Daño geomecánico de sistemas naturalmente fracturados debido a esfuerzos inducidos por producción de fluidos

Abstract

Cuando se perfora una formación se genera una redistribución de esfuerzos en los alrededores del pozo lo que puede inducir disminución en la permeabilidad (daño geomecánico - DG) particularmente en sistemas naturalmente fracturados. Esto ha despertado interés en la industria y ha permitido el desarrollo de múltiples técnicas de caracterización estática de las fracturas naturales, así como su deformabilidad con el estado de esfuerzos (caracterización dinámica). Por otro lado, los estudios acerca de la deformabilidad de las fracturas con esfuerzos han sido, en muchos casos, limitados y asumidos en escenarios ideales que no representan las condiciones in-situ del pozo. Si se desea mitigar el daño geomecánico debido a esfuerzos inducidos por producción de fluidos es necesario entender la variabilidad espacial y temporal de la permeabilidad de las fracturas naturales en función de la deformabilidad de la fractura con los esfuerzos a condiciones in-situ. Este estudio desarrolla un modelo analítico que acopla los atributos estáticos de las fracturas naturales, las propiedades geomecánicas de la roca, los esfuerzos en los alrededores del pozo y los esfuerzos normal y de cizalla al plano de fractura, en modelos de permeabilidad de las fracturas naturales. La aplicación de modelos de permeabilidad en función del esfuerzo efectivo normal al plano de fractura evidencia variaciones considerables de la permeabilidad de la fractura en los alrededores del pozo, especialmente en la dirección del esfuerzo horizontal mínimo porque es perpendicular al esfuerzo horizontal máximo. La apertura y la frecuencia de la fractura, la orientación del plano de fractura, la orientación del esfuerzo horizontal máximo y del esfuerzo horizontal mínimo, la tasa de flujo, y la posición tangencial del pozo son propiedades que tienen alta influencia sobre el comportamiento de la permeabilidad de las fracturas. Por su parte, propiedades de la roca, como la relación de Poisson, no tienen un impacto a destacar sobre las variaciones de la permeabilidad de las fracturas.

Abstract: When a formation is drilled a redistribution of the stress around the wellbore is generated, maybe triggering a decrease in the permeability (Geomechanical Damage – GD), particularly in natural fractured systems . This has catched the attention to the industry and it has lead the development of several techniques of static characterization as well as its deformability with the stress state (dynamic characterization). On the other hand, studies on the deformability of fractures with stresses have been , in many cases, limited and performed made under ideal conditions that do not represent the in - situ state of the well. In order to mitigate the geomechanical damage is necessary to understand the spatial and temporal variability of the permeability of the natural fractures as function of the deformability of fractures with stresses at in situ conditions. This study develops an analytical model that couples the static attributes of natural fractures, the rock geomechanical properti es, the stresses around the wellbore and the normal and shear stresses to fracture plane, with natural fractures permeability models. The application of the permeability models as function of effective stress normal to the fracture plane shows considerabl e variations in fracture's permeability in the near -wellbore region, especially in the direction of the minimum horizontal stress because it is erpendicular to the maximum horizontal stress. The fracture's width and frequency, the orientation of the fracture's plane, the orientation of the maximum and minimum horizontal stress, the flow rate and the tangential position are all properties that highly influence the behavior of the fracture's permeability. On the other hand, rock properties like the Poisson ́ s ratio, do not significantly impact the variations of the permeability of the fractures.