuantificar la presión de
fractura de las formaciones, por debajo de la
zapata del revestidor, una vez cementado.
Esta prueba se denomina Prueba de Integridad de
Presión (PIP) y sirve como confirmación de los
valores anticipados de presión de fractura obtenidos
de las correlaciones estudiadas anteriormente.
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos de verificación de presiones de fractura
La prueba de integridad de presión completa es una prueba
realizada por debajo del último revestidor cementado, antes de
reiniciar el proceso de perforación y con los siguientes
propósitos:
Determinar la presión (gradiente) de fractura o su densidad
equivalente máxima.
Definir la máxima presión anular permisible un la superficie
(MPAPS).
Verificar la calidad de la cementación primaria.
Prueba de integridad de presión completa (Leak-off test)
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos de verificación de presiones de fractura
La figura muestra una prueba de integridad completa donde el valor estimado de PIP coincide con el real.
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Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos de verificación de presiones de fractura
El procedimiento para realizar ésta prueba es el
mismo utilizado para la prueba completa.
La diferencia radica en que no se busca el
punto de fuga de fluidos sino que se verifica si
la formación soportará una densidad de lodo
diseñada para perforar la próxima sección de
hoyo, sin llegar al valor de PIP estimado.
Prueba de integridad de presión limitada (PIPlim)
161 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos de verificación de presiones de fractura
Prueba de integridad de presión limitada (PIPlim)
162 C COPYRIGHT, PDVSA CIED, 2002 Origen de las presiones anormales
Tipos y origenes de las presiones anormales
Métodos de verificación de presiones de fractura
El procedimiento para realizar ésta prueba es el
mismo utilizado para la prueba completa.
La diferencia radica en que no se busca el punto de
fuga de fluidos sino que se verifica si la formación
soportará una densidad de lodo diseñada para
perforar la próxima sección de hoyo, sin llegar al
valor de PIP estimado.
Prueba de integridad de presión limitada (PIPlim)