Por definición, la presión anormal es cualquier geopresión que sea diferente de la tendencia normal establecida para el área y profundidad determinadas. En este artículo presentaremos las 6 causas principales de presión anormal durante la perforación. También en los siguientes artículos discutiremos su predicción y más.
La presión puede ser
- menos de lo normal, llamado subnormal, o
- mayor de lo normal, lo que se ha denominado geopresionado, superpresionado o simplemente presionado anormal.
Las presiones subnormales presentan pocos problemas directos de control de pozos . Sin embargo, las presiones subnormales causan muchos problemas de perforación y planificación de pozos . Para mayor claridad, el término presión anormal identificará las presiones mayores de lo normal.
¿Cuál es la presión de formación?
La presión de formación es la presencia de fluidos en los espacios porosos de la matriz de la roca. Estos fluidos suelen ser aceite, gas o agua salada. La tensión de sobrecarga es creada por el peso de la matriz de roca suprayacente y los poros llenos de líquido. La tensión de la matriz de la roca es la tensión de sobrecarga menos la presión de formación.
Para los cálculos generales, a menudo se supone que el gradiente de tensión de la sobrecarga es de 1.0 psi / pie con una densidad de 19.23 lb / gal, un peso promedio de roca plástica llena de fluido.
¿Cuál es la presión de formación normal?
La presión de formación normal es igual a la presión hidrostática de los fluidos de formación nativos. En la mayoría de los casos, los fluidos varían desde agua dulce con una densidad de 8.33 Ib / gal '(0.433 psi / ft) hasta agua salada con una densidad de 9.0 lb / gal (0.465 psi / ft). Sin embargo, algunos informes de campo indican casos en los que la densidad del fluido de formación normal era superior a 9,0 lb / gal. Independientemente de la densidad del fluido, la formación de presión normal se puede considerar como un sistema hidráulico abierto en el que la presión se puede comunicar fácilmente en todas partes.
La relación entre atrapamiento y presión anormal
Las formaciones anormales no tienen la libertad de comunicaciones de presión. Si lo hicieran, las altas presiones se disiparían rápidamente y volverían a las presiones normales. Por lo tanto, debe existir un mecanismo de atrapamiento de presión antes de que se puedan generar y mantener presiones anormales. Fertl y Timko enumeraron varios de los sellos de atrapamiento más comunes en todo el mundo (Tabla 1).
Suponiendo que exista un sello de presión, las causas u orígenes de la presión dependen de elementos tales como litología, mineralogía, acción tectónica y velocidad de sedimentación. Fertl enumera muchas de las causas de altas presiones informadas sobre el terreno (Tabla 2). Varias de estas causas se discutirán más adelante.
1 Causas de presión anormal durante la perforación | Compactación de sedimentos.
El proceso de sedimentación normal implica la deposición de capas de varias partículas de roca. A medida que estas capas continúan acumulando profundidad y aumentan la presión de la sobrecarga (roca total), los sedimentos subyacentes se ven obligados a descender bajo el peso de la deposición superficial. La presión de sobrecarga en este caso se define como el total de la presión de la matriz de la roca y la presión del fluido de formación. En condiciones normales de perforación, la presión del fluido de formación es la principal preocupación, debido a su capacidad para provocar un flujo de fluido hacia el pozo bajo ciertas condiciones geológicas y la incapacidad general de la matriz de la roca para moverse hacia el pozo debido a su estructura semirrígida.
La forma en que la matriz de la roca acepta la carga de sobrecarga creciente explica las presiones anormales generadas en este entorno. A medida que aumentan tanto la deposición superficial como la sobrecarga total resultante, la roca subyacente debe aceptar la carga.
La resistencia de la matriz de la roca puede aumentar con un aumento en el contacto de grano a grano de las partículas de roca individuales. Esto implica que la porosidad resultante debe disminuir con la profundidad en condiciones sedimentarias normales. Esta relación se puede ver en las Figs. 3 y 4. Si el proceso normal de compactación de la porosidad está prohibido al no dejar escapar los fluidos en los espacios porosos, la matriz de la roca no puede aumentar su contacto grano a grano ni su capacidad de soporte de sobrecarga.
Dado que la carga total de sobrecarga continúa aumentando con la sedimentación y la matriz de la roca ya no puede soportar su carga, los fluidos en los poros de la roca deben comenzar a soportar parte de la sobrecarga, lo que resulta en presiones de fluido más altas de lo normal (Fig.4 ). La profundidad a la que se encuentran las porosidades anormalmente altas generalmente se supone que es la profundidad inicial a la que se encuentran las presiones anormales.
El mecanismo de sellado
Debe estar presente un mecanismo de sellado para atrapar las presiones anormales en su entorno. El mecanismo de sellado más común en cuencas de depósito continuas es una capa de roca de baja permeabilidad, como una sección de lutita limpia. La lutita reduce el escape normal de fluidos, lo que provoca subcompactación y presiones anormales de fluidos.
Cálculo de la presión de las formaciones
Una vez que entendemos cómo la compactación de sedimentos causa una presión anormal durante la perforación, debemos saber que las presiones de formación que resultan de la subcompactación a menudo se pueden aproximar con algunos cálculos simples. Si se asume que la compactación no ocurre por debajo de la profundidad de la barrera, el fluido de formación debajo de la barrera debe soportar toda la sobrecarga, la matriz de roca y los fluidos de formación. La presión se puede calcular con la ecuación. 3.1:
EQ.1: P = 0,465 psi / pie D B + 1,0 psi / pie (D l - D B )
Donde:
D l = profundidad de interés debajo de la barrera, ft
D B = profundidad de la barrera, es decir, sección de baja permeabilidad, ft
P = presión de formación a D l psi
En Eq. 1, se supone que el gradiente de presión de sobrecarga es 1.0 psi / pie y el gradiente de presión del fluido de formación normal es 0.465 psi / pie.
Eq. 1 se puede utilizar para aproximar las presiones de formación. Sin embargo, las formaciones normalmente tienen algún grado de compactación por debajo de la barrera. Como resultado, Eq. No se puede esperar que proporcione resultados precisos en la mayoría de los casos. Si es necesario, una serie de cálculos más complejos basados en la ecuación. 1 se puede utilizar para aumentar la precisión del método. No se presentará este complejo procedimiento.
2 causas de presión anormal durante la perforación | Sistemas Artesianos.
Un sistema de agua artesiano puede crear una presión anormal si existen las condiciones estructurales adecuadas. Como se muestra en la Fig. 5, la arena acuosa continua transmitirá presiones hidrostáticas del agua de formación al fondo de la estructura. La presión en la parte superior de la estructura será normal para la profundidad a la que se encuentra. La presión en la parte inferior de la estructura será equivalente a 13,5 lb / gal de peso de lodo. Estas presiones no se pueden detectar con técnicas convencionales.
3 causas de presión anormal durante la perforación | Edificación.
Una presión normal se define en relación con la profundidad a la que se encuentra. Una presión que es normal para una profundidad específica sería anormalmente alta para una profundidad menor. Las acciones tectónicas que levantan secciones de formaciones pueden causar presiones anormales en la sección levantada si las formaciones específicas dentro de la sección levantada están selladas para que las presiones anormales no puedan volver a la normalidad durante el curso del tiempo geológico. No es raro perforar una falla y entrar en un entorno de presión diferente. Se debe tener precaución con respecto a la planificación del pozo porque las presiones a través de una línea de falla pueden ser más bajas, así como más altas, que las presiones en el lado opuesto de la falla.
La figura 6 ilustra el concepto de presiones anormales generadas por la elevación. Se requerirá un lodo de 12.0 lb / gal para perforar el intervalo a 6,000 pies.
La línea de falla sellada. impidió una regresión de la presión a un entorno normal.
4 causas de presión anormal durante la perforación | Camas de sal.
A nivel mundial, los lechos de sal son quizás la causa dominante de que las presiones de formación se acerquen a la tensión total de sobrecarga. La sal de lecho es única en comparación con la pizarra; es impermeable, mientras que la lutita es semipermeable. Además, se comporta plásticamente, transmitiendo la tensión de sobrecarga completa a las formaciones subyacentes. Como se muestra en la Fig. 7, las formaciones debajo de los lechos de sal requerirán pesos de lodo superiores a 19,0 Ib / gal.
5 Diapirismo de la sal (domos de sal).
Los diapiros de sal, conocidos como domos de sal, resultan de una inversión de densidad con un material de baja resistencia al cizallamiento. La naturaleza plástica de la sal le permite "fluir" hacia arriba. Este movimiento puede sobrecompactar formaciones en secciones poco profundas, como se muestra en la Fig. 8. Esta forma de generación de presión crea presiones de formación inusualmente altas en formaciones poco profundas.
6 diferencias de densidad.
Las diferencias de densidad de fluido entre zonas con permeabilidad de conexión pueden causar presiones anormales. El principio del tubo en U es la base subyacente para esto. Como se muestra en la Fig. 9, una zona no horizontal que contiene un fluido de baja densidad requiere pesos de lodo mayores de lo normal para perforar las secciones superiores de la zona. Los requisitos típicos para esta ocurrencia son zonas que tienen mecanismos de sellado en el extremo superior y sin restricciones de permeabilidad en el extremo inferior.
