Modelo conceptual de subsidencia asociado a la extracción de hidrocarburos en un yacimiento no convencional colombiano

Abstract

El proceso de subsidencia del terreno puede tener diferentes causas, algunas de tipo natural y otras de tipo antrópico. Una de las principales causas de tipo antrópico, corresponde a la extracción de fluidos subsuperficiales, bien sea agua o hidrocarburos. Este proceso de subsidencia se analiza mediante el cálculo de las deformaciones en los diferentes estratos y la correspondiente deformación en la superficie del terreno en un cierto tiempo. Las deformaciones en cada estrato son causadas por variaciones en los niveles piezométricos y por los correspondientes cambios en los esfuerzos efectivos, los cuales generan un proceso de consolidación de los materiales, gobernado por las condiciones de compresibilidad de estos.

En Colombia, donde la industria de hidrocarburos es significativa y se está considerando la investigación de la producción de yacimientos no convencionales, es decir aquellos yacimientos que cuentan con características geológicas especiales, surge la propuesta de estudiar la subsidencia derivada de la extracción de hidrocarburos en este tipo de yacimientos.

En esta investigación, se realizará una estimación de los posibles niveles de subsidencia como resultado de la futura producción de hidrocarburos en un yacimiento no convencional de un caso de estudio en Colombia. Con este propósito, se plantea el desarrollo de un modelo conceptual y la utilización de la modelación numérica del proceso de consolidación axisimétrico, considerando los flujos de descarga y de recarga, los tipos de materiales, modelos constitutivos y modelos de poroelasticidad, haciendo uso del software de elementos finitos MIDAS GTS NX. Los resultados de la modelación muestran que las deformaciones esperadas en los estratos de roca localizados entre los 3.852 m y los 3.952 m de profundidad representan un 24% de la subsidencia total, mientras que el depósito superficial localizado entre los 750 m y los 1.140 m de espesor puede representar un 76% de la subsidencia total. Con los datos de análisis se encontró que los niveles de subsidencia en el sitio de estudio son del orden de 38 cm en un tiempo de 50 años (Texto tomado de la fuente).

Land subsidence can have different causes, some natural and others anthropogenic. One of the main anthropogenic causes is the extraction of subsurface fluids, whether water or hydrocarbons. This subsidence process is analyzed by calculating deformations in the different strata and the corresponding deformation on the land surface over a certain period. The deformations in each stratum are caused by variations in piezometric levels and the corresponding changes in effective stresses, which generate a material consolidation process governed by the compressibility conditions of these materials.

In Colombia, where the hydrocarbon industry is significant and there is ongoing research into the production of unconventional reservoirs, that is, reservoirs with special geological characteristics, the proposal arises to study the subsidence derived from hydrocarbon extraction.

In this research, an estimation of the possible subsidence levels as a result of future hydrocarbon production in an unconventional reservoir in a case study in Colombia will be carried out. To this end, the development of a conceptual model and the use of numerical modeling of the axisymmetric consolidation process are proposed, considering discharge and recharge flows, types of materials, constitutive models, and poroelasticity models, using the finite element software MIDAS GTS NX. The modeling results show that the expected deformations in the rock strata located between 3852 m and 3.952 m depth represent 24% of the total subsidence, while the surface deposit of 750 m and 1.140 m thickness can account for 76% of the total subsidence. The analysis data found that subsidence levels at the study site are on the order of 38 cm over a period of 50 years