MX2007014065A - Metodos para analisis de respuesta de presion en formaciones subterraneas. - Google Patents

Abstract

Un metodo de analisis de una presion de deposito en una formacion subterranea que rodea a un pozo, que comprende: determinar la permeabilidad de la torta de lodo en la pared del pozo en la region en la cual se hace la medicion de presion; determinar el espesor de la torta de lodo en el pozo del pozo en la region en la cual se hace la medicion de presion; determinar la presion hidrostatica en el pozo en la region en la cual se hace la medicion de presion; medir la presion de formacion en la pared del pozo; calcular un indice de descomposicion de presion a partir de la permeabilidad y el espesor de la torta de lodo, la presion hidrostatica y la presion medida; y usar el indice de descomposicion de presion para analizar la presion medida para derivar la presion del deposito.

Description

MÉTODOS PARA ANÁLISIS DE RESPUESTA DE PRESIOM EN FORMACIONES SU BTERRÁN EAS Campo Técnico Estas invención se refiere a métodos para analizar la respuesta de presión en una formación subterránea, tal como podría medirse de un barreno que pasa a través de la formación. En particular, los métodos se aplican a tales métodos para uso cuando la presión de formación es influenciada por el efecto de sobrealimentación. Técnica Antecedente Las mediciones de presión de formación hechas a partir de pozos juegan un importante papel en el manejo de depósitos de fluidos subterráneos tales como petróleo y gas. Debido a su natural dinámica las mediciones de presión de formación proporcionan información esencial sobre la productividad del pozo y la descripción dinámica del depósito en ambos escenarios de exploración y explotación. Los datos de presión estática pueden ser usados para calcular la densidad y contactos del fluido de formación . Esto puede ser importante para determinar las reservas. Los datos transitorios de presión, por otra parte, pueden ser importantes para estimar la permeabilidad y la heterogeneidad y promedio de la presión del depósito. Tradicionalmente, las pruebas de transientes de presión han tomado la forma de Prueba de Vastago de Taladro ( DST) o prueba de pozo convencional en la cual un pozo se pone a prueba durante una duración relativamente larga. Aunque estas pueden ser maneras excelentes para cumplir los objetivos de la prueba, las consideraciones ambientales y de costo no permiten usar estas técnicas todo el tiempo. Se han desarrollado herramientas de alambre de acero y LWD para hacer mediciones de presión de formación con base en sondas para tratar este asunto. Los probadores de cable de acero y de formación mientras se perfora contrarrestan muchas de las restricciones impuestas por las pruebas de pozo convencionales. Aunque la teoría del análisis de transientes de presión es aplicable a información obtenida por tales pruebas de formación, requieren formulación para tomar en cuenta los efectos adicionales. Específicamente, se pueden usar probadores de formación durante la medición mientras se perfora. Sin embargo, la interpretación de los datos obtenidos en este ambiente dinámico puede ser un reto. Una de las dificultades surge debido a la sobrealimentación que resulta de la invasión y cambios del filtrado de lodos significativamente durante la duración de la perforación . Esto resulta en un incremento en la presión del frente de arena la cual está por arriba de de la presión del depósito. Por lo tanto, cualquier cálculo de presión inicial y permeabilidad debe tener en cuenta el efecto de sobrealimentación. Mientras se perfora, la presión del calibre del pozo se mantiene normalmente a una presión sustancialmente mayor que la presión de formación mediante el uso de fluidos de perforación para controlar la producción de fluidos de formación en el calibre del pozo (los fluidos de perforación o "lodos" se bombean a través del barreno y se usan también para transportar las cortaduras, limpiar la broca de barrena y la estabilización qu ímica del pozo). Cuando se penetra una zona de producción , se expone el frente de arena del barreno (la región de la pared del barreno en la zona de producción) a la presión del lodo y el filtrado invade inmediatamente la región cercana al barreno. Se forma una torta de lodo cuando el fluido de perforación fluye hacia la formación y los sólidos se depositan en la superficie del barreno . Este proceso se alude como filtración estática. Conforme crece la torta de lodo se estabiliza eventualmente hasta un espesor máximo. Esto es un resultado de la acción de corte de la circulación de lodo así como también la acción mecánica del tubo de perforación giratorio. Este proceso se conoce como filtración dinámica. Durante estos procesos se establece un gradiente de presión en la formación. Una descripción esquemática del perfil de presión con efecto de sobrealimentación se muestra en la figura 1 . La presión en el barreno cerca de la superficie de la torta de lodo está a presión hidrostática (pm), pero cae rápidamente a través de la torta de lodo (pa) y después se reduce gradualmente en la formación, acercándose a la presión (pl) de formación (campo lejano) alg una distancia lejos del barreno. Esta elevación de presión cerca del barreno arriba del campo lejano se conoce como el efecto de sobrealimentación. De lo anterior, es claro que si se tomara una medición del transiente de presión inmediatamente después de la perforación, cualquier técnica de interpretación tendría que tener en cuenta el efecto de la presión de sobrealimentación .

Se han propuesto varias técnicas para tratar el efecto de sobrealimentación . Se pueden encontrar ejemplos en US 5602334, PROETT, Mark et al . Prueba de Formación en el Entorno de Perforación Dinámica , SPWLA 45th Annual Logging Symposium, junio 6-9 2004, PROETT, Mark et al . Prueba de Formación en el Entorno de Perforación Dinámica (ADC/SPE Drilling Conference, 2-4 marzo 2004, PROETT, Mark et al, Compensación de Presión de Sobrealimentación Usando un Nuevo Método de Prueba de Alambre de Acero y Modelo de Flujo Esférico de Tiempo Temprano Desarrollado Recientemente. SPE 36524, octubre 6-9 1 996, p. 329-342, GOODE, Peter et al . , Modelos Analíticos Para un Probador de Formación de sondas múltiples. SPE 20737, septiembre 1 990, GOODE, Peter et al . , Influencia de una zona invadida en un probador de formación de sondas múltiples. SPE Evaluación de Formación, marzo 1 996, p. 31 -40. Esta invención intenta proporcionar un método para interpretar las mediciones de formación que puede tener en cuenta el efecto de sobrealimentación . Descripción de la Invención Un aspecto de esta invención proporciona un método para analizar una presión de depósito en una formación subterránea que rodea un pozo, que comprende: - Determi nar la permeabilidad de la torta de lodo en la pared del pozo en la región en la cua l se hace la medición de presión; - Determinar el espesor de la torta de lodo en el pozo del pozo en la región en la cual se hace la medición de presión; - Determinar la presión hidrostática en el pozo en la región en la cual se hace la medición de presión; - Medir la presión de formación en la pared del pozo; - Calcular un índice de descomposición de presión de la permeabilidad y espesor de la torta de lodo, la presión hidrostática y la presión medida; y - Usar el índice de descomposición de presión para analizar la presión medida para derivar la presión del depósito. El índice de descomposición de presión puede calcularse usando la siguiente relación: en donde: km = permeabilidad de la torta de lodo lm = espesor de la torta de lodo pm = presión hidrostática pa = presión medida p¡ = presión del depósito k = permeabilidad De preferencia , el métod o comprende además derivar por lo menos uno de permeabilidad horizontal , permeabilidad vertical e índice de productividad del pozo en la región de la medición . Un método de acuerdo con la invención puede comprender estimar por lo menos un parámetro y usar regresión no lineal para modificar este estimado hasta que los parámetros calculados o derivados resulten en correspondencia con los parámetros medidos. Las aportaciones típicas al análisis incluyen un régimen de invasión calculado derivado de las propiedades de la torta de lodo, los cálculos de presión transiente del fluido del depósito y propiedades de la roca, parámetros de config uración de sonda del probador de formación, régimen y duración del muestreo de presión , y datos transientes de presión obtenidos de la medición de presión. Con estas aportaciones, el método comprende de preferencia determinar una bondad de ajuste de datos transientes de presión. En una modalidad del método de acuerdo con la invención, se usan las propiedades de lodo y tortas de lodo para calcular el régimen de invasión, y este régimen de invasión se aplica , conjuntamente con las propiedades del fluido del depósito, datos de configuración del probador y formación y datos de prueba a un modelo con regresión para proporcionar la presión del depósito, parámetros de permeabilidad y productividad . Los métodos de acuerdo con la ¡nvención pueden aplicarse a mediciones hechas con herramientas de probador de formación de alambre de acero o mientras se perfora. Breve Descripción de los Dibujos La figura 1 muestra un diagrama esquemático de una formación con sobrealimentación. La figura 2 muestra una estructura esquemática de las fórmulas matemáticas subyacentes a la modalidad de la invención . La figura 3 es un diagrama de flujo de trabajo de interpolación que incorpora un método de acuerdo con la invención. La figura 4 muestra una comparación de respuesta de presión y sin sobrealimentación . La figura 5 es una gráfica de diferencias de presión . La figura 6 muestra la sensibilidad al cambio en permeabilidad. La figura 7 muestra la sensibilidad al cambio en la presión inicial del depósito; y La figura 8 muestra la sensibilidad al cambio en el factor beta (índice de decaimiento de presión). Modo(s) Para Llevar a Cabo ia Invención Esta invención se aplica a mediciones de presión de formación hechas usando herramientas de medición de presión de cable de acero, tal como la M DT de Schlumberger, o herramientas de presión de formación más reciente mientras se perfora (FPWD). Estas no se describen en detalle en la presente ya que su desempeño y propiedades son bien conocidas. Estas herramientas operan generalmente aplicando una sonda de prueba contra la pared del barreno (frente de arena) a través de cualquier torta de lodo que pudiera estar presente, y hacer mediciones de presión y, opcionalmente, tomar muestras del fluido de formación mediante la sonda . Tales mediciones obtienen típicamente datos en la forma de desarrollo de presión y flujo durante un periodo de tiempo. Datos de tales mediciones se obtienen digitalmente y se analizan típicamente por medio de aplicaciones de software dedicado para proporcionar una indicación de las propiedades de formación alrededor del pozo. Método de la presente invención se basa en una serie de fórmulas matemáticas que se discuten con más detalle a continuación . Se pueden hacer variaciones a estas fórmulas aunque se retiene aún la metodolog ía esencial de la inven ción. Una estructura para las fórmulas matemáticas derivadas que subyacen en una modalidad de la invención se presenta en la figura 2. En este caso, el componente más importante es el calculador de presión que combina , por superposición , la respuesta de presión de la prueba de formación, respuesta de presión de invasión de filtrado y difusión de la presión sobrealimentada inicial. El calculador de régimen de invasión de filtrado calcula el régimen de invasión que se usa mediante el calculador de presión. En este caso, los parámetros a ser computados a partir de la prueba de presión de formación son permeabilidad horizontal , permeabilidad vertical y presión de depósito sin alterar. Estos parámetros se usan para estimar el índice de prod uctividad del pozo (Pl ). Además, se determina también el factor ß de descomposición de presión inicial . Las ecuaciones, presentadas en mayor detalle más adelante, asumen una aproximación de fase sencilla; es decir, la movilidad del filtrado de lodo y el fluido del depósito son similares. Esta suposición es aproximadamente cierta en muchos casos. El efecto de cualquier divergencia de esta aproximación puede ser omitido porque el radio de invasión de filtrado de lodo es generalmente mucho más pequeño que el radio de la investigación, aún para una prueba de formación de alambre de acero. En la figura 3 se presenta un diagrama de flujo de una interpretación de flujo de trabajo que incorpora un método de acuerdo con la invención. El calculador de presión es un modelo de vanguardia. Calcula la respuesta de presión como una función del tiempo con base en parámetros de entrada , algunos de los cuales se desea calcular en primer lugar. El calculador de presión se usa por lo tanto en un circuito de regresión no lineal que comienza con el primer estimado de los parámetros de interés. U n primer estimado de permeabilidad horizontal se obtiene de logs tomados mientras se perfora o subsiguientemente, la permeabilidad vertical se obtiene por omisión al 1 0 porciento de la permeabilidad horizontal , y la presión inicial del depósito es considerada como presión hid rostática. Un primer estimado del factor de descomposición se toma usando el método descrito más adelante. El módulo de regresión no lineal es un algoritmo estándar, con base en gradiente sintonizado para interpretación de transiente de presión . El resultado final es la presión igualada de prueba de formación y los parámetros sintonizados. Conociendo la presión del depósito se puede calcular el índice de productividad del pozo usando métodos estándar de la industria. En resumen , la entrada de datos consiste de lo siguiente: a) Propiedades de la torta de lodo para calcular el régimen de invasión . b) Propiedades del fluido y rocas del depósito para cálculo de la presión transiente. Esto incluye los estimados iniciales de parámetros de salida. c) Configuración de sonda de probador de formación. d) Régimen y duración de muestreo. e) Datos transientes de la presión correspondiente. El programa produce de los siguientes parámetros: a) Permeabilidad horizontal y vertical del depósito. b) Presión inicial del depósito. c) índice de productividad del pozo. d) Bondad de ajuste de los datos transientes de presión. El flujo de trabajo puede manejar sondas múltiples. Por lo tanto, se pueden analizar tanto la pre-prueba como la prueba de interferencia vertical . Fuera del circuito de regresión se usa el calculador de presión para diseño de pruebas. El efecto de sobrealimentación es generalmente prominente en depósitos de baja permeabilidad . La figura 4 muestra una comparación de respuesta de presión con y sin sobrealimentación. La figura 5 es la gráfica de diferencias de presión . Es claro que el perfil de presión no está solamente desplazado, sino también tiene una forma diferente. Esto significa que la permeabilidad estimada usando el modelo de probador de formación estándar sería diferente de aquel obtenido mediante el modelo propuesto, reforzando así la necesidad de usar el modelo correcto. La sensibilidad al cambio de la permeabilidad, la presión inicial del depósito y el factor beta (índice de descomposición de la presión) se presentan en las figuras 6, 7 y 8. Notar la separación clara de presión estabilizada durante la acumulación en la figura 6. Esto muestra el efecto pérdida del filtrado durante la acumulación . En la figura 7 la curvatura de la curva de presión aumenta con el aumento en la diferencia entre la presión inicial de la sonda y la presión inicial del depósito. Así, mientras más grande es el efecto de sobrealimentación, mayor será la discrepancia cuando se usa un modelo estándar. Además de determinar la distribución inicial de la presión , el factor de descomposición determina también qué tan rápido se difunde el efecto en el depósito. Esto se demuestra en la figura 8. Estas figuras demuestran también que la respuesta de presión es sensible a los parámetros antes mencionados y por lo tanto puede resolverse usando regresión no lineal . El calculador de presión enganchado a una rutina de regresión estándar no lineal se usa para probar el flujo de trabajo de interpretación . La información de prueba observada usada en nuestro caso se genera sintéticamente con un conocimiento a priori de los parámetros del depósito. Se investigan tres casos. La presión de la sonda al inicio de la prueba se fija en 288.5 kg/cm2. En el primer caso, las permeabilidades horizontal y vertical se alteran a partir de valores conocidos, pero se fija la presión inicial. En el segundo caso los tres parámetros se alteran . Una comparación de los dos casos sugiere que mientras un incremento en el número de desconocidos afecta adversamente la calidad de igualación , todavía es bastante bueno para todos los propósitos prácticos. En el tercer caso los términos de presión inicial e invasión de filtrado se deshabilitan ; es decir, se obtiene la igualación con un modelo estándar usado en prueba de formación. La igualación obtenida es extremadamente pobre, lo cual es una clara demostración de la necesidad de modelos especializados. Los valores reales obtenidos para los tres casos se ilustran en la tabla a continuación: Tabla 1 Más adelante se da un resumen del problema físico esencial a ser modelado y la formulación matemática usada en los métodos de la invención. Se apreciará que la desviación puede hacerse a partir de estas formulas mientras aun están dentro del alcance de la invención. La solución en este caso se obtiene mediante la aplicación de transformadas integrales sucesivas a las ecuaciones gobernantes y las condiciones asociadas inicial y de l ímite. Más adelante se da una breve exposición del problema . El medio está unido mediante el cilindro r = a y se extiende al 8 en la dirección de r positiva. Hay dos casos en la dirección z. En el primero, z está no unida; es decir, (-8<z<8) , y en el segundo , la formación es de espesor h; es decir, (0<z<h ) y tiene una condición delimitada de no flujo en los límites superior e inferior. Una condición inicial se sobrepone, dada por: (1 ) La presión sobrealimentada, pa, es mayor que la presión del depósito, ?, debido a la invasión del filtrado de lodo al depósito. La ecuación 1 muestra una declinación exponencial de presión del frente de arena al depósito. Cuando el tiempo t = t0 (inicio de la prueba), r = a (en el frente de arena), p (a, ?, z, 0) = pa y como r ?8, p = Esta declinación podría representarse mediante cualquier función arbitraria . Sin embargo , considerando la naturaleza de difusión de la presión , la representación exponencial es suficientemente precisa. El factor ß de descomposición determina la curvatura del perfil de presión en el depósito y depende de las propiedades del fluido y la roca. Es posible hacer una aproximación de este factor a través de la simulación real del depósito. Alternativamente, un enfoque más simplista, pero directo, es determinarlo a partir de pruebas de transientes reales mediante regresión no lineal . Puesto que pa se mide, en teoría, si el proceso de invasión de filtrado de lodo puede ser modelado rigurosamente, debe ser posible calcular p, sin tener que imponer una condición inicial del tipo dado por la ecuación 1 . Por ejemplo, si se conoce la historia de invasión y la descripción del depósito de cerca del calibre del pozo es bastante precisa se puede usar un simulador de depósito para calcular la presión sobrealimentada. Sin embargo, este proceso es laborioso y, con frecuencia, sin información suficientemente confiable para validar el modelo. De aquí que, el foco de los métodos de esta invención es ser capaz de aprovechar la información transiente de presión registrada. La información transiente de presión influenciada por la formación sobrealimentada se interpreta para obtener los parámetros del depósito así como también la presión inicial (p?), sin tener que recurrir a flujos de trabajo complejos. En lugar de modelar cómo la presión se acumula hasta pa desde /, se impone una condición inicial que es simple, pero puede ser igualada con la historia para la información transiente de presión medida. Este enfoque se ilustra con referencia a dos casos discutidos a continuación . Caso 1 .0: el medio está unido mediante el cilindro r = a y se extiende hasta 8 en la dirección de r positiva, y La situación de la presión inicial es: Se introduce una fuente continua en [a, 0, z0] y la alteración resultante de la presión se deja difundir a través de un medio poroso homogéneo semi-infinito. La solución en el espacio de Laplace es dada por: (2) y en tiempo real: pa (3) Para la ecuación (3) de q constante se reduce a: (4) Si z<z0 intercambiamos z y z0, donde: fctµ fctµ - Caso 2.0: el medio está unido mediante el cilindro r = a y se extiende hasta 8 en la dirección de r positiva, y La situación de la presión i nicial es: Se introduce una fuente continua en [a, 0, z0] y la alteración resultante de la presión se deja difundir a través de un medio poroso homogéneo semi-infinito. La solución en el espacio de Laplace es dada por: COS fíats* (mas, J£ h ) y k y en tiempo real: (6) Para la ecuación (6) de q constante se reduce a: (7) Donde: ®s{x,Q}~l+2'??2nlcos(2nx) [|ß|<l] Función teta elíptica del tercer tipo. nal La invasión de filtrado de lodo, qM, podría ser modelada usando cualquier función anal ítica de tiempo. Sin embargo, por simplicidad se supone que la torta de lodo es relativamente delgada en comparación con el diámetro del pozo y se puede aplicar la ley de Darcy lineal . Esto da: 2p?hk~ i v (8) donde km y lm son la permeabilidad y el espesor de la torta de lodo respectivamente y µ es la viscosidad del filtrado de lodo. El factor ß de decadencia de presión describe la decadencia del depósito de la presión sobrealimentada de frente de arena a la presión inicial del depósito. U n estimado i nicial de ß puede ser derivado imponiendo continuidad de flujo a través del frente de arena, que es: (9) El efecto de almacenamiento de herramientas puede incorporarse en ia solución de la presión aplicando el principio de Duhamel . Nomenclatura: Radio a del barreno m . ct compresibilidad , Pa" 1 Fracción de porosidad F, Espesor h de la capa , m . Función Bessel Jv de primer tipo de orden vth . Derivada Jv de función Bessel de primer tipo orden vth .

Función Bessel Yv de segundo tipo de orden idh. Derivada Yv de función Bessel de segundo tipo orden vth.

Permeabilidad km de filtrado de lodo, m2. Permeabilidad kr horizontal , m2. Permeabilidad kz vertical , m2. Espesor lm de filtrado de lodo, m. Viscosidad µ , Pa.s. Presión p, Pa. Presión de sonda pa, Pa . Presión de depósito p,, Pa. Presión hidrostática pm, Pa . Régimen de muestreo q, m3/s. Función teta ?3 el íptica del tercer tipo. Régimen de invasión qM, m3/s. Variable s de Laplace. Tiempo t, s. Tiempo t0 al inicio de la prueba, s.

Claims (7)

REIVIN DICACIONES

1 . Un método de análisis de una presión de depósito en una formación subterránea que rodea a un pozo, que comprende: - Determinar la permeabilidad de la torta de lodo en la pared del pozo en la región en la cual se hace la medición de la presión; - Determi nar el espesor de la torta de lodo en el pozo del pozo en la región en la cual se hace la medición de la presión; - Determinar la presión hidrostática en el pozo en la región en la cual se hace la medición de la presión ; - Medir la presión de formación en la pared del pozo; - Calcular un índice de descomposición de presión de la permeabilidad y el espesor de la torta de lodo, la presión hidrostática y la presión medida; y - Usar el índice de descomposición de presión para analizar la presión medida para derivar la presión del depósito.

2. Un método cono se reivindica en la reivindicación 1 , en donde el índice de descomposición de la presión se calcula usando la siguiente relación : km = permeabilidad de la torta de lodo lm = espesor de la torta de lodo pm = presión hídrostática pa = presión medida p¡ = presión del depósito k = permeabilidad

3. Un método como se reivindica en la reivindicación 1 o 2, q ue comprende además derivar por lo menos uno de permeabilidad horizontal , permeabilidad vertical e índice de productividad del pozo en la región de la medición.

4. Un método como se reivindica en cualquier reivindicación precedente, que comprende esti mar por lo menos un parámetro y usar regresión no lineal para modificar este estimado hasta que los parámetros calculados o derivados resulten en correspondencia con los parámetros medidos.

5. Un método como se reivindica en cualquier reivindicación precedente, en donde los aportes al análisis incluyen un régimen de invasión calculado derivado de las propiedades de la torta de lodo , cálculos de presión transiente para propiedades de fluido y roca del depósito, parámetros de configuración de sonda del probador de presión de formación , régimen y duración de muestreo de presión y datos transientes de presión obtenidos de la medición de presión.

6. Un método como se reivindica en la reivindicación 5, que comprende además determinar una bondad de ajuste de información transiente de presión .

7. Un método como se reivindica en cualquier reivindicación precedente, en donde se usan las propiedades del lodo y de la torta de lodo para calcular el régimen de invasión , y este régimen de invasión se aplica, junto con las propiedades del fluido del depósito , información de configuración de probador y formación y datos de prueba para un modelo con regresión para proporcionar parámetros de presión, permeabilidad y productividad del depósito. RESUM EN Un método de análisis de una presión de depósito en una formación subterránea que rodea a un pozo, que comprende: determinar la permeabilidad de l a torta de lodo en la pared del pozo en la región en la cual se hace la medición de presión; determinar el espesor de la torta de lodo en el pozo del pozo en la región en la cual se hace la medición de presión; determinar la presión hidrostática en el pozo en la región en la cual se hace la medición de presión; medir la presión de formación en la pared del pozo; calcular un índice de descomposición de presión a partir de la permeabilidad y el espesor de la torta de lodo, la presión hidrostática y la presión medida; y usar el índice de descomposición de presión para analizar la presión medida para derivar la presión del depósito.