Juan Carlos Rojas – Pan AmericanOctubre 11, 2006

Stress Cage –Aumentando la Resistencia a las fracturas de las Formaciones.

TecVH PP

)(1

Assume tectonic

stress is zero here

Conventional Fracture Gradient Design Principles

Pore Pressure Poisson’s Ratio

s.g.

Presiónde Poro

Gradientede Fractura

Overburden

1.0 1.5 2.0

Comportamiento del Gradiente de fractura vs. Presión de Poro

Presión de Poro – Gradiente de Fractura

Definición

• Stress Cage: Una Región de alta resistencia (elevada resistencia a la fractura) concéntrica a las paredes del pozo, generada por la presencia del agujero y los sólidos de puenteo asociados al fluido de perforación.

La cuna genera una separación de la formación haciendo la Formación mas fuerte.

Areas potencialmente débilesdonde la fracture puede crecer.

El Concepto de la Nueva Solución

La Compresión se siente Parcialmente aquí

… y aquí

El Concepto de la Nueva Solución

Se colocan cunas adicionales

…… generando un incremento en la presión de fractura o “Stress Cage” alrededor de la cara del pozo

Iniciar una fractura se hace mas difícil

El Concepto de la Nueva Solución

Solución Actual

La fractura se mantiene abierta por la presión del fluido.

Solución Actual

El Fluido se filtra enLa formación permeable… leads to pressure drop

La caída de presión del fluidotransfiere alta compresión al Puente de partículas

… y la fractura se cierra

Modelo del Stress Cage.

-1.0

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Distance from centre of wellbore (ft)

Ha

lf A

pe

rtu

re (

mm

)

Frac shape before bridging

Fracture shape after bridging

Formación Permeable

Pozo Forma de la

Fractura Inicial

Anc

ho (

mm

)

El tamaño inicial de la fractura define el tamaño

critico de los sólidos a adicionar.

Concentración de Agentes de puenteo

VSOL = vol. de una línea continua de sólidos, con diámetro igual al tamaño de la fractura.

VFRAC= Volumen de la fractura

Ancho de la fractura

Conc. Prod. = VSOL x SOL

VFRAC x PGTFW

PGTFW = Proporción de agentes de puenteo con sólidos iguales o mayores que el ancho de la fractura.

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00

time/mins

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

Su

rfa

ce

Pre

ss

ure

(p

si)

Prueba de Stress Cage en shale de la cuenca de Arkoma.

Base Mud L.O.T.Base Mud RepeatDesigner Mud

formation

strength

Se incrementa la resistencia a la fractura del shale desde 16 PPG a 22

PPG

9-5/8” Casing at 3000’

9 PPG Oil Base MudFormation Breakdown

Initial

PRODUCTCONC. (ppb)

SAFE CARB 500 25 ppb

SAFE CARB 250 20 ppb

SAFE CARB 40 10 ppb

G-SEAL 25 ppb

Designer mud

breakdown

Casos Reales en GoM ShelfAREA POZO FG FR CAMBIO DP

Ewing Banks 826 #A-2ST-1BP-1 10.5 ppg 13.3 ppg 2.8 ppg 5100 psi

Grand Isle 39 #J-4ST-1 13.2 ppg 13.6 ppg 0.4 ppg 2200 psi

Grand Isle 52 #L-12

Grand Isle 52 #L-12ST-1

Grand Isle 52 #L-12ST-1BP-1 12.0 ppg 14.0 ppg 2.0 ppg 5400 psi

Ewing Banks 826 #A-5ST-1 11.8 ppg 12.3 ppg 0.5 ppg 3400 psi

West Cameron 65 #F-1 12.7 ppg 16.8 ppg 4.1 ppg 5900 psi

Miss. Canyon 109 #A-25st-2 11.6 ppg 13.2 ppg 1.6 ppg 2900 psi

Matagorda Is. 622 #D-4 10.8 PPG 13.2 PPG 2.4 PPG 7500 psi

Miss. Canyon 109 #A-24 11.2 ppg 12.5 ppg 1.3 ppg 1700 psi

Prácticas de Perforación• Los aditivos del fluido de perforación son Carbonato de

calcio de diferentes tamaños (hasta 800 micrones) como material de puenteo y grafito como sellante.

• La zona debe ser perforada despacio para permitir que la fractura ocurra bajo el trepano y permitir la formación del puenteo.

• En caso necesario, el ensanchamiento del pozo debe realizarse simultáneamente.

• El sello debe hacerse en la boca de las fracturas.• Se deben evitar variaciones bruscas de presión para

evitar la remoción del puenteo• Una vez formado el sello del Stress Cage, el sello

permanece indefinidamente en las arenas, en el shale mantener el sello es mucho mas difícil.

Selección de los materiales de puenteo.

• El puenteo debe ser impermeable para no permitir paso de fluido, lo cual puede propagar la fractura.

• Estimar el ancho de la fractura usando el modelo.• Utilzar materiales fuertes como el carbonato de Calcio marmolado y de tamaño lo

suficientemente grande para sellar en la boca de la fractura.• En formaciones permeables diseñe el tamaño de partícula para sellar la formación y

también la fractura.• Usar una combinación de sólidos sellantes para cubrir el rango de menos de 1

micrón hasta el ancho de la boca de la fractura.• Para la determinación de los sólidos sellantes, tenga en cuenta los sólidos existentes

en el lodo tales como la barita.

Tres Estrategias de Aplicación• Adiciones continuas mientras se perfora usando el

ECD.– Se usa cuando las arenas depletadas deben ser

perforadas con un peso mayor al gradiente de fractura de la formación.

– Usado en +/- 60% de los casos.

• Píldora colocada en el fondo y luego FIT.– Se usa cuando las arenas pueden ser perforadas por

debajo del gradiente de fractura, pero después de perforada, el peso del lodo se incrementa.

– Usado en +/- 30% de los casos.

• Píldora colocada en fondo mientras se corre el Casing.– Se usa para prevenir perdidas de lodo en arenas mientras

se corre el casing o mientras se cementa. – Usado en +/- 10% de los casos.

Perforando - Tuscaloosa Parlange No. 11Depth (ft TVDBRT)

13,000

14,000

15,000

16,000

17,000

18,000

19,000

20,000

21,000

‘A’ Sands

‘B’ Sands

‘C’ Sands

Pore Pressure & Frac Gradients (ppg)0 4 8 12 16 20

Pore Pressure

FG (Shales)

Mud Wgt

Sand FG

• Per

foro

exito

sam

ente

con

16

ppg

OBM

• Per

dida

s m

ient

ras se

circ

ulo

únicam

ente

West Cameron 65 #F-1ST1Shale FGSand FGMud

0

2000

De

pth

TV

D (

ft)

6000

8000

10,000

12,000

14,000

4000

8 10 12 14 16Pressure (PPG)

18

Pore Pressure

Stress Cages

7”

PRODUCTCONC. (ppb)

BAROCARB 600 0.25 ppb

BAROCARB 150 20 ppb

STEELSEAL 10 ppb

BORE PLATE 2 ppb

ENVIROMUL 82/18

Se incrementó el gradiente de fractura de 12.7 PPG a 16.8 PPG

Presentación adicional

Aplicación Continua:Uso de zarandas para prevenir perdida de material sellante.