GRADIENTES DE FRACTURA

PRESIÓN DE FRACTURA. ES LA PRESIÓN NECESARIA PARA VENCER LA PRESIÓN DE LA FORMACIÓN Y LA RESISTENCIA DE LA ROCA.

LA P.H. A LA CUAL SE FRACTURAR UNA FORMACIÓN EXPUESTA DEPENDE DE LA PRESIÓN A LA QUE SE ENCUENTRA LOS FLUIDOS DE LA FORMACIÓN Y A LA PRESIÓN DE SOBRECARGA ACTUANTE A LA PROFUNDIDAD DE LA FORMACION.

GRADIENTE DE FRACTURA. ES LA PRESIÓN MAXIMA POR PIE (M) QUE PUEDE RESISTIR LA ROCA SIN FRACTURARSE.

ES IMPORTANTE CONOCER LA PRESIÓN DE FRACTURA DE LA FORMACION PARA NO EXCEDER LA P.H. Y OCASIONAR CON ESTO UNA RUPTURA DE LA FORMACIÓN Y UNA PERDIDA DE LODO.

UNA EXCESIVA P.H. O UNA ALTA DENSIDAD EQUIVALENTE DE CIRCULACION (ECD) PUEDEN OCASIONAR UN ROMPIMIENTO DE LA FORMACION.

LAS PRESIONES SUPERIORES A LA FUERZA DE COHESION DE LA ROCA TIENDEN A DESARROLLAR FRACTURAS OCASIONANDO CON ESTO, PERDIDAS DE VOLUMEN DE LODO CIRCULACIÓN.

ESTAS PÉRDIDAS DE LODO OCASIONAN TAMBIÉN QUE LOS CORTES DE LA FORMACIÓN SE PIERDAN DENTRO DE LAS FRACTURAS. NO PUDIENDO SER EXAMINADAS EN LA SUPERFICIES, PERO MAS SIGNIFICATIVOS ES EL RIESGO QUE SE CORRE DE UN DESCONTROL DE POZO.

LA PERDIDA DE LODO REDUCIRA LA ALTURA DEL NIVEL DEL LODO DENTRO DEL AGUJERO DECRECIENDO CON ESTO, LA P.H. EN EL PUNTO DONDE ES MENOR QUE LA PRESION DE LA FORMACION SE ORIGINARA EL DECONTROL O DERRUMBE DEL POZO.

SI UN POZO ES CERRADO AL PRESENTARSE EL DESCONTROL, NOS REGISTRARA PRESIONES EN LA TUBERÍA DE PERFORACIÓN Y EN EL ESPACIO ANULAR .ESTAS PRESIONES ACTUANDO JUNTO CON LA P.H. PUEDEN OCASIONAR UN FRACTURAMIENTO EN LA FORMACIÓN.

LA FORMACION MÁS DEBIL Y QUE SE FRACTURA MAS FACILMENTE SI LA PRESIÓN HIDROSTATICA ES EXCESIVA, SE ENCUENTRA INMEDIATAMENTE ABAJO DE LA ULTIMA ZAPATA.

EL GRADIENTE DE FRACTURA SE EXPRESA EN TÉRMINOS DE DENSIDAD EQUIVALENTE DE FLUIDO DE PERFORACION Y ESTÁ EN FUNCIÓN DEL GRADIENTE DE SOBRECARGA, EL GRADIENTE DE PRESIÓN DE FLUIDO, LA RELACIÓN DE ESFUERZOS HORIZONTALES O VERTICALES, LA NATUTALEZA DEL FLUIDO FRACTURANTE Y LA PERMEABILIDAD DE LA FORMACIÓN.

CALCULO DEL GRADIENTE DE FRACTURA

EXITEN VARIOS METODOS Y FÓRMULAS PARA CALCULAR EL GRADIENTE DE FRACTURA. LA MAYORIA DE ELLOS DAN RESULTADOS PRACTICOS QUE SE PUEDEN UTILIZAR EN LA PERFORACIÓN DE POZO.

G.F = GP + S - P PO/ 1 – PO

G.F. = GRADIENTE DE FRACTURA KG/CM2/M.G.P. = GRADIENTE DE PRESIÓN DE PORO KG/CM2/M.S = GRADIENTE DE SOBRECARGA KG/CM2/M.PO = RELACIÓN DE PRESIÓN DE LA ROCA QUE VARIA ENTRE 0.19 Y 0.25 (ESFUERZO DE MATRIZ).

PO = PARA ARENISCAS 0.19 PARA LUTITAS = 0.21 PARA CALIZAS NO COMPACTAS = 0.22 PARA ROCAS DURAS = 0.25

EJEMPLO:

CALCULAR EL GRADIENTE DE FRACTURA CON LOS SIGUIENTE DATOS:PROFUNDIDAD 2000 m.PRESIÓN DE PORO 1.28 GR/CM3 = 0.128 KG/CM2/M. 1,28 GR/CC (10,66 ppg)SOBRECARGA ( S ) = 0.204 KG/CM2/M VER GRAFICAPO (ESFUERZO DE MATRIZ) = 0.21 ADIMENSIONAL

G.F. = GP + S – P PO/ 1- PO.

G.F. = 0.128 + 0.204 – 0.128 0.21 / 1 – 0.21

G.F. = 0.148 KG/CM2/M

CONVERTIR A PRESIÓN DE FRACTURA = GRADIENTE DE FRACTURA X PROFUNDIDAD = 0.148 KG/CM2/M. X 2000 M.

PRESIÓN DE FRACTURA = 269 KG / CM2

CONVERTIR A DENSIDAD DE LODO =

PRESIÓN DE FRACTURA X 10/ PROF. = 269 KG/CM2 X 10 / 2000 M = 1.48 GR / CM3

ESTO QUIERE DECIR QUE EL LIMITE MAXIMO DE LA DENSIDAD DE LODO A USAR DEBE SER DE 1.48 GR/CM3 (12,32 ppm) PARA NO FRACTURAR LA FORMACIÓN.

OTRA ECUACION QUE ES MUY UTIL Y QUE PROPORCIONA BUENOS VALORES DEL GRADIENTE DE FRACTURA ES LA FORMULA DE EATON.

G.F. = + ( S – P ) U / 1 – U

G.F. = GRADIENTE DE FRACTURA KG/CM2/M.G.P. = GRADIENTE DE PRESIÓN DE PORO KG/CM2/M.S. = GRADIENTE DE SOBRECARGA KG/CM2/M.U = RELACION DE ESFUERZO DE MATRIZ ADIMENSIONAL

U = 0.0471 PROF. DE METROS 0.2352

PRUEBA DE GOTEO (LEAK OFF TEST)

COMO UNA MEDIDA DE APOYO Y PARA CONOCER CON MAYOR EXACTITUD POSIBLE EL GRADIENTE DE FRACTURA EXISTENTE DEBAJO DE LA ZAPATA DE LA ULTIMA T.R. ES CONVENIENTE EFECTUAR UNA PRUEBA DE GOTEO MEDIANTE UNA PRUEBA DE FRACTURAMIENTO INDUCIDO.

ESTA PRUEBA DE GOTEO SIRVE TANTO PARA CALCULAR EL GRADIENTE DE FRACTURA COMO PARA PROBAR LA CALIDAD DE LA CEMENTACION DE LA T.R. ESTE TIPO DE PRUEBAS PROPORCIONAN UNA SERIE DE DATOS QUE SON NECESARIOS EN POZOS CRITICOS, ESPECIALMENTE CUANDO SE VAN A PERFORAR ZONAS DE PRESIONES DE FORMACIONES ALTAS.

LA PRUEBA DE GOTEO CONSISTE EN APLICAR PRESIÓN EN LA SUPERFICIE ( CON EL PREVENTOR ANULAR CERRADO ) EN FORMA CONTROLADA QUE SUMADA A LA COLUMNA HIDROSTATICA DARÁ UNA PRESIÓN TOTAL EJERCIDA SOBRE LAS PAREDES DEL POZO; ESTA PRESIÓN INDUCE UNAS PEQUEÑAS FRACTURAS DENTRO DE LAS QUE SE FILTRA EL LODO . POSTERIORMENTE SE SUSPENDE EL BOMBEO Y SE MANTIENE LA PRESIÓN DURANTE CIERTO TIEMPO PARA OBSERVAR LAS PROPIEDADES FILTRANTES DEL LODO.

LA PRUEBA DE GOTEO SE PUEDE EFECTUAR EN TODO TIPO DE FORMACIONES. SE PUEDE HACER LA PRUEBA DE FRACTURA SIN CREAR UN DAÑO PERMANENTE AL AGUJERO.

PROCEDIMIENTO PARA EFECTUAR LA PRUEBA DE GOTEO

1. PERFORAR DE 5 A 10 M DE AGUJERO NUEVO DEBAJO DE LA ZAPATA.2. LEVANTAR LA BARRENA A LA ZAPATA.3. CERRAR EL PREVENTOR ANULAR QUE ESTÉ ENCIMA DEL CARRETE DE PERFORACIÓN.

PIPE RAMS.4. BOMBEAR LODO POR EL INTERIOR DE LA T.P. A UN GASTO DE 80 LT/ MN. 22 GAL/MIN.5. GRAFICAR EL VOLUMEN BOMBEADO VS PRESIÓN SUPERFICIAL HASTA QUE SE ALCANCE

EL LIMITE DE PRESIÓN DE PRUEBA (EL LIMITE DE PRESIÓN DE PRUEBA ES CUANDO LA AGUJA DEL MANOMETRO DEJA DE MOVERSE Y EMPIEZA A DISMINUIR LA PRESIÓN).

6. PARAR EL BOMBEO, REGISTRAR LA PRESION INSTANTANEA DE CIERRE, MANTENER EL POZO PRESIONADO POR 10 MIN Y REGISTRAR LA PRESIÓN CADA MIN.

7. ABRIR EL PREVENTOR PARA DESCARGAR LA PRESIÓN Y CUANTIFIVAR EL VOLUMEN DE LODO REGRESADO

VOLUMEN DE LODO BOMBEADO

8. CALCULAR EL GRADIENTE DE FRACTURA.

EJEMPLO:

PRESION LIMITE DE PRESION DE PRUEBA: 38 KG/CM2 (550 PSI)DENSIDAD DEL LODO 1.58 GR / CM3PROFUNDIDAD 2850 M.

A). CALCULAR P.H. 450 KG /CM2B). CALCULAR LA PRESIÓN DE FRACTURAPRESIÓN DE FRACTURA + PRESIÓN LIMITE 450 + 38 = 488 KG/CM2C). APLICAR LA ECUACIÓN :

G.F. DENS = P.FRACT X 10 / PROF.

G.F. DENS = GRADIENTE DE FRACTURA EN DENSIDAD : GR / CM3P. FRACTURA = PRESIÓN DE FRACTURA : KG/CM2PROFUNDIDAD = METROS.

G.F. DENS = 488 X 10 / 2850 = 1.71 GR / CM3

GRADIENTE DE FRACTURA = P. FRACTURA / PROF. = 488/2850 = 0.171 KG/CM2/M.

PUNTO LIMITE BOMBEO SUSPENDIDO

PRESION CTE. AL CIERRE

FIN DE LA PRUEBA

DENSIDAD EQUIVALENTE DE CIRCULACION (ECD)

EN CUALQUIER POZO, SI EL FLUIDO DE PERFORACIÓN NO ESTA CIRCULANDO SE EJERCE UNA P.H. QUE ESTARA EN FUNCIÓN DDE LA PROFUNDIDAD Y LA DENSIDAD DEL FLUIDO DE CONTROL.

PRESIÓN DE CIRCULACIÓN. ES LA PRESIÓN EJERCIDA EN EL FONDO DEL POZO Y ES LA SUMA DE LA PRESIÓN HIDROSTATICA Y LA PRESIÓN NECESARIA PARA HACER CALCULAR EL LODO POR EL ESPACIO ANULAR HACIA LA SUPERFICIE.

PC = PH + P AN.

PC = PRESIÓN DE CIRCULACIÓN KG/CM2PH = PRESIÓN HIDROSTÁTICA KG/CM2 P AN = PÉRDIDA DE PRESIÓN EN EL ESPACIO ANULAR KG/CM2

LA PRESIÓN DE CIRCULACIÓN TIENE LA FUNCIÓN DE VENCER LA FRICCION ENTRE EL LODO Y TODO LO QUE SE PUEDE ENCONTRAR DURANTE SU DESPLAZAMIENTO DENTRO DE LA TUBERIA, EN LA BARRENA Y EL ESPACIO ANULAR.

LA PRESIÓN DE CIRCULACIÓN EN EL FONDO TIENDE A MODIFICAR APARENTENMENTE LA DENSIDAD DEL FLUIDO. ESTA DENSIDAD RESULTANTE SIEMPRE ES MAYOR A LA DENSIDAD ORIGINAL (ESTATICA). A ESTA DENSIDAD QUE ADQUIERE EL LODO EN MOVIMIENTO SE LE DENOMINA DENSIDAD EQUIVALENTE DE CIRCULACIÓN ( E.C.D.).

PARA CALCULAR LA D.E.C. ES NECESARIO DETERMINAR LA “CAIDA DE PRESIÓN EN EL ESPACIO ANULAR “

PERDIDA DE PRESIÓN EN EL ESPACIO ANULAR

SI LA VELOCIDAD DE BOMBEO QUE PERMITE QUE EL FLUJO DEL LODO EN EL ESPACIO ANULAR SEA LAMINAR, PUEDEN USARSE LOS MODELOS NEWTONIANOS, DE BINGHAM, O LA LEY DE POTENCIAS PARA DESARROLLAR LA RELACIÓN MATEMÁTICA ENTRE LA VELOCIDAD DE FLUJO Y LAS PERDIDAS DE PRESIÓN POR FRICCIÓN.

SI EL FLUJO ES LAMINAR, LA VELOCIDAD DEL FLUIDO INMEDIATAMENTE ADYACENTE A LAS PAREDES DE LA TUBERIA SERÁ MINIMA Y LA VELOCIDAD DEL FLUIDO EN LA REGIÓN MÁS DISTANTE DE LAS PAREDES DE LA TUBERIA SERÁ MÁXIMA.

LA PÉRDIDA DE PRESIÓN EN EL ESPACIO ANULAR PUEDE DETERMINARSE EN FORMA GENERAL O SECCIONES, DEPENDIENDO DEL DIAMETRO DEL AGUJERO.

P ANULAR = PERDIDA DE PRESION EN EL ESPACIO ANULAR : PSI.YP = PUNTO DE CEDENCIA : lb/100pie2.L = LONGITUD DEL AGUJERO: Mts.D = DIAMETRO DEL AGUJERO : Pulg.d = DIAMETRO EXTERIOR : Pulg.VP = VISCOSIDAD PLASTICA : CENTIPOISES.Va = VELOCIDAD ANULAR : PIES/MIN.

MIENTRAS MAYOR SEA LA ECD, HABRÁ UN CONSUMO EXCESIVO DE POTENCIA DE LA BOMBA PARA CIRCULAR EL LODO Y SERÁ MÁS FACTIBLE INDUCIR PÉRDIDA DE LODO A LA FORMACIÓN.

LA ECD DEBE DE SER SIEMPRE MAYOR QUE LA DENSIDAD DEL LODO EN ESTADO ESTÁTICO PERO MENOR QUE LA DENSIDAD NECESARIA PARA ROMPER LA FORMACIÓN.

CUANDO SE OBSERVA UN DESCONTROL DEL POZO, SI EL LODO ESTÁ ESTÁTICO, SE DEBE CONSIDERAR LA PRESIÓN HIDROSTÁTICA VENCIDA CON DENSIDAD DEL LODO ORIGINAL, PERO SI EL DESCONTROL SE EFECTÚA CON EL LODO EN CIRCULACIÓN, ES LA ECD LA QUE SE CONSIDERA PARA CÁLCULO DE PRESIÓN HIDROSTÁTICA VENCIDA POR LA PRESIÓN DE LA FORMACIÓN.

SISTEMA MÉTRICO.

DEC = ( PH + Pan X 10PROFUNDIDAD

DEC = DENSIDAD EQUIVALENTE DE CIRCULACIÓN: gr/cc.PH = PRESIÓN HIDROSTÁTICA: Kg/cm2.Pan = PERDIDA DE PRESIÓN EN EL ESPACIO ANULAR: Kg/cm2.PROF = METROS.

SISTEMA INGLES.

DEC = PH + Pan PROFUNDIDAD x 0.052

DEC = DENSIDAD EQUIVALENTE DE CIRCULACIÓN: lb/gal.PH = PRESIÓN HIDROSTÁTICA: PSIPan = PERDIDA DE PRESIÓN EN EL ESPACIO ANULAR: PSIPROF = PIES.