Presión de Poro: Métodos de Cálculo y Factores Clave en Perforación
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Árbol de Válvulas y Presión de Poro
Descripción del Árbol de Válvulas
- Un árbol de válvulas es un conjunto de equipos que permite controlar las operaciones de perforación y producción de un pozo. Sus componentes principales son:
Cabezales de Tr’s, Cabezales de producción, Crucetas, Válvulas de compuerta, BOP’S, Estrangulador, bridas. Estos componentes permiten colgar las tuberías de revestimiento y de producción para controlar superficialmente cualquier anomalía durante la perforación.
Presión de Poro
- La presión de poro es la presión a la que se encuentran los fluidos de perforación en condiciones normales y anormales. La presión de fractura es el punto en el que la formación se rompe, causando pérdidas de circulación.
Análisis de Registros y Presión Anormal
Comportamiento de Porosidad, Densidad y Resistividad
A continuación, se muestran las gráficas del comportamiento de la porosidad, densidad de formación y resistividad con la profundidad y con una presión anormal:
Principio de Terzaghi
El principio de Terzaghi define la sobrecarga (Sc) como la suma del esfuerzo vertical efectivo (matriz, σ) más la presión de poro (Pp): Sc = σ + Pp
Línea Base de Lutita
Para determinar la línea base de lutita se utilizan los siguientes registros: Resistividad, DT (tiempo de tránsito sónico), Potencial espontáneo (SP), y Rayos gamma (RG).
Indicadores Indirectos de Presión Anormal
Los indicadores indirectos de presión anormal durante la perforación son: Velocidad de penetración (ROP), peso sobre barrena (WOB), torque, y RPM de la rotaria. Los cambios en estos parámetros pueden indicar la presencia de una zona de presión anormal.
Relación de Poisson
La relación de Poisson describe la relación entre la deformación lateral y la deformación axial de una roca bajo esfuerzo.
Componentes del Sistema de Control de Pozos
Características de Bridas 6B y 6BX
- 6B: Presión de trabajo de 2000, 3000, 5000 psi. Sus caras son planas, y la carga es soportada por los anillos.
- 6BX: Presión de trabajo de 10000, 20000 psi. Los anillos soportan parcialmente la carga, siendo la mayor parte soportada por las caras de las bridas.
Estrangulador
El estrangulador se utiliza para controlar la presión del pozo cerrando la línea de salida y generando mayor presión hidrostática.
Preventores de Reventones (BOPs)
- Esféricos: Accionados por pistón hidráulico (600-1500 psi), cierran sobre cualquier forma y diámetro. Fueron los primeros en utilizarse.
- Ram: Accionados por pistón hidráulico (1500 psi), abrazan los tubos, cierran el pozo sin tubería y realizan cortes.
Sistema de Control de Preventores
Este sistema integra bombas, sistemas y sensores para el cierre de los preventores.
Diverter
El diverter es el primer preventor, se coloca sobre el tubo conductor, se cierra el preventor y simultáneamente se abre la válvula.
Relación de Poisson y Presión Hidrostática
La relación de Poisson es una propiedad mecánica que relaciona la deformación lateral con la axial en una roca bajo esfuerzo.
La presión hidrostática en los espacios porosos de una formación depende únicamente de la densidad del fluido.
El incremento de la sobrecarga compacta los sedimentos, decrementa la porosidad.
El peso de las partículas de formación no influye en la presión del fluido. El asentamiento no tiene influencia sobre la presión del fluido; la presión hidrostática depende únicamente de la densidad del fluido.
La presión de poro normal es la presión hidrostática generada por el agua salada a cierta profundidad.
La presión de poro es la presión hidrostática ejercida por los fluidos en los espacios porosos de la formación en condiciones normales.
El esfuerzo efectivo o de matriz (σ) es el esfuerzo generado por el contacto grano a grano de la matriz rocosa, en función de la sobrecarga a la profundidad de interés.
El esfuerzo efectivo depende de la densidad del grano de las formaciones y de la porosidad.
Si se desconoce la porosidad, se puede utilizar una sobrecarga constante: 0.2309 (kg/cm²/m) o 1 psi/p x profundidad.
El esfuerzo vertical debido a una capa se calcula según la siguiente fórmula:
Las propiedades de la lutita directamente relacionadas con la porosidad son: tiempo de tránsito, resistividad, densidad, temperatura y presión.
Con el aumento de la profundidad, la resistividad y la densidad tienden a aumentar, mientras que el tiempo de tránsito sónico disminuye.
Una desviación en la tendencia normal de estas propiedades indica una presión anormal.
El principio de Terzaghi establece que la sobrecarga (S) es igual a la suma del esfuerzo vertical efectivo (σ) más la presión de poro (Pp): S = Pp + σ
Para la línea base de lutita en el registro SP se toman los valores máximos.
Para la línea base de lutita en el registro RG, para cada lectura en el registro RG o SP, igual o mayor a la línea base de lutitas, se marca la lectura de tiempo de tránsito o resistividad a la profundidad correspondiente.
Métodos para Calcular la Presión de Poro
Método de Foster y Whalen
Este método se basa en que formaciones con el mismo valor de una propiedad dependiente de la porosidad (tiempo de tránsito, resistividad, densidad, etc.) se encuentran bajo el mismo esfuerzo efectivo de matriz.
- Graficar profundidad vs. tiempo de tránsito o resistividad de lutitas limpias.
- Trazar la línea de tendencia normal y extrapolarla.
- A la profundidad de interés, trazar una línea horizontal hasta cruzar la curva de valor real (A) y el valor normal (B).
- Trazar una vertical en el punto A para leer el valor observado.
- Sobre la línea vertical del valor real, en la intersección con la tendencia normal (C), trazar una horizontal y leer la profundidad correspondiente (Dn).
Método de Hottman y Johnson
- Graficar profundidad vs. tiempo de tránsito o resistividad de lutitas limpias.
- Trazar la línea de tendencia normal y extrapolarla.
- A la profundidad de interés, trazar una línea horizontal.
- Trazar una vertical en los valores de tiempo de tránsito o resistividad de la tendencia normal y de la curva real.
- Calcular la diferencia de lecturas de tiempo de tránsito (tlu - tlun) o la relación de resistividades (Ron/Ro)lu.
- Usar la correlación de H&J para determinar el gradiente de presión de poro.
- Multiplicar el gradiente por la profundidad para obtener la presión de poro.
Método de Eaton
- Graficar profundidad vs. tiempo de tránsito o resistividad de lutitas limpias.
- Trazar la línea de tendencia normal y extrapolarla.
- A la profundidad de interés, trazar una vertical y leer los valores de tiempo de tránsito de la tendencia normal (tlun) y observada (tlu).
- En el cruce de la vertical del valor real con la tendencia normal (C), trazar una horizontal y encontrar la profundidad equivalente (Dn).
- Calcular la presión de poro usando las ecuaciones de Eaton.
Métodos generales para calcular la presión de poro: Eaton, Hottman y Johnson, Whalen.
Exponente dc
El exponente dc se basa en datos de campo en México: Ritmo de penetración (R) (m/hr), cambio del peso sobre barrena (W) (toneladas), revoluciones por minuto de la rotaria (N) (rpm), y diámetro de la barrena (pgs.).
Para corregir el exponente dc por cambios en la densidad del lodo, se utiliza la ecuación de Rehm y McClendon:
- Calcular el exponente dc y el exponente modificado dcmod durante la perforación de lutitas.
- Graficar profundidad vs. exponente dcmod.
- Trazar la línea de tendencia normal y extrapolarla.
- A la profundidad de interés, leer los valores del exponente dcmod y dcmodn.
- Calcular la presión de poro usando la fórmula de Eaton.
Presión de Fractura
La presión de fractura es la presión a la cual la formación se fractura, causando pérdida de circulación y dificultando la perforación.