MODELO DE ESTABILIDAD DE POZOZ PARA ACOPLAR LAS INTERACCIONES QUÍMICA Y MECÁNICA DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN EN LUTITAS

MODELO DE ESTABILIDAD DE POZOZ PARA ACOPLAR LAS INTERACCIONES QUÍMICA Y MECÁNICA DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN EN LUTITAS.

Resumen

Se ha desarrollado un modelo de estabilidad de pozos que únicamente se acopla a los aspectos de las interacciones químicas y mecánicas de los fluidos de perforación en lutitas. El modelo permite al usuario determinar los parámetros óptimos de perforación (como son, el peso del lodo y la concentración de sal) para mitigar los problemas relacionados a la estabilidad de pozos con los sistemas de fluidos de perforación base aceite o base agua. La alteración de esfuerzos inducidos químicamente está basada en la termodinámica donde las diferencias de energía libre molar del agua, del fluido de perforación y de las lutitas, se combinan con los esfuerzos inducidos mecánicamente. Estos dos potenciales están acoplados mediante el uso de un marco teórico de poro-elasticidad para formular la base fisicoquímica de este modelo de estabilidad de pozos.

Introducción

Las lutitas están presentes en más del 75% de las formaciones perforadas y causan más del 90% de los problemas de inestabilidad de pozos. Durante la perforación de las formaciones de lutitas pueden presentarse una variedad de problemas, que van desde la erosión hasta completar el colapso del agujero. Los problemas de perforación más típicos en lutitas son el embolamiento de la barrena, derrumbes o arrastres.

Los problemas con la perforación son graves y se ha estimado conservadoramente a ser un problema de $ 500 millones por año para la industria. Estos problemas de ingeniería están ligados estrechamente con las “propiedades másicas" de la lutita, como la resistencia y deformación en función del ambiente sedimentario, porosidad, contenido de agua, contenido de arcilla, composición y tasa de compactación. Las propiedades másicas de los fluidos de perforación (tales como la composición química y la concentración de la fase continua del lodo; la composición y el tipo de fase interna, si está presente; el tipo de aditivos asociados con la fase continua; y el mantenimiento del sistema) también son de suma importancia en la ingeniería. Otros factores de esfuerzos in situ son la presión de poro, la temperatura, el tiempo en el agujero descubierto, la profundidad y la longitud del intervalo del pozo, el ambiente geológico (estratos de sal, domos, etc.), también afectan directamente las operaciones de perforación y terminación, y deben ser integradas en cualquier modelo para desarrollar nuevos sistemas de lodo. Estas variables están interconectadas e influyen en el comportamiento general de las lutitas durante la perforación.

Es necesario comprender la influencia de estos factores con modelos del comportamiento de las lutitas y así poder desarrollar nuevos sistemas de lodo para predecir la respuesta del agujero (falla o no falla) en función de un determinado fluido de perforación (incluyendo un lodo pesado y los componentes de fluidos de perforación).

En este artículo nos enfocamos solamente en los factores físicos y químicos, y su influencia en las propiedades del estado de esfuerzos del agujero y de las lutitas. Al restringir este estudio a estos dos componentes, de ninguna manera sugerimos que el tiempo no es importante. Nuestro objetivo es presentar un modelo de estabilidad de pozos que, por primera vez, intenta acoplar las interacciones de la química y la mecánica de los fluidos de perforación en lutitas.

Este artículo representa un intento por integrar un parámetro químico con la mecánica de las fracturas en las rocas. Este enfoque ha sido influenciado por los esfuerzos de nuestros y otros investigadores, para desarrollar una comprensión fundamental del porque los lodos base aceite (OBM) generalmente son mejores que los lodos base agua (WBM). Los dos factores dominantes son: (1) que una fase continua de aceite ejerce una presión de confinamiento en la pared del pozo debido a que la presión de la columna de lodo típicamente excede la presión de formación pero no excede el umbral de la presión de capilaridad de entrada y (2) que la diferencia de potencial químico entre el OBM y las lutitas está presente en el transporte selectivo del agua dentro o fuera de las lutitas. La hipótesis de estos conceptos fundamentales asociados con el OBM puede usarse para un diseño más eficaz de WBM.

Discusión y fondo del problema

Para desarrollar un adecuado modelo de estabilidad de pozos, para una cierta profundidad, es vital comprender la interacción química y física de los fluidos de perforación en lutitas. En un momento dado, la cuestión de la estabilidad, es controlada por la relación entre el estado de esfuerzos del agujero y la resistencia de la roca. Debido a que la resistencia de la roca está relacionada directamente con el contenido de agua en la lutita, y que la modificación de la presión de poro es un parámetro fundamental que altera el estado de esfuerzos efectivos del pozo, el estudio del movimiento del fluido en el poro proporciona un mecanismo para la comprensión de los mecanismos de estabilidad de pozos.

Fundamentalmente, además del inadecuado peso del lodo, la inestabilidad del agujero está relacionada con la afluencia del agua (fluido) en la formación, que agrava la inestabilidad por aumentar la presión de poro cerca del pozo y por la disminución de la resistencia de la lutita. El movimiento del agua (fluido) dentro o fuera de la lutita se rige por varios mecanismos. Los dos más relevantes en este contexto son la diferencia de presión hidráulica, ∆Ph, entre la presión del pozo (peso del lodo) y la presión de poro debido al fluido en la lutita y las diferencias de potencial químico, ∆ф, entre el fluido de perforación y el fluido en los poros de la lutita.

Por lo tanto, de estos dos mecanismos predominantes, debe ocurrir un flujo neto, que debe ser descrita de la siguiente manera:

Por lo tanto, el flujo neto de fluidos dentro o fuera de la formación, resultante de estas fuerzas impulsoras primarias, acabará afectando a la presión de poro, el estado de esfuerzos del pozo y la fuerza de la formación.

"Nuestro objetivo aquí es presentar un modelo de estabilidad de pozos que, por primera vez, intenta acoplar las interacciones de la química y la mecánica de los fluidos de perforación en lutitas”.

Aunque, el manejo primario de las fuerzas es fundamental para el desarrollo de cualquier modelo, el manejo matemático de estas fuerzas fundamentales requiere de una comprensión de los mecanismos de transporte

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