La geomecánica aplicada a la producción de arena

Abstract

El presente informe tiene como objetivo servir de base de calificación para obtener el Grado profesional en la modalidad de Curso de Actualización de Conocimientos. Asimismo, contribuir al desarrollo de la industria, al dar luz sobre aspectos poco conocidos pero relevantes de la forma como se da solución a problemas comunes en las operaciones de exploración, perforación y producción de los campos petroleros. El presente trabajo se centra en como la geomecánica ayuda a prevenir, controlar, minimizar y remediar la producción de arena. En la industria del petróleo, la Geomecánica se aplica al estudio de las deformaciones y fallas de las rocas sedimentarias durante la exploración, perforación y producción del campo Durante la vida productiva del pozo, la producción de arena causa serios y distintos problemas como costosas operaciones de limpieza, producción de petróleo disminuida, y de erosión y obstrucción de las instalaciones de transporte y tratamiento. Ésta, es causada por la existencia de esfuerzos de la matriz de la roca y por factores menos estudiados como la viscosidad de fluido y régimen de flujo, y que finalmente causan agrietamientos y descascaramientos de las paredes del pozo que conllevan a la producción de arena, en consecuencia, la posible formación de cavernas Para la creación de modelos matemáticos que puedan ser integrados en un programa de computo que permita predecir el comportamiento de la roca, se cuenta con diversas fórmulas, ya teóricas, ya empíricas, las cuales han sido modificados y mejorados a lo largo de los años. Todos los modelos relacionan que relaciona los esfuerzos de tierra y la presión de fluidos con el esfuerzo de corte necesario para que el material falle por cizalladura. Algunos de ellos son: Criterio de Mohr-Coulumb. La relación entre los esfuerzos de tierra y de corte genera un lugar geométrico con forma de círculo. El Criterio de Rotura según Mohr relaciona los esfuerzos de tierra y de corte por medio de una línea recta, la cual es tangente a los Círculos de Mohr. Criterio de rotura de Griffith. Posee una forma parabólica, la cual se ajusta a los resultados de ensayos para la mayoría con especímenes de rocas, pero no proporciona un buen modelo del comportamiento del material, ya que ignora las fuerzas friccionales de las fisuras cerradas. Criterio de Hoek-Brown. Desarrollada a partir del Criterio de rotura de Griffith, ajustado mediante ensayos triaxiales a los materiales. Criterios empíricos varios, que se basan en ajustes a las curvas de ensayos con especímenes de roca. La mayoría son ecuaciones de forma exponencial compleja, con constantes determinadas empíricamente. Los métodos numéricos más usados para modelar el comportamiento de la roca se clasifican en dos tipos: Métodos de Contorno. Únicamente el contorno del objeto de estudio se discretiza, el resto de la roca es tratado como un continuo infinito. Posee la ventaja de no requerir gran fuerza de cómputo para calcularse. Métodos de Dominio. Son los más usado en ingeniería. Se usan unidades discretas para describir toda la roca. Necesitan más fuerza de cálculo, sobre todo si se considera la roca como un medio discontinuo, en cuyo caso se necesitarán numerosas iteraciones y hasta que las ecuaciones de equilibrio dinámico, leyes de contacto y ecuaciones de contorno queden satisfechas.