Stress Cage –
Aumentando la Resistencia a las fracturas de
las Formaciones.
Juan Carlos Rojas – Pan American
Octubre 11, 2006
Conventional
Fracture
Gradient
Comportamiento del Gradiente de
fractura
vs. Principles
Presión de Poro
Design
Overburden
H  P

1 
( V  P )   Tec
Presión
de Poro
1.0
Assume
tectonic
stress is zero
here
Gradiente
de Fractura
1.5
2.0
Presión de Poro – Gradiente de Fractura
Pore Pressure
1 .3 5
Poisson’s Ratio
s.g.
0 .4 0
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.
El Concepto de la Nueva Solución
Areas potencialmente débiles
donde la fracture puede crecer.
La cuna genera una separación de la formación
haciendo la Formación mas fuerte.
El Concepto de la Nueva Solución
… y aquí
La Compresión se siente
Parcialmente 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
Solución Actual
La fractura se mantiene abierta por
la presión del fluido.
Solución Actual
El leads
…
yFluido
la fractura
tosepressure
filtra
se en
cierra
drop
La formación permeable
La caída de presión del fluido
transfiere alta compresión al
Puente de partículas
Modelo del Stress Cage.
1 .0
F ra c s h a
p e b e fo rede
b rid g
El tamaño
inicial
lain g
fracturaF radefine
el tamaño
c tu re s h a p e a fte r b rid g in g
critico de los sólidos a
adicionar.
0 .8
0 .6
0 .2
Pozo
0 .0
-0 .2
0
0 .2
Ancho (mm)
H alf A p ertu re (m m )
0 .4
Forma de la
0 .4
Fractura Inicial
0 .6
0 .8
-0 .4
Formación Permeable
-0 .6
-0 .8
-1 .0
D is ta n c e fro m c e n tre o f w e llb o re (ft)
1
Concentración de Agentes de puenteo
Volumen de la fractura
V=FRAC
VSOL = vol. de una línea continua de
sólidos, con diámetro igual al
tamaño de la fractura.
Ancho de la fractura
Conc. Prod. =
VSOL x rSOL
VFRAC x PGTFW
PGTFW
= Proporción de agentes de
puenteo con sólidos iguales
o mayores que el ancho de
Prueba de Stress Cage en shale de la cuenca de Arkoma.
2400
Se incrementa la resistencia a la
fractura del shale desde 16 PPG a 22
PPG
Designer mud
2200
Base Mud L.O.T.
Base Mud Repeat
Designer Mud
breakdown
2000
Surface Pressure (psi)
1800
1600
Initial
Formation
Breakdown
9-5/8” Casing at 3000’
9 PPG Oil Base Mud
1400
1200
1000
formation
800
strength
PRODUCT
CONC.
(ppb)
SAFE CARB 500
25 ppb
SAFE CARB 250
20 ppb
SAFE CARB 40
10 ppb
G-SEAL
25 ppb
600
400
200
0
0.00
5.00
10.00
15.00
time/mins
20.00
Casos Reales en GoM Shelf
AREA
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
Mud Wgt
No. 11
Depth (ft TVDBRT)
13,000
FG (Shales)
14,000
Pore Pressure
15,000
16,000
17,000
18,000
19,000
20,000
21,000
Sand FG
‘A’ Sands
‘B’ Sands
‘C’ Sands
0
4
8
12
16
Pore Pressure & Frac Gradients (ppg)
20
Shale FG
Sand FG
Mud
Pore Pressure
West Cameron 65 #F-1ST1
0
Stress Cages
2000
Se incrementó el gradiente de fractura
de 12.7 PPG a 16.8 PPG
PRODUCT
CONC.
(ppb)
BAROCARB 600
0.25 ppb
BAROCARB 150
20 ppb
STEELSEAL
10 ppb
BORE PLATE
2 ppb
ENVIROMUL
82/18
Depth TVD (ft)
4000
6000
8000
10,000
7”
12,000
14,000
8
10
12
14
16
Pressure (PPG)
18
Presentación adicional
Aplicación Continua:
Uso de zarandas para prevenir
perdida de material sellante.
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