Las geo presiones se refieren a las presiones existentes en el subsuelo (una roca a determinada profundidad), tales como: presión hidrostática, presión de poro, presión de sobrecarga y presión de fractura.
Estas presiones son muy importantes en la etapa de perforación de pozos, ya que permiten planear las operaciones de perforación. Para cada pozo a perforar se debe determinar una ventana operativa, a partir de la presión de poro y la presión de fractura de las formaciones a perforar.
La incorrecta predicción de las geo presiones pueden ocasionar problemas durante la perforación, por ejemplo: problemas de flujo y descontrol, pegaduras por presión diferencial, pérdidas de circulación, colapsos de tuberías de revestimiento y derrumbes de formación suelen incrementar considerablemente el costo de un pozo y el tiempo de perforación del mismo.
También es común utilizar los valores de presiones como gradientes de presión. Un gradiente de presión es la variación de la presión en función de la distancia.
Presión hidrostática (Ph)
Es la presión ejercida por una columna de fluido, es función de la densidad del fluido y la altura vertical (profundidad vertical verdadera). Tal como lo muestra la Figura 1.
De manera práctica suelen utilizarse las siguientes expresiones matemáticas para calcular la Ph:
El gradiente de presión hidrostática normal para el agua dulce es de 0,433 psi/pie y de 0,465 psi/pie para el agua con 100 000 ppm de sólidos disueltos totales (un agua típica de la Costa del Golfo).
Presión de poro (Pp)
Se define como la presión natural, originada por los procesos geológicos de depositación y compactación, a la que se encuentran sometidos los fluidos contenidos en los espacios porosos. Esta presión es conocida también como presión de formación o presión de yacimiento.
Las presiones de formación se clasifican en:
- Normales: Las presiones que son aproximadamente igual a la presión hidrostática ejercida por una columna de agua de formación a la profundidad de interés. La presión de poro es normal ya que en estas áreas la permeabilidad de la formación ha sido suficiente para permitir la migración de fluidos causada por la reducción de la porosidad.
- Subnormales: Son las presiones menores a la presión hidrostática normal de los fluidos de formación.
- Anormales: Se definen como las presiones mayores que la presión hidrostática normal de los fluidos de formación. Las zonas de presión de poro anormales se originaron durante el proceso de depositación y compactación, formándose una barrera impermeable que impidió la liberación del agua de la formación por debajo de esta barrera. la porosidad de la formación abajo de esta barrera impermeable difiere de la tendencia normal.
Presión de sobrecarga (Psc)
Es la presión ejercida por el peso combinado de la matriz de la roca y los fluidos contenidos en los espacios porosos de la misma (agua, hidrocarburos, etc.), sobre las formaciones subyacentes.
En el caso de la Figura 3, el peso combinado del estrato a (incluyendo los fluidos dentro de sus espacios porosos) generan una presión sobre el estrato b, de la misma forma el estrato a y b generan una presión sobre el estrato c, así sucesivamente sobre los siguientes que se encuentran a mayor profundidad.
Si se conoce la porosidad de los estratos, la densidad de la roca y los fluidos, se puede calcular la presión y el gradiente mediante las siguientes ecuaciones:
Donde:
Para la costa del Golfo de México, se tiene un gradiente de sobrecarga de 0.231 kg/cm²/m. Sin embargo, para casos particulares es conveniente su determinación, ya que con frecuencia ocurren variaciones considerables.
Presión de fractura
Se define como la presión a la cual ocurre la ruptura de una formación. Esto se debe al esfuerzo efectivo (σ) generado por el contacto grano a grano de la matriz de la roca, el cual está en función de la sobrecarga a una profundidad determinada.
Ventana operativa de perforación
La ventana operativa es el área comprendida entre las curvas de presión de poro y presión de fractura, en una gráfica de presión contra profundidad.
Una ventana operativa de un pozo nos indica los límites de presión o gradientes de presiones para perforar el pozo de manera segura, esto es entre la presión de poro y la presión de fractura (presión de control). La presión del pozo de ser mayor a la presión de poro para asegurar la estabilidad del pozo, evitar que los fluidos de formación entren al pozo, entre otros, y menor a la presión de fractura para no fracturar la formación, presentar pérdida de lodo de perforación.
Las densidades del lodo de perforación deben ser las adecuadas para que la presión en el pozo se mantengan dentro de la ventana operativa del pozo, tal como muestra la Figura 5.
Los datos utilizados para el diseño de la ventana operativa del pozo (Figura 5), fueron las velocidades sísmicas, correlaciones petrofísicas, pruebas de goteo, eventos de perforación, pozos de correlación y estudio geomecánico.
En común representar gráficamente el comportamiento de las geo presiones en función de la profundidad, en el eje vertical la profundidad y en el eje horizontal las densidades del lodo de perforación y los gradientes de presión (en unidades de densidad).
Con lo anterior podemos saber los rangos de densidades en los fluidos de perforación, determinar profundidades de asentamiento de tuberías de revestimiento, controlar el pozo, entre otros.
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Referencias bibliográficas
- Cruz, J. I. (2020). Apuntes de Clase: Ingeniería de Perforación de Pozos. Ingeniería Petrolera, UPAV.
- Comisión Nacional de Hidrocarburos, 2020. Autorización de la Perforación del Pozo Exploratorio Terrestre Quesqui-2DEL.
- PEMEX UPMP. (2008). Guía para la predicción de geopresiones. Gerencia de Ingeniería y Tecnología de la Unidad de Perforación y Mantenimiento de Pozos (UPMP), PEMEX Exploración y Producción.
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Autor: José Ignacio Cruz Reyes
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