Importancia de la Geomecánica

“Una roca es cualquier masa sólida de materia mineral, o parecida a mineral, que se presenta de forma natural como parte de nuestro planeta, y un yacimiento es una roca porosa y permeable saturada con petróleo, gas o agua” [1]. Debido a la acción de las capas suprayacentes, se generan esfuerzos y presiones sobre todo el yacimiento, el pozo y terminaciones. Pero no son sólo éstas capas que se encuentran por arriba del yacimiento las que causan dicho problema, también contribuyen a esto los procesos de perforación producción e inyección, la tectónica regional, la actividad sísmica de la zona, las interacciones entre la roca y el lodo de perforación, entre otras.

Como sabemos la porosidad es la fracción del volumen total de una roca que representa los espacios vacíos, y la permeabilidad es la capacidad que posee la roca de permitir el paso de fluidos a través de sus poros interconectados. Cuando la roca está sometida a esfuerzos (medida de la fuerza que actúa sobre una determinada área) se genera una reducción en el volumen poroso y por ende se ven afectados tales parámetros tan importantes como lo son la porosidad y la permeabilidad. Si estos esfuerzos no son reconocidos y no se está preparado para afrontarlo, los costos de las operaciones de una zona prospectiva pueden ser cuantiosos; superando en grandes cantidades los costos establecidos en un principio. Estos esfuerzos no sólo afectan al yacimiento en cuestión sino también a las formaciones adyacentes.

Para atacar este problema las compañías E&P recurren a la geomecánica, ciencia que estudia cómo las rocas y los fluidos que contienen responden a los cambios de esfuerzo, la presión y la temperatura, originado por las razones ya mencionadas. La geomecánica está siendo utilizada frecuentemente en los últimos tiempos, más aún cuando se trata de áreas tectónicamente activas, o aguas muy profundas de alta presión y temperatura. Los estudios de campo realizados por Schlumeberger demuestran que ésta ciencia ayuda a optimizar las operaciones de perforación y producción de yacimientos complejos.

Los esfuerzos varían según su origen, magnitud, dirección, litología, presión de poro y temperatura; y como sabes tienen dos componentes: la normal y la de corte. Recordando un poco, el esfuerzo normal (s) se aplica en un plano perpendicular a la superficie de la roca, mientras que el esfuerzo cortante (t) actúa a lo largo de dicho plano. En la siguiente figura se puede observar la acción de los esfuerzos en la tierra:

La disposición de los ejes varía con el buzamiento del yacimiento. Estos esfuerzos producen deformaciones que a la larga se traducen en fracturamiento o fallamiento. La estructura interna de la roca puede determinar si una determinada magnitud del esfuerzo hará que una roca se deforme o falle por completo, y puede incidir en el alcance y la orientación de las fracturas.
Las deformaciones pueden ser plásticas (cuando las rocas regresan a su estado original después de estar sometida a un esfuerzo) o elásticas (la roca no vuelve a su estado original porque se producen cambios internos no reversibles).

Los cambios causados por los esfuerzos probablemente ocasionaran problemas de inestabilidad del hoyo mientras se perfora o de producción de arena en la terminación.

Influencia de la perforación: esta actividad trasforma el equilibrio inicial de los esfuerzos presentes en el área cercana al pozo; porque a medida que se perfora el hoyo se excava un volumen cilíndrico de roca. Cuando se perfora, al extraer ese volumen cilíndrico de roca, se cambia por uno de fluido de perforación. La presión que ejerce el lodo no se equilibra con los esfuerzos, que tratan de distribuirse en la pared del pozo y mientras esto ocurre los esfuerzos pueden aumentar de tal manera que deformará el pozo. Este problema se puede extender a pérdida del lodo de perforación, atascamiento de tuberías, fractura hasta abandono del pozo; y esto significa un mayor costo desde todos los puntos de vistas. Como se puede ver las fatales consecuencias de no tomar en cuenta los estudios geomecánicos a la hora de llevar a cabo la planificación y ejecución de la perforación de un pozo.

El simple acto de obviar a geomecánica al momento de estudiar el yacimiento, provocará graves consecuencias como inestabilidad del pozo, pérdida del lodo de perforación en volumen significativo, atascamiento de la tubería, compactación del yacimiento, producción de arena, reactivación de fallas y hasta pérdida de sello.

1. TARBUCK, Edward (2005). Ciencias de la Tierra (Una introducción a la geología física). Madrid, Pearson Prentice Hall.

Oilfield Review Schlumberger.