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Jan 07, 2024

El papel de la presión de sobreequilibrio en la alteración inducida por el lodo del sistema de poros de la roca arenisca

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 8367 (2022) Cite este artículo 1319 Accesos 1 Citas Detalles de métricas La presión de exceso de equilibrio es un parámetro muy crítico en las operaciones de perforación. Tiene un

Scientific Reports volumen 12, número de artículo: 8367 (2022) Citar este artículo

1319 Accesos

1 Citas

Detalles de métricas

La presión de sobreequilibrio es un parámetro muy crítico en las operaciones de perforación. Tiene un gran impacto en el daño de la formación, dependiendo de otros parámetros del fondo del pozo como la temperatura, el tiempo, el tipo y composición del lodo y el contenido mineralógico de la roca. El objetivo de este estudio es determinar el grado del impacto de la presión de sobreequilibrio en la interacción lodo-roca y los efectos resultantes en el sistema de poros de la roca. Esta investigación presenta un estudio experimental para la interacción de una arenisca Berea Buff y barita a base de agua bajo diferentes presiones de sobrebalance (300, 700 y 1000 psi) bajo la misma temperatura y tiempo de interacción. Los experimentos implicaron el uso del microscopio electrónico de barrido y mediciones de relajación por resonancia magnética nuclear para monitorear los cambios en el sistema de poros de las muestras de roca. Se utilizó una celda de filtración modificada para acomodar las muestras de roca y lodo a diferentes presiones de desequilibrio. Los resultados obtenidos mostraron que las propiedades de filtración, las características del flujo de roca (permeabilidad de la roca, radio de garganta de poro y tipo de escala del sistema de poros) se ven afectadas por el aumento de la presión de sobreequilibrio. Las propiedades de filtración aumentaron en términos de espesor de revoque de lodo y volumen de filtrado en un 111 % y 36 % respectivamente cuando la presión de sobreequilibrio aumentó de 300 a 1000 psi. La porosidad total de la roca mostró una disminución del 21,6% (interacción previa al lodo) a 17,6, 15,2 y 14,2% bajo 300, 700 y 1000 psi, respectivamente. La permeabilidad de la roca disminuyó en un 75% bajo una presión de sobreequilibrio de 1000 psi, mientras que el radio de la garganta de los poros disminuyó en un 45%. Sin embargo, el tipo de poro de la roca permanece en la misma escala (Macro) después de la interacción con el lodo. El análisis estadístico mostró que la porosidad y permeabilidad de la roca disminuyeron con el aumento de la presión de sobrebalance a través de una relación polinómica con un alto coeficiente de determinación de 0,99. El análisis del sistema de poros interno mediante el microscopio electrónico de barrido mostró que el daño de la formación se atribuye principalmente a las precipitaciones de sólidos del lodo a medida que aumenta la presión de desequilibrio.

La operación de perforación es una fase muy crítica y costosa en el desarrollo de campos para la producción de petróleo. El diseño del fluido de perforación y los programas de operación de perforación requieren un estudio profundo de la interacción lodo-roca para lograr un desempeño de perforación seguro y eficiente. La interacción lodo-roca afecta en gran medida la estabilidad del pozo. Como resultado, se pueden encontrar muchos problemas de perforación como resultado de un diseño inadecuado del lodo que genera pérdidas económicas en términos de costo del equipo de fondo de pozo, tiempo no productivo para la operación de perforación y operaciones de remediación de dichos problemas1,2. .

El fluido de perforación representa el corazón de la operación de perforación, ya que proporciona muchas funciones para la operación de perforación, como equilibrar la presión de formación para mantener el pozo bajo control, expulsar los recortes perforados a la superficie para mantener el pozo limpio, lubricar y enfriar la sarta de perforación durante la operación de perforación y mejorar la estabilidad del pozo mediante la formación de torta de filtración en la pared de las formaciones perforadas3,4,5. La composición de los fluidos de perforación está diseñada cuidadosamente para proporcionar propiedades reológicas eficientes para lograr las funciones requeridas durante la operación de perforación y al mismo tiempo proteger la formación perforada contra daños. Por lo tanto, se realizaron muchas investigaciones para proporcionar nuevos materiales como aditivos para que el lodo cumpla tal propósito4,6. El daño a la formación es un problema crítico en la industria petrolera y se han realizado muchos estudios para proporcionar un análisis profundo y soluciones técnicas al problema7.

Las formaciones perforadas están expuestas al sistema de lodo de perforación durante la operación de perforación del pozo, lo que puede causar alteraciones severas en las características de la roca en términos de porosidad, permeabilidad, propiedades de flujo de fluidos, topografía interna de la roca, sistema de poros, propiedades elásticas y resistencia de la roca8,9. ,10. Trabajos experimentales demostraron que todas estas alteraciones se atribuyen a la composición mineralógica de la roca y a la actividad química del lodo, especialmente del fluido filtrado que invade la roca perforada durante la operación de perforación del pozo11,12,13.

La técnica de perforación sobreequilibrada es una de las técnicas más comunes para perforar pozos de petróleo y gas. La técnica impone una presión en el fondo del pozo que es mayor que la presión de poro de la formación perforada, suprimiendo así el influjo de fluido de formación14,15. La presión de sobreequilibrio se conoce comúnmente como presión diferencial. En el caso de una condición de pozo estática sin circulación de lodo, la presión de desequilibrio se logra principalmente por el peso del lodo. En la condición dinámica del pozo, la presión de desequilibrio es proporcionada tanto por la presión de bombeo del lodo como por el peso del lodo16. Como se muestra en la Fig. 1, la presión de sobreequilibrio representa la diferencia entre la presión del fondo del pozo y la presión de la formación perforada. Este parámetro es diseñado por el ingeniero de perforación, quien considera muchos aspectos técnicos como la presión de la formación perforada, la presión de las zonas agotadas y la integridad de la formación17. La presión de sobreequilibrio afecta el rendimiento de la operación de perforación, como la tasa de penetración, el atascamiento del diferencial de la tubería y otros problemas. Por lo tanto, debe diseñarse con investigaciones y análisis profundos18.

Esquema del pozo para mostrar la presión de exceso de equilibrio durante la perforación.

La presión de sobrebalance es la principal presión impulsora que causa la invasión del lodo en la formación perforada, iniciando la interacción lodo-roca y los cambios posteriores en la estructura de los poros internos de las rocas perforadas. El nivel de presión de sobrebalance es uno de los parámetros que afectan el nivel de interacción entre el lodo y la matriz de roca. Se han realizado muchos estudios para investigar las interacciones entre lodo y roca que involucran lodo a base de agua (WBM) ponderado con barita y tipo de roca arenisca en diferentes escenarios: tiempo de exposición, tipo y contenido de arcilla, y diferentes materiales de ponderación. El tiempo de exposición se estudió como un factor clave para la interacción lodo-roca y los resultados experimentales mostraron que existe una clara tendencia en la reducción de la porosidad y la resistencia al aumentar el tiempo de exposición8,19. Otro estudio investigó el impacto del tiempo de exposición en diferentes formaciones de arenisca como Berea Buff and Spider, Bandera Brown y Parker. Las diferentes muestras de roca se expusieron a filtrado de lodo bajo el mismo ambiente de presión y temperatura durante un tiempo de exposición prolongado, y los resultados informaron que el sistema de poros de la roca, la permeabilidad y las características de flujo (permeabilidad de la roca, radio de la garganta de los poros y tipo de escala del sistema de poros) cambian. en diferentes grados según el nivel de interacción del filtrado de lodo con el tipo de arcilla y el contenido presente en la roca, abordando los fenómenos dominantes de disolución y obstrucción de poros para las muestras de roca20. Además, se observó una reducción general de la resistencia dentro de un rango de 6 a 23% para las diferentes muestras de arenisca como resultado de los diferentes tipos de arcilla, contenido de arcilla y estructura de la matriz de arcilla-cuarzo11,21. Se investigó el impacto de los materiales de ponderación en el sistema de poros de las formaciones perforadas para areniscas y rocas carbonatadas, y se encontró que la distribución del tamaño de las partículas del material de ponderación es un factor de control para el mecanismo de obstrucción de los poros y las características del revoque durante la operación de perforación22. 23,24,25.

El sobrebalance como parámetro de perforación afecta significativamente el daño a la formación que puede ocurrir en la formación perforada incluso durante un corto período de perforación con presión sobrebalanceada26. En la literatura, se encontró que la profundidad de invasión de los fluidos de perforación en la roca perforada aumenta con un aumento de la presión de sobreequilibrio hasta un cierto valor, y luego la profundidad de invasión se ralentiza con un aumento adicional de la presión de sobreequilibrio14. En consecuencia, la presión de sobrebalance es un factor crítico para la exposición e interacción lodo-roca, ya que es la principal fuente de daño a la formación perforada y, por lo tanto, este factor debe estudiarse profundamente para mostrar su impacto en la porosidad, permeabilidad y flujo de la roca. características y topografía de los poros internos. Se realizaron análisis experimentales similares en diferentes estudios para evaluar el sistema de poros de la roca perforada y las alteraciones geomecánicas por el impacto de diferentes factores en la interacción roca-lodo para la operación de perforación de fondo de pozo como el tiempo de exposición prolongado8,19, diferentes contenidos de arcilla y tipo 11, 20 y diferentes agentes de ponderación para los fluidos de perforación 22,24. Sin embargo, el estudio actual presenta una extensa investigación para evaluar el papel de la presión de sobreequilibrio en la interacción lodo-roca de la roca arenisca. Las novedosas contribuciones de la investigación actual incluyen proporcionar un flujo de trabajo experimental integrado para evaluar los cambios en el sistema de poros de las rocas con el uso de difracciones de rayos X (XRD) y microscopios electrónicos de barrido (SEM) para estudiar las alteraciones de las rocas y los sistemas de poros. Técnica de resonancia magnética nuclear (RMN) para evaluar la distribución del tamaño de los poros de la roca. El estudio empleó una celda de envejecimiento modificada para el sistema de filtro prensa para acomodar la muestra de roca para la interacción lodo-roca bajo el entorno de presión, temperatura y tiempo para simular las condiciones del fondo del pozo para la interacción lodo-roca durante la operación de perforación.

Se utilizaron muestras de roca arenisca del tipo Berea Buff para representar el tipo de roca con exposición al fluido de perforación de WBM ponderado con barita en las mismas condiciones de temperatura (200 °F), tiempo (30 min de filtración según los procedimientos estándar27), mientras que la presión de sobreequilibrio/diferencial osciló entre 300, 700 y 1000 psi, para investigar el papel de la presión de sobreequilibrio como factor en el proceso de interacción lodo-roca.

La Figura 2 ilustra el diseño experimental para el estudio actual para lograr el objetivo propuesto de estudiar el papel de la presión de sobreequilibrio en la interacción lodo-roca bajo el entorno del fondo del pozo durante la operación de perforación. Las muestras de roca (Berea Buff) se prepararon y cortaron en formas cilíndricas (2 pulgadas de largo por 1,5 pulgadas de diámetro) y se saturaron con 3% en peso de cloruro de potasio (KCl) para proporcionar estabilidad a la arcilla e inhibir el hinchamiento de la arcilla28. Se realizó una caracterización integrada de las muestras de roca como composición mineralógica mediante análisis XRD, SEM y espectrometría de RMN. Esta fase fue seguida por la prueba de filtración, donde las muestras de lodo y roca se acomodaron en la celda modificada para la prueba de filtración como se muestra en la Fig. 3. La interacción lodo-roca se ejecutó bajo el ambiente de temperatura diseñado (200 °F). , tiempo (30 min) y diferentes escenarios de presión desequilibrada (300, 700 y 1000 psi). Durante la prueba de filtración, comienza la interacción lodo-roca, y las propiedades de filtración para la prueba se registraron como volumen filtrado y el espesor de la torta de filtración se registró después de la prueba de filtración. Las propiedades de las muestras de roca se evaluaron después de la exposición al lodo y la roca para compararlas con la condición inicial (muestras saturadas).

Diseño de diseño experimental.

Esquema de la celda modificada para la prueba de filtración.

La composición mineralógica de las muestras de roca arenisca se determinó mediante XRD, lo que mostró que el cuarzo contribuyó con el 91% en peso, la microclina constituyó el 4% en peso, el contenido de arcilla del 5% en peso (que incluye caolinita, esmectita y moscovita con 3, 1, y 1% en peso respectivamente). La estructura de arcilla de cuarzo es muy crítica para la interacción del lodo además del contenido y tipo de arcilla29,30.

El fluido de perforación que se utilizó en este estudio es WBM y se preparó según la formulación de lodo en la Tabla 1. La formulación contiene agua como fluido base para el fluido de perforación WBM, polímero (XC) y bentonita como control de la viscosidad del lodo, almidón. se agregó para controlar la pérdida de fluido, carbonatos de calcio con un tamaño de 50 micras (D50) como agente puenteante y se utilizó barita para controlar el peso del lodo. Las propiedades reológicas del lodo para la formulación se midieron a una temperatura de 80 °F como procedimiento normal en el sitio de la plataforma y los valores registrados se enumeraron en la Tabla 2, ya que el peso del lodo es de 12,25 ppg y el pH de 9,5, que se considera un buen rango para el pH del lodo que mejorará en gran medida las propiedades de filtración del lodo31. La viscosidad del lodo fue de 13 cP, mientras que el punto elástico, la resistencia inicial y la resistencia del gel a los 10 minutos mostraron 63, 11, 21 lb/100 ft2.

El sistema de poros de la roca se caracterizó mediante la utilización del análisis espectrométrico para el microscopio electrónico de barrido (asociado con la característica de rayos X de energía dispersiva) y la resonancia magnética nuclear se introdujo como herramientas de caracterización de rocas en la industria petrolera y proporcionó estudios de investigación exitosos32,33. ,34.

El análisis SEM proporciona información sobre la topografía interna de las muestras de roca en términos de obstrucción de los poros debido a precipitaciones por hinchamiento o deslizamientos, la apertura de los poros causada por la disolución de la roca después de la interacción lodo-roca35, por lo tanto, la integridad del sistema de poros de la roca se puede estudiar usando SEM. para proporcionar una indicación de los cambios en el sistema de poros después de la interacción lodo-roca en diferentes niveles de presión de sobreequilibrio36.

La RMN proporciona una medida del tiempo de relajación transversal (\({T}_{2})\) del fluido cargado de hidrógeno que satura los poros de las muestras de roca, donde el valor \({T}_{2}\) es proporcional al Radio de la garganta del poro de la roca37. Por lo tanto, la distribución del tamaño de los poros de las muestras de roca se puede trazar, analizar y comparar entre las fases de interacción previa y posterior al lodo para evaluar los cambios en el sistema de poros a diferentes presiones de sobreequilibrio38,39. Los resultados de RMN se pueden realizar para obtener las características de flujo del sistema poroso de la roca (permeabilidad de la roca, radio de garganta de poro y tipo de escala del sistema de poros)40,41,42 de la siguiente manera:

donde k es la permeabilidad de la muestra de roca en mD, T2 en milisegundos y \(\Phi\) es la porosidad de las muestras de roca (fracción). C es un parámetro estadístico de los datos experimentales. r35 es el radio de la garganta del poro equivalente a un 35% de saturación de mercurio en µm.

Esta sección ilustra, analiza y discute los resultados obtenidos del trabajo experimental. Los resultados muestran los cambios que ocurrieron en el sistema de poros de las muestras de roca debido al papel de la presión de sobreequilibrio en la interacción entre las muestras de roca y el lodo.

La prueba de filtración se realizó en tres niveles de presión de exceso de equilibrio (300, 700 y 1000 psi), donde todos los demás parámetros de la prueba se fijaron para estudiar y evaluar el papel de la presión de exceso de equilibrio. Los resultados se tabulan en la Tabla 3 y muestran que el volumen total de filtrado (registrado en la prueba de filtración de 30 minutos) aumenta con el valor de presión de sobreequilibrio, donde los filtrados totales de lodo fueron 5,5 cm3, 6,6 cm3 y 7,5 cm3 en 300, 700 y 1000. presión de sobreequilibrio en psi, respectivamente. Los resultados revelan que hay un aumento del 18 % en el volumen total de filtrado registrado después de aumentar la presión de sobreequilibrio de 300 a 700 psi, mientras que este porcentaje fue un aumento del 36 % en el volumen total de filtrado después de aumentar la presión de sobreequilibrio de 300 a 1000 psi. . Por otro lado, el espesor registrado para la torta de lodo también aumentó con la presión de sobreequilibrio aplicada, ya que registró 1,51 mm con 300 psi, 2,29 mm (aumento del 52 %) con 700 psi y 3,18 mm (aumento del 111 %) con 1000 psi. nivel de presión de sobreequilibrio en psi. Los resultados medidos de las pruebas de filtración demuestran el papel de la presión de sobrebalance como parámetro de fondo de pozo para la interacción lodo-roca, ya que las propiedades de filtración (en términos de filtrado de lodo y espesor del revoque de filtración) aumentan al aumentar la presión de sobrebalance.

Las muestras de roca arenisca se evaluaron en términos de porosidad de la roca, distribución de la permeabilidad del tamaño de los poros, radio de la garganta de los poros y tipo de sistema de poros. El estudio de estos parámetros proporciona información importante sobre el nivel de daño de las muestras de roca con un aumento en la presión de sobreequilibrio para la interacción lodo-roca. La Figura 4 muestra la porosidad incremental de RMN de las muestras de roca en el caso inicialmente saturado (interacción previa al lodo) y después de la interacción con el lodo (interacción posterior al lodo) junto con el rango T2 que representa el radio de poro equivalente para las muestras de arenisca. Los resultados mostraron una reducción obvia en el perfil de porosidad incremental bajo una presión de sobreequilibrio de 300 psi (Fig. 4a) y una reducción adicional al aumentar la presión de sobreequilibrio (700 y 1000 psi) para las muestras 2 y 3 (Fig. 4b, c) y todas las muestras. El perfil se muestra en la Fig. 4d. Los gráficos muestran que la obstrucción de los poros puede atribuirse a las precipitaciones de sólidos del lodo después de la interacción lodo-roca.

La porosidad incremental se traza con la presión de sobreequilibrio. (a) Sobreequilibrio inferior a 300 psi. (b) Sobreequilibrio inferior a 700 psi. (c) Sobreequilibrio inferior a 1000 psi. d) todas las muestras.

Además, trazar los perfiles de porosidad acumulada para las muestras de arenisca en los diferentes rangos de presión de sobreequilibrio ilustra la reducción total de la porosidad para las tres muestras (Fig. 5). Los gráficos muestran que la porosidad total disminuyó del 21,6 % al 17,6 % bajo una presión de sobreequilibrio de 300 psi (Fig. 5a), disminuyó al 15,2 % con un sobrepeso de 700 psi (Fig. 5b) y alcanzó una porosidad total del 14,2 % bajo un sobrepeso de 1000 psi. (Fig. 5c) que concluye la reducción de la porosidad total de la roca (de 21,6 a 14,2%) al aumentar la presión de sobreequilibrio de 300 a 1000 psi. Otra observación importante sobre el grado de daño de la formación al sistema de poros interno es que los poros pequeños se ven afectados por el aumento de la presión de sobreequilibrio; ya que al aplicar solo un sobreequilibrio de 300 psi, el sistema de poros de gran tamaño se ve afectado (T2 mayor o igual a 200 ms) como se muestra claramente en la Fig. 5a. El aumento de la presión de sobreequilibrio a 700 psi presentó daño de formación al sistema de poros que tiene T2 mayor o igual a 8 ms (Fig. 5b), y este impacto aumentó para afectar el tamaño de poro con T2 mayor a 2 ms al extender la presión de sobreequilibrio. a 1000 psi como se desprende de la Fig. 5c. Las gráficas comparativas para las tres muestras se muestran en la Fig. 5d, que muestra claramente el comportamiento decreciente de la porosidad acumulada al aumentar el nivel de presión de desequilibrio.

La porosidad acumulada se traza con la presión de sobreequilibrio. (a) Sobreequilibrio inferior a 300 psi. (b) Sobreequilibrio inferior a 700 psi. (c) Sobreequilibrio inferior a 1000 psi. d) todas las muestras.

La permeabilidad de la roca se determinó para la interacción previa y posterior al lodo bajo diferentes presiones de sobreequilibrio y los resultados mostraron que la permeabilidad disminuyó con un aumento en la presión de sobreequilibrio. La permeabilidad disminuyó de su valor inicial de 170 mD a 105 mD bajo un sobreequilibrio de 300 psi, lo que representa una reducción de la permeabilidad del 38 %, y este impacto aumentó al tiempo que aumentaba la presión de sobreequilibrio a 700 y 1000 psi para causar una reducción de la permeabilidad a 56 y 43 mD respectivamente.

Además, se determinó el radio de la garganta de poro equivalente al 35% de saturación de mercurio para estudiar el impacto de la interacción lodo-roca en el tipo de sistema de poros, y los resultados mostraron que aumentar la presión de sobreequilibrio de 300 a 1000 psi provocó un comportamiento de reducción. para el R35 de 9 a 5 µm, mientras que el tamaño del sistema de poros todavía está en la macroescala incluso después de la interacción barro-roca. Esto se atribuye a las buenas características de almacenamiento y flujo de las muestras de arenisca, lo que hace que el impacto de la presión de sobreequilibrio en la interacción lodo-roca sea mínimo e insuficiente para reducir el tipo de sistema de poros a escala meso o micro. La Tabla 4 resume los resultados para las características del sistema de poros para el caso previo al lodo y con el aumento de los escenarios de presión de sobreequilibrio.

El estudio de la topografía del sistema de poros interno puede ayudar a analizar las alteraciones del sistema de poros de las muestras de roca arenisca desde la condición inicial de la muestra (interacción previa al lodo) y la interacción posterior al lodo después de imponer diferentes niveles de presión de sobreequilibrio. El análisis SEM (Fig. 6) para las muestras de arenisca ilustra que el sistema de poros mostró un impacto de obstrucción de los poros debido a la precipitación de los sólidos del lodo durante la prueba de filtración. Esto confirma los resultados obtenidos para la reducción de la porosidad del sistema de poros. El estado inicial de la matriz de roca y el material cementante se muestra claramente en la Fig. 6a. La Figura 6b muestra la precipitación de sólidos de lodo en los poros después de una presión de sobreequilibrio de 300 psi. mientras que las Fig. 6c,d muestran precipitaciones de lodo después de una presión de sobreequilibrio de 700 psi y 1000 psi respectivamente. Las precipitaciones de sólidos de lodo aumentaron debido al aumento de la presión de sobrepeso debido a la fuerza impulsora de la presión de sobrepeso que obliga a los sólidos y al filtrado a invadir el sistema de poros de la roca.

El sistema de poros interno cambia con la presión de sobreequilibrio. (a) Núcleo saturado inicial. (b) Sobreequilibrio inferior a 300 psi. (c) Sobreequilibrio inferior a 700 psi. (d) Sobreequilibrio inferior a 1000 psi.

Se realizaron análisis estadísticos adicionales de los resultados obtenidos para relacionar la porosidad y permeabilidad de las muestras de roca dañada con la presión de sobreequilibrio aplicada y mostraron que existe una relación clara y fuerte con un alto grado de coeficiente de determinación (R2) cercano a 1 como mostrado en las Figs. 7 y 8. Los valores de porosidad y permeabilidad se pueden estimar a partir de la relación polinómica (orden 2) de la siguiente manera:

donde \(\Phi\) está en unidades de porosidad, ΔP es la presión de desequilibrio en psi, K en mD.

Reducción de la porosidad frente a la presión de sobreequilibrio aplicada.

Reducción de la permeabilidad frente a la presión de sobreequilibrio aplicada.

Las correlaciones obtenidas tienen las limitaciones de las condiciones experimentales cuando se habla de la aplicación general en términos del tipo de roca implementada (arenisca Berea Buff), sistema de lodo (lodo a base de agua ponderado con barita) y los parámetros ambientales de interacción de la presión de sobrebalance ( 300 hasta 1000 psi), temperatura (200 °F), tiempo (30 min). La aplicación general más allá de las condiciones antes mencionadas debe probarse y validarse mediante un diseño experimental.

Las correlaciones desarrolladas muestran la relación estadística además de la base física para relacionar la reducción de la porosidad y la permeabilidad con la presión de sobrebalance extendida, ya que los resultados obtenidos del extenso trabajo experimental y el análisis de resultados mostraron que el grado de daño de la formación está altamente impactado por la El papel de la presión de sobrebalance en la interacción lodo-roca, ya que el aumento de la presión de sobrebalance aumentará el daño de la formación para las muestras de roca de arenisca en términos de porosidad de la roca, distribución del tamaño de los poros, permeabilidad y radio de la garganta de los poros, y tipo de escala del sistema de poros.

La investigación actual presentó un flujo de trabajo experimental para evaluar el papel de la presión de sobreequilibrio en la interacción lodo-roca durante las operaciones de perforación. Se emplearon muestras de WBM y arenisca ponderadas con barita (Berea Buff) para determinar el daño de la formación que ocurrió bajo diferentes niveles de presión de sobreequilibrio (300, 700 y 1000 psi) mientras se mantenían constantes todos los demás ambientes de lodo y roca (temperatura, 200 ° F) y tiempo (30 min). De este estudio se derivan las siguientes conclusiones:

Las propiedades de filtración del lodo aumentaron con un aumento en la presión de sobreequilibrio a medida que el espesor del revoque de lodo aumentó de 1,51 a 3,18 mm (aumento del 111%), mientras que el volumen total de filtrado registrado aumentó de 5,5 a 7,5 cm3 (aumento del 36%).

La presión de sobrepeso afecta la porosidad de la roca, donde el aumento de la presión de sobrepeso de 300 a 1000 psi provoca una reducción de la porosidad total de 21,6 a 14,2 % con una reducción del 34 % de la porosidad de la roca después de la exposición al lodo-roca.

La permeabilidad de la roca disminuyó de 170 mD (condición inicial) al aumentar la presión de sobreequilibrio de 300, 700 y 1000 psi a un récord de 105, 56, 43 mD respectivamente.

El análisis estadístico mostró que la porosidad y permeabilidad de la roca disminuyeron con el aumento de la presión de sobrebalance a través de una relación polinómica con un alto coeficiente de determinación de 0,99.

El radio de la garganta de poro (equivalente a una saturación de mercurio del 35%) para las muestras de arenisca mostró una tendencia de reducción (después de aumentar la presión de sobreequilibrio) para registrar 5 µm por debajo de 1000 psi de sobreequilibrio desde la condición inicial (interacción previa al lodo) de 9 µm. Sin embargo, el sistema de poros de la roca permanece en la misma escala de poros (tipo Macro) después de la interacción lodo-roca con el aumento de la presión de sobreequilibrio.

El análisis SEM confirmó que el daño de formación obtenido representado por el mecanismo de obstrucción de poros se debe a las precipitaciones de sólidos del lodo, que aumentaron al aumentar la presión de sobrebalance.

Los datos utilizados están disponibles en este manuscrito. No se utilizaron más datos en este estudio.

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Descargar referencias

Facultad de Ingeniería del Petróleo y Geociencias, Universidad Rey Fahd de Petróleo y Minerales, Dhahran, 31261, Arabia Saudita

Hany Gamal y Salaheldin Elkatatny

Centro de Investigación Integrativa del Petróleo, Universidad Rey Fahd de Petróleo y Minerales, Dhahran, 31261, Arabia Saudita

Salaheldin Elkatatny y Abdulrauf Adebayo

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La SE supervisó el trabajo y el análisis de resultados. HG realizó el diseño de la metodología y del trabajo experimental y análisis de datos. AA también participó en el diseño de la metodología y análisis de resultados. El manuscrito original fue escrito por HG y todos los autores participaron en la revisión y edición del manuscrito.

Correspondencia a Salaheldin Elkatatny.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Gamal, H., Elkatatny, S. y Adebayo, A. El papel de la presión de desequilibrio sobre el lodo indujo la alteración del sistema de poros de la roca arenisca. Informe científico 12, 8367 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-12527-4

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Recibido: 08 de diciembre de 2021

Aceptado: 09 de mayo de 2022

Publicado: 19 de mayo de 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-12527-4

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