Acoplamiento de un modelo de flujo de fluidos y geomecánica con el análisis de estabilidad mecánica de pozos en yacimientos naturalmente fracturados aplicación a un caso colombiano

Abstract

La inestabilidad de pozos es ocasionada por factores químicos y mecánicos ó una combinación de estos, y son consecuencia de la potencialidad que tiene la roca de fallar por compresión o por tensión. El problema se hace mayor cuando los pozos son perforados en zonas tectónicamente activas, yacimientos de formación geológica reciente, formaciones naturalmente fracturadas, y en pozos direccionales de trayectorias complicadas. El control e implementación de procedimientos de remediación que permitan dar solución a problemas directos o asociados a la estabilidad de pozo, incrementan el tiempo de perforación, generando millones de dólares en costos adicionales durante esta etapa. Por tales razones se desarrolló este proyecto que pretende modelar numéricamente la estabilidad mecánica de pozos en formaciones naturalmente fracturadas, acoplando las ecuaciones de flujo de fluidos con las ecuaciones de deformación geomecánica y a su vez a un criterio de falla dado, utilizando un modelo constitutivo no-lineal. Se construyó un modelo acoplado en 3D, en coordenadas cilíndricas, el planteamiento numérico se realiza en diferencias finitas con un esquema totalmente implícito, tomando una malla de discretización con nodo distribuido y espaciamiento irregular. El modelo se basa en las siguientes suposiciones: i) en el centro del yacimiento se ubica un único pozo vertical el cual está siendo perforado y a través del cual ocurre flujo de fluidos, ii) isotropía y anisotropía de esfuerzos, iii) las propiedades de la roca pueden variar con el esfuerzo efectivo, iv) el yacimiento es considerado como un sistema poro-elástico e isotérmico, donde el esqueleto sólido de la roca presenta deformación elástica no-lineal. Con la aplicación del modelo se generan ventanas de lodo, que permiten visualizar las condiciones mecánicas de inestabilidad de pozo, con las cuales se trata de disminuir la incertidumbre que existe al perforar, en una zona compleja geológicamente y tectónicamente activa como el Piedemonte Llanero.