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IMPORTANCIA DE UN ESTUDIO ÓPTIMO DE GEOMECANICA Y MODELOS GEOMAGNETICOS DURANTE LA PERFORACIÓN DE POZOS PETROLEROS

Partiendo del estudio de la Ingeniería de perforación y sus áreas conexas, llegamos de manera inevitable a la necesidad de aplicar las nociones mas elementales de la Geomecánica para así poder avalar los respectivos diseños del pozo durante la perforación así como sus respectivas correcciones en trayectoria de allí es como debemos entender la Geomecánica en si y es de esto que versa el presente articulo.

La geomecánica es la disciplina que estudia las características mecánicas de los materiales geológicos que conforman las rocas de formación. Esta disciplina está basada en los conceptos y teorías de mecánica de rocas y mecánica de suelos, que relacionan el comportamiento de la formación bajo los cambios de esfuerzo producto de las operaciones petroleras de perforación, completación y producción de pozos.

Sus orígenes se remontan  a principios de siglo, las aplicaciones petroleras empiezan a tener mayor divulgación al comienzo de la década de los 70, por lo tanto esta es una disciplina altamente novedosa y de alto impacto para la ingeniería de petróleo.

La geomecánica utiliza resultados experimentales de campo y laboratorio conjuntamente con soluciones analíticas (modelos matemáticos y/o físicos) para resolver problemas particulares.

Antiguamente, la mayoría de los departamentos de perforación y producción no estaban particularmente al tanto de los esfuerzos presentes en las formaciones y la geomecánica; muchos yacimientos se consideraban técnicamente sencillos y habían experimentado un grado de agotamiento apenas limitado. Pero la declinación de las reservas y los precios favorables del petróleo están induciendo a los operadores a perforar pozos más profundos e intrincados (multilaterales, tipo S, altamente inclinados, etc.), a la vez que las nuevas tecnologías prolongan las vidas productivas de los campos maduros. Por lo tanto, los operadores están centrando más su atención en la geomecánica cuando evalúan las dificultades que se plantean en las operaciones de perforación y producción; especialmente aquellos que se esfuerzan por proteger sus inversiones en operaciones de terminación de pozos onerosas, particularmente en áreas prospectivas tectónicamente activas o de aguas ultra profundas en ambientes sumamente riesgosos con presiones y temperaturas  elevadas.

El hecho de ignorar la importancia de la geomecánica puede acarrear consecuencias severas. Un grado excesivo de pérdida de lodo, inestabilidad del pozo, compresión o colapsos de las tuberías, compactación del yacimiento, producción de arena, reactivación de fallas y pérdida de sello del yacimiento pueden, en todos los casos, ser una manifestación de cambios en los esfuerzos ejercidos sobre una formación.

BENEFICIOS DE LA GEOMECANICA:

-Garantizar la seguridad durante la perforación, a través del análisis de deformaciones, niveles de presiones, tensiones, etc.

-Determinación de la estabilidad estructuralmente controlada de las labores de preparación y explotación, verificando en cada una de ellas la formación de yacimientos inestables (propensos al colapso). 

-Permitirá definir las orientaciones más favorables de las labores de preparación y desarrollo a ejecutarse.

-Permitirá definir las secuencias de explotación, tanto a nivel global como particularmente.

-Permitirá seleccionar y diseñar alternativas de nuevos métodos de explotación en las futuras zonas de explotación. Así como establecer algunas variantes en el método de explotación utilizado.

-Permitirá reducir de manera efectiva la incertidumbre asociada a la perforación del pozo, pues al tener un estudio eficaz se pueden prever aquellas áreas y/o arenas cuyo comportamiento puede alterar de manera significativa el diseño del pozo durante las operaciones.

MODELO GEOMAGNÉTICO

Actualmente es bien sabido que el 95% del campo magnético de la Tierra es producido en su interior. Por lo que, dentro de este existe un mecanismo que es capaz de generar y mantener el campo de un simple dipolo.

La explicación está en las propiedades y movimientos del núcleo de la Tierra, un cuerpo esférico de material metálico, probablemente de una composición níquel-hierro, cuya parte externa se encuentra en estado líquido. El diámetro del núcleo es de alrededor de 6920 Km., poco mayor que el radio terrestre. El núcleo se encuentra rodeado por el manto, consistente de roca semisólida y de un espesor de 2860 km.

El magnetismo interno de la Tierra se explica por la llamada teoría del dínamo, según la cual el núcleo externo (de consistencia líquida) está dando vueltas lentamente, con respecto al manto semisólido, generando de esta manera corrientes eléctricas que rodean al núcleo. Estas corrientes generan a su vez un campo magnético, parte del cual escapa a la superficie de la Tierra, dándonos el campo magnético que observamos, y otra parte interacciona con el núcleo líquido que está en movimiento, sosteniendo de esta manera la acción del dínamo.

Acá se muestra un esquema ilustrativo del funcionamiento del dínamo. Por algún mecanismo se pone a girar el disco (material conductor), entonces la presencia del campo magnético de un imán, inicialmente colocado cerca del disco, pone en movimiento las cargas libres del conductor gracias a la fuerza de Lorentz, produciéndose una corriente que circula por la bobina que a su vez genera un campo magnético el cual interactúa con el disco y así nuevamente se genera la corriente.

Componentes del campo Geomagnético

La intensidad del campo geomagnético es representada generalmente de dos maneras (Campbell 2003):

—  Componentes XYZ: Tres componentes ortogonales entre sí, siendo X y Y componentes horizontales que apuntan hacia el Norte y Este respectivamente. Z es la componente que apunta hacia el centro de la Tierra.

—  Componentes HDI: H es la magnitud de la componente horizontal que es considerada positiva cualquiera sea su dirección ; D es la declinación magnética: ángulo que se mide desde la componente X hacia H; e I es el ángulo formado entre la intensidad total y la componente horizontal.

Acá ilustramos la relación existente entre estas componentes.

Por simple geometría la relación entre las variables está dada por:

En coordenadas esféricas obtendríamos el siguiente grafico:

En el cual  las direcciones mas importantes son la colatitud θ, medida desde el polo norte geográfico a lo largo de una línea de longitud; el ángulo ¢ (longitud) que apunta hacia el este a lo largo de una línea de latitud, medida desde una longitud de referencia; y la dirección radial, r, que es medida desde el centro de la Tierra.

En la superficie de la tierra (r = r_T) el campo, B, en coordenadas esféricas es

El sistema de referencia asociado a estas coordenadas es aquél cuyo eje z coincide con el eje de rotación de la Tierra.

Es importante entender que el contar con un modelo Geomagnético debidamente actualizado nos permite reducir la incertidumbre operacional durante la perforación con respecto a los objetivos finales, logrando con ello pozos altamente óptimos y con un alto grado de certeza. (Esto nos permitirá reducir nuestros costos y por ende nuestros tiempos asociados a las operaciones). Dichos modelos geomagnéticos se deben de revisar y reajustar de manera sistemática por un equipo multidisciplinario de especialistas  los cuales deben  ser los encargados de velar y certificar dichos modelos cada vez que ocurre un evento telúrico cuya incidencia sobre los mismos ya está altamente comprobada a nivel mundial (recordemos como el eje magnético se ha ido desplazando durante los últimos 5 años). 

Por: Victor Manuel Campos Cachima 

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Ing. de Sistemas con 16 años de experiencia en la industria 

PhD. Ciencias de la Computacion. 

email: camposvg1968@gmail.com