MX2010009138A

MX2010009138A - Método para estimar la capacidad de eliminación de desechos en una perforación.

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Publication number: MX2010009138A
Application number: MX2010009138A
Authority: MX
Inventors: Andrea Alba; Francisco Fragachan; Talgat A Shokanov; Kenneth G Nolte; Adriana Ovalle; Vyacheslav Anokhin
Original assignee: Mi Llc
Priority date: 2008-02-22
Filing date: 2009-02-03
Publication date: 2010-11-10
Also published as: GB2469976A; BRPI0907526A2; AU2009215713A1; EA201070985A1; WO2009105330A2; NO340875B1; EA017606B1; NO20101314L; AR070397A1; US8731890B2; WO2009105330A3; CN101978372B; US20100332204A1; CA2716018A1; GB201014704D0; GB2469976B; CA2716018C; CN101978372A

Abstract

Se describe un método para determinar un volumen máximo para la eliminación de escombros de la perforación en una formación, incluyendo dicho método el ingreso de los parámetros de formación en un simulador, simulando una formación durante la inyección de desechos en base a los parámetros de formación, determinando una presión neta en base a la simulación, determinando un incremento en la presión de cierre en base a la simulación, calculando un volumen de eliminación en base a la presión neta y a la presión de cierre, calculando un intervalo temporal de inyección de desechos en base al volumen calculado de inyección, y arrojando a la salida del simulador por lo menos un resultado sobre el volumen de eliminación o sobre el intervalo temporal. También se describe un método para optimizar el proceso de inyección de desechos, incluyendo el método la simulación de la formación en base a los parámetros de entrada, determinando un incremento de la presión de cierre por unidad de volumen de barro en base a la simulación, calculando una capacidad de eliminación de la formación seleccionada, y arrojando como resultado la capacidad de eliminación.

Description

METODO PARA ESTIMAR LA CAPACIDAD DE ELIMINACIÓN DE DESECHOS EN UNA PERFORACIÓN ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Campo Técnico Las modalidades descritas aquí se relacionan de manera^ general con métodos para determinar la capacidad de eliminación de desechos en una perforación. De manera más especifica, las modalidades descritas aquí se relacionan de manera general para determinar un volumen- máximo de inyección1 dentro de una formación seleccionada para un proceso de inyección de desechos. i í Arte Previo La operación de inyección de desechos (WI, por sus siglas en inglés) implica la recolección y transporte de los desechos de perforación desde el equipo de control de sólidos sobre una torre de perforación hacia una unidad de formación de barro. La unidad de formación de barro pulveriza los escombros subsecuentemente en partículas pequeñas en presencia de un fluido para formar un barro. El barro es entonces transferido a un tanque de contención de barro para su acondicionamiento. El proceso de acondicionamiento afecta la reologia del barro, produciendo un "barro acondicionado". El barro acondicionado es bombeado entonces hacia un pozo de eliminación de desechos o a través del espacio anular del revestimiento hacia fracturas sub-superficiales en la i formación (referida comúnmente como la formación de eliminación de desechos) a alta presión. El barro acondicionado puede ser inyectado de manera intermitente por lotes hacia la formación de eliminación de desechos. El proceso por lotes incluye comúnmente inyectar volúmenes similares de barro acondicionado y esperar entonces durante un periodo de tiempo (p. ej . , tiempo de cierre) después de cada inyección. Cada inyección por lotes puede durar desde pocas horas hasta varios días o aún más, dependiendo del volumen el lote y de la tasa de inyección. ¡ El procesamiento por lote (es decir, inyectar barró acondicionada en la formación de eliminación de desechos y esperar entonces durante un periodo de tiempo después de la inyección) permite a la fractura cerrar y disipar, hasta cierto punto, el aumento de la presión dentro de la formación de eliminación de desechos. Sin embargo, la presión en la formación de eliminación de desechos se eleva comúnmente debido a la presencia de sólidos inyectados (es decir, los sólidos presentes en el barro de escombros de la perforación) .

Con respecto a operaciones de WI a gran escala, la liberación de desechos en el ambiente debe ser evitada y la contención de tales desechos debe ser asegurada para satisfacer las estrictas regulaciones gubernamentales. Los factores importantes de contención durante el curso de las operaciones incluyen: -el sitio del desecho inyectado y los mecánismos de almacenamiento; la capacidad de un pozo o del espacio anular inyectado; decidir sobre la continuidad de la inyección en la zona actual o en una zona diferente; decidir sobre la perforación de otro pozo de eliminación de desechos; i y los parámetros de operación requeridos para la contención I apropiada del los desechos. Las operaciones de modelado de WI y la predicción de la extensión del desecho eliminado se usan para solucionar estos factores de contención y asegurar la contención segura legal del desecho eliminado. El modelado y predicción de la fracturacion también es usada para estudiar el impacto de la operación de WI en perforaciones futuras, tal como el espaciado requerido del pozo, el incremento de la presión dé formación,- etc. También puede ser importante un entendimiento exhaustivo de los mecanismos de almacenamiento en las operaciones de WI para predecir el posible alcance del barro acondicionado inyectado y para predecir la capacidad de eliminación de desechos de un pozo de inyección. En conformdiad, existe la necesidad de un cálculo o estimación más precisa de la capacidad de eliminación de desechos. í RESUMEN DE LA INVENCIÓN En un aspecto, las modalidades descritas aquí se relacionan con un método para determinar un volumen máximo dej eliminación de escombros de perforación dentro de una^ formación, incluyendo el método el ingreso de los parámetros de formación en un simulador, simular una formación durante la inyección de desecho en base a los parámetros de formación, determinar una presión neta en base a la simulación, determinar un incremento de la presión de cierre en base a la simulación, calcular un intervalo de tiempo de inyección de desechos en base al volumen de inyección calculado, y arrojar a la salida por lo menos un dato sobre el volumen de eliminación de desechos y del intervalo de tiempo. En otro aspecto, la modalidad aquí descrita se relaciona con un método para determinar la máxima capacidad de almacenamiento de una formación seleccionada, incluyendo el método . la determinación de una presión de cierre durante un intervalo de . tiempo pre-determinado, determinar un comportamiento de presión predicho, en la cual, dicha determinación incluye ingresar los parámetros de formación y una presión inicial de cierre en un simulador, y predecir el valor de una presión de cierre aproximadamente igual a una1 presión de sobrecarga, determinar una capacidad de eliminación de desechos en base a la determinación del I comportamiento de presión predicho, y arrojar a la salida la capacidad de eliminación de desechos. Todavía en otro aspecto, las modalidades aquí descritas se relacionan con un método para optimizar un proceso de inyección de desechos, incluyendo el método simular una formación en base a los parámetros de entrada, determinar el incremento de la presión de cierre por unidad de volumen de barro en base a la simulación, calcular una capacidad dé eliminación de desechos de la formación seleccionada, y arrojar a la salida la capacidad de eliminación de desechos. A partir de la siguiente descripción y las reivindicaciones anexas, serán aparentes otros aspectos y ventajas. Í BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La figura 1 muestra un método para determinar lá capacidad de eliminación de desechos de una formación en la cual no están disponibles los datos de la presión real, en conformdiad con las modalidades aquí descritas. La Figura 2 muestra un método para determinar lá capacidad de eliminación de desechos de una formación en base a los datos de presión reales de un proceso de inyección de1 desechos, en conformdiad con las modalidades aquí descritas, j La Figura 3 muestra un método para determinar la capacidad de eliminación de desechos de una formación para las operaciones de inyección de desechos, en conformdiad co las modalidades aquí descritas. j La' Figura 4 muestra una vista general esquemática del método descrito en la Figura 3. La Figura 5 es una gráfica de una fracción de relleno contra la presión para un barro, en conformdiad con las modalidades aquí descritas. La Figura 7 es una gráfica de una presión en el fondo i de la' perforación de dos lotes de barro a lo largo del tiempo, en conformdiad con las modalidades aquí descritas. 1 La Figura 8 es una gráfica de la probabilidad o rango de confianza de la capacidad de eliminación de desechos sólidos y la cantidad de pozos a ser inyectados, en conformdiad con las modalidades aquí descritas. 1 DESCRIPCIÓN DETALLADA En un aspecto, las modalidades aquí descritas se refieren a los métodos para estimar la capacidad de almacenamiento de una formación seleccionada para la eliminación de desechos de perforación. En otro aspecto, las modalidades aquí descritas se refieren a los métodos para estimar la capacidad de almacenamiento de una formación ¡ seleccionada para la eliminación de desechos de perforación: en base a los datos reales de inyección de desechos. Todavía en otro aspecto, las modalidades aquí descritas se refieren a¡ los métodos para estimar el intervalo de tiempo para la inyección de desechos. Con relación a la Figura 1, se muestra un método para! determinar un volumen máximo de eliminación de escombros de perforaciones en una formación, en conformdiad con las modalidades aquí descritas. El volumen máximo de eliminación de escombros de perforación en una formación, o una capacidad de la formación seleccionada, puede ser determinado o estimado sí los datos reales de las presiones de inyección de desechos no están disponibles usando el método mostrado en la Figura 1. Como se muestra en la Figura 1, los parámetros de formación de una formación seleccionada se ingresan en un simulador 102. El simulador puede incluir cualquier simulador conocido en el arte para la simulación de fracturación de formaciones. En una modalidad, el simulador puede incluir un simulador de fracturación hidráulica tridimensional. Los simuladores hidráulicos de fracturación comercialmente disponibles incluyen, por ejemplo, TerraFRAC® por TerráTek® (Salt Lake City, Utah) , FracCADE® por Schlumberger (Houston, TX) , y MFRAC™ por Meyer and Associates, Inc. (Natrona1 Heights, PA) . El simulador puede incluir el modeladoj numérico, el modelado tridimensional, y puede simular el crecimiento de fracturas en una formación durante la inyección de desechos. . Los parámetros de formación pueden incluir las propiedades geométricas de la formación, por ejemplo, el; Módulo de Young,' la proporción de Poisson, las tensiones de formación, la presión de formación, la temperatura de formación para inyección, y el coeficiente de filtrado. El' filtrado, del modo usado aquí, se refiere a la migración de un fluido en una cara de la fractura. Los parámetros de formación adicionales pueden incluir el tipo de formación, la dureza de la roca fracturada, la fuerza de formación, y la1 plasticidad. Los parámetros de formación pueden ser obtenidos a partir de dispositivos de perforación o sondeo para la obtención de muestras, u otros aparatos conocidos en el arte de determinar las propiedades de una formación, por ejemplo,1 aparatos de sondeo durante la perforación (LWD, por sus1 siglas en inglés) y de medición durante la perforación (M D, por sus siglas en inglés) . Después de que los parámetros de formación han sido ingresados en el simulador 102, es ejecutada 104 una simulación, simulando una fractura hidráulica de la formación seleccionada durante un proceso de inyección de desechos. En una modalidad, los parámetros de inyección por lote también pueden ser ingresados en el simulador. Los parámetros de inyección por lote pueden incluir, por ejemplo, la cantidad de lotes de desecho inyectados dentro de la formación, un; i volumen de barro (escombros sólidos más fluidos) a ser inyectado dentro de la formación, y las propiedades; i materiales del barro. Por ejemplo, en una modalidad, un operador del simulador puede especificar una inyección de 600 barriles de barro, en los cuales, el barro incluye aproximadamente 20% de sólidos, para modelar o simular la fracturación hidráulica de la formación. Alguien con habilidad ordinaria en el arte apreciará que otras combinaciones de parámetros de inyección por lotes pueden ser usadas o ingresadas dependiendo de, por ejemplo, la formación seleccionada y la cantidad de desechos preparados para la inyección. En una modalidad, la simulación de la formación durante la inyección de desechos 104 puede ser usada para determinar una presión de cierre, Pci, de la fractura de la formación, en conformdiad con una disminución de la presión después del bombeo al interior. De manera alternativa, una presión neta,1 Pnet al final de la inyección dentro de la fractura puede ser determinada 106 a partir de la simulación, y ser usada entonces para determinar una presión de cierre 108. El incremento en la presión de cierre es proporcional al incremento de la presión neta multiplicada por un coeficiente de 0.005. En otras palabras, el aumento de la presión de; cierre puede ser estimado como aproximadamente 0.5% del incremento de la presión neta. El coeficiente usado para1 determinar el incremento en la presión de cierre; a saber, 0.005 ó 0.5%, corresponde al porcentaje de volumen de sólidos dentro de una fractura de' la porción de fractura y ha sido derivada prácticamente a partir de varios proyectos de WI . De tal modo, el aumento de la presión de cierre puede ser determinado como se muestra en la Ecuación 1 a continuación: Pnet x 0.005 = Aumento de Pci ¡ Dónde la presión neta es determinada al final de la inyección y el aumento de la presión de cierre son1 determinados por lote de inyección. De tal modo, regresando a la referencia del ejemplo anterior, donde un lote de1 inyección de 600 barriles de barro con 20% de sólidos se i ingresó en el simulador, el simulador puede modelar ó predecir una presión neta de aproximadamente 140 psi. Siendo asi, en este ejemplo, la presión de cierre puede ser determinada como de 0.7 psi, aproximadamente. ¦ Después, las Ecuaciones 2-5 pueden ser usadas para determinar una capacidad de eliminación de desechos o un volumen máximo de inyección de barro dentro de una formación 110. En una modalidad, estos cálculos pueden ser programados en el simulador. De manera alternativa, un simulador numérico separado puede ser usado para llevar a cabo las siguientes' determinaciones. Primero, un volumen de escombros en el, barro, ctgSf puede ser determinado como se muestra en la Ecuación 2. Volumen del Lote de Barro x Porcentaje ; de Escombros en Barro = Vctgs (2) De tal modo, al continuar el ejemplo precio, para un1 lote de barro de 600 barriles del mismo, en los cuales, el¡ barro contiene 20% de escombros, el volumen de los escombros en el barro es de 120 barriles. Entonces, se puede determinar un incremento de la presión de cierre por volumen único de barro inyectado, por ejemplo, por 1 barril de barro, de la siguiente manera: Aumento de Pci por lote de inyección / Vctgs = Aumento de Pcl (3) Por ejemplo, como se ha determinado anteriormente, sí el aumento de presión de cierre por lote de la inyección de 600 barriles de barro es de 0.7 psi y el volumen de escombros1 en el barro es de 120 barriles, entonces el incremento de la presión de cierre por cada barril de "volumen de escombros inyectado es de 0.00583 psi/bbl. ^ A continuación, puede calcularse la diferencia, Di,¡ entre una presión de sobrecarga, P0Vb, y una tensión inicial mínima de la formación para la inyección a una presión de cierre inicial. Del modo usado aquí, la presión de sobrecarga se refiere a la presión impuesta sobre un área o punto de interés en la sub-superficie mediante la formación o superposición de roca en esa área. -La presión de sobrecarga y| la tensión mínima inicial puede ser determinada o arrojada como salida de la simulación de fractura hidráulica de la formación. Por ejemplo, una simulación de fractura hidráulica que incluye los parámetros del ejemplo anterior, puede resultar en una presión de sobrecarga de 5,709 psi y una tensión mínima inicial de 4,318 psi. De tal modo, la diferencia entre la presión de sobrecarga y la tensión mínima1 inicial en el ejemplo real es de 1,391 psi. Así, la capacidad de eliminación de desecho de escombros en la formación seleccionada puede ser determinada mediante la Ecuación 4 a continuación. j Di/Aumento de Pci = Capacidad de Eliminación de Escombros (4) t Con relación a los cálculo del ejemplo anterior, en donde la diferencia entre la presión de sobrecarga y la tensión mínima inicial de la formación es de 1,391 psi, y el aumento de la presión de cierre por un barril de volumen de barro es de 0.00583 psi/bbl, entonces la capacidad de eliminación de escombros es de 238,457 bbls. Usando la capacidad de eliminación de escombros calculada en la Ecuación 4, la capacidad de eliminación de desechos de barro en la formación seleccionada puede ser determinada, en 110, empleando la Ecuación 5, Capacidad de Eliminación de Escombros / Porcentaje de Escombros en el Barro = i . Capacidad de Eliminación de Barro (5) De tal modo, en el ejemplo anterior, con una capacidad de eliminación de escombros de 238, 457- bbls y un valor del porcentaje de escombros en el barro de 20%, la capacidad de eliminación de barro es de 1,192,286 bbls. Un intervalo de tiempo para la inyección de desechos puede ser calculado, en 112, en base a la capacidad de eliminación de barro calculada. El intervalo de tiempo puede ser determinado al dividir la capacidad de eliminación de barro determinada por medio de un tiempo promedio de inyección. El tiempo promedio para la inyección puede ser obtenida al promediar el tiempo de inyección para varios procesos históricos de inyección de desechos, o puede ser un valor conocido y usado en el arte como el tiempo promedio de inyección de barro. Por ejemplo, un tiempo promedio para un proceso de inyección de desechos puede ser aproximadamente de 1,500 barriles por día .. De tal modo, en el ejemplo anterior, donde la capacidad de eliminación de barro es de 1,192,286, el tiempo estimado para la inyección de la capacidad dé eliminación de barro determinada es de 795 días. En una modalidad, el simulador de fracturación hidráulica o el simulador numérico pueden arrojar a la salida por lo menos una capacidad de eliminación de barro y el intervalo de tiempo para la inyección de desechos, en 114. En base a la salida, el proceso de inyección de desechos puede ser llevado a cabo inyectando una cantidad de barro dentro de la formación correspondiente a lo determinado y a la capacidad de eliminación de barro obtenida como salida y/o el intervalo de tiempo obtenido como salida. Alguien con habilidad ordinaria en el arte apreciará que los ejemplos y valores de los parámetros, estimados,' asumidos y calculados anteriormente son simplemente ilustrativos del método para determinar la capacidad de eliminación de desechos del pozo, en conformdiad con las modalidades aquí descritas, y no se consideran para limitar el enfoque de las modalidades de la presente descripción. Con relación a la Figura 2, se muestra un método para determinar un volumen máximo de eliminación de escombros de perforación en una formación, en conformdiad con las1 modalidades aquí descritas. El volumen máximo de eliminación de escombros de perforación en una formación, o una capacidad de la formación seleccionada, puede ser determinado ó estimado en base a datos reales o actuales durante un intervalo de tiempo de un proceso de inyección de desechos usando el método mostrado en la Figura 2. En conformdiad con el método de la Figura 2, las presiones de cierre de un proceso de inyección de desechos son determinadas durante un intervalo de tiempo pre-seleccionado, en 220. Por ejemplo, en una modalidad, los valores de las presiones de cierre estimadas durante un mes' ó varios meses de inyección pueden ser determinadas en base a los datos empíricos medidos durante un proceso de inyección de desechos. Los cierres de presión . determinados empíricamente pueden ser establecidos por medio de cualquier, método conocido en el arte, por ejemplo, mediante mediciones de la presión y estimación de las presiones en base a los registros de la presión durante un proceso de inyección de desechos. A continuación, se determina un comportamiento predicho de la presión de la formación de fractura, en 222. En unai modalidad, el comportamiento predicho de la presión puede ser determinado al ingresar los parámetros de formación y las presiones de cierre reales en un simulador 224, simulando la formación seleccionada durante la inyección de desechos 226, y prediciendo un valor de una presión de cierre aproximadamente igual a una presión de sobrecarga 228. En esta modalidad, el simulador puede incluir un simulador predictivo simple, por ejemplo, un simulador numérico, que es capaz de generar o predecir una tendencia en base a los datos ingresados, por ejemplo, datos empíricos. En una modalidad, los parámetros de ' formación ingresados en el simulador 224 pueden incluir, por ejemplo, el Módulo de Young, la proporción de Poisson, las tensiones de formación, la presión dé formación, la temperatura d formación para inyección, y el coeficiente de filtrado, e tipo de formación, la dureza de la roca fracturada. La fuerz de formación, y la plasticidad. Las presiones de cierre reales ingresadas en el simulador pueden corresponder con los1 valores de tiempo durante el intervalo de tiempo pre-> seleccionado del proceso de inyección de desechos. El I simulador puede entonces ser ejecutado 226 para generar una tendencia predicha de las presiones de cierre en base a las; presiones de cierre reales o determinadas empíricamente y los valores de tiempo correspondientes. simulador puede ser configurado de modo tal que el último valor de la tendencia 228 predicha de las presiones de cierre represente una presión de sobrecarga, P Adicionalmente, el simulador puede ser configurado o programado para resolver las Ecuaciones 6-9 para déterminar i la capacidad de eliminación de desechos de la formación y un intervalo de tiempo para la inyección de desecho. Después,1 puede calcularse la diferencia, D2, entre la presión de sobrecarga predicha y la mayor presión de cierre determinada de manera empírica, Pci.' Un valor del incremento de la presión de cierre por unidad de volumen de barro (p. ej . , por barril) puede ser determinado entonces, en 320, al dividir la diferencia entre la presión de sobrecarga predicha y la última presión de cierre determinada de manera empírica, D2, por medio del volumen total de barro inyectado durante eli intervalo de tiempo pre-determinado, como se muestra en la Ecuación 6 a continuación. D2/Volumen Total Inyectado = Incremento de Pci por Volumen (6) * A continuación, la capacidad de la formación del pozo,¡ o el volumen máximo de inyección, pueden determinarse, en j 232, al multiplicar la diferencia entre la presión de sobrecarga y la mayor presión de cierre determinada de manera' empírica, D2, por el incremento de la presión de cierre por( volumen, como se muestra en la Ecuación 7. D2 x Aumento de Pci por Volumen = i Capacidad de Formación (7) El volumen promedio de inyección por unidad de tiempo puede ser determinado entonces a dividir el volumen total de barro inyectado durante el intervalo de tiempo pre-seleccionado entre la duración del tiempo en el cual se inyectó el barro (p. e . , días), como se muestra en lá Ecuación 8. j Volumen Total Inyectado / Tiempo de Inyección de Baro = Volumen Promedio de Inyección (8) Finalmente, la cantidad de tiempo (p. ej . , la cantidad de días) necesario para inyectar un barro para alcanzar una capacidad de eliminación de desechos de la formación puede; ser determinada al dividir la capacidad estimada de formación, determinada por la Ecuación 7, entre el volumen} promedio de inyección por unidad de tiempo, determinado mediante la Ecuación 8, como se muestra en la Ecuación 9. Capacidad de Formación / Volumen Promedio de Inyección = Tiempo (9) En una modalidad, el simulador numérico puede arrojar a la salida la capacidad de eliminación de barro y el intervalo1 de tiempo para la inyección de desecho, en 234. Adicionalmente, el simulador puede arrojar a la salida el¡ intervalo de tiempo para la inyección de barro dentro de la formación. En base a la salida, se puede llevar a cabo un proceso de inyección de desechos, inyectando una cantidad de barro en la formación, correspondiente a lo determinado y a i la capacidad de eliminación de barro y/o el intervalo de tiempo que se obtuvo como salida. En conformdiad con otra modalidad, se describe un método para optimizar una capacidad de eliminación de desechos de una formación seleccionada para la inyección de desechos. En esta modalidad, la simulación de una formación seleccionada se lleva a cabo en base a los parámetros de entrada. Los parámetros- de entrada pueden incluir, por ejemplo, los parámetros de formación y los parámetros de inyección por lote. Los parámetros de formación pueden' incluir, por ejemplo, las propiedades geomecánicas de la, formación, tal como el Módulo de Young, la proporción de Poisson, las tensiones de formación, la presión de formación, la temperatura de la formación para inyección, y el coeficiente de filtrado. Los parámetros- de formación adicionales incluyen el tipo de formación, la dureza de la roca fracturada, la fuerza de formación, y la plasticidad. Una vez que la formación es simulada, puede ser determinado un aumento de la presión de cierre por unidad de volumen de barro en base a la simulación. En una modalidad, el aumento de la presión de cierre puede ser determinado^ usando la Ecuación 3 anterior, si los datos reales o empíricos de inyección de desechos' no están disponibles. En1 otras modalidades, el aumento de la presión de cierre puede ser determinada usando la Ecuación 6, sí los datos empíricos para un proceso de inyección de desechos están disponibles. A partir de las determinaciones del aumento de la presión de cierre, se puede calcular una capacidad de eliminación de desechos de la formación seleccionada (ver las Ecuaciones 5 y 7), de modo tal que la capacidad de eliminación de desechos de la formación es optimizada. En una modalidad, la optimización de la capacidad de eliminación de desechos se refiere a un volumen máximo de inyección de barro que puede ser inyectada en una formación seleccionada sin dañar el pozo, los pozos cercanos, o las trayectorias planeadas de pozos. Típicamente, una vez que la presión dentro de las fracturas del pozo alcanza una presión de sobrecarga, una fractura horizontal puede 'girar' y fracturase en dirección vertical. Este efecto de giro de una fractura es comúnmente indeseable. De este modo, la optimización de una capacidad de desecho para una formación1 seleccionada incluye la determinación de un volumen de barro que, cuando es inyectado, no alcanza o sobrepasa una presión de sobrecarga, una presión de colapso del revestimiento, o; una presión de rompimiento del revestimiento. A partir de la capacidad de eliminación de desechos determinada, también puede ser determinado un intervalo de tiempo para la inyección del barro dentro de la formación seleccionada (ver Ecuaciones 8 y 9) . La capacidad de; eliminación de desecho determinada ' y optimizada de la formación seleccionada y/o el intervalo de tiempo de inyección pueden ser arrojados como salida entonces a un usuario. En base a la salida, se puede llevar a cabo un proceso de inyección de desechos, inyectando una cantidad de barro dentro de la formación, correspondiente a lo determinado y a la capacidad de eliminación de barro y/o al intervalo de tiempo arrojados como salida. ; Con relación a la Figura 3, se muestra un método para estimar la capacidad de eliminación de desechos de una formación subterránea para las operaciones de inyección de' desechos en conformidad con las modalidades de la presente1 descripción. La Figura 4 muestra una vista general-esquemática del método detallado en la Figura 3. En esta; modalidad, una capacidad máxima de eliminación de desechos de, una formación de inyección es determinada mediante la realización de las simulaciones de la fractura de la formación de inyección, además de las formaciones circundantes, para obtener la geometría de la fractura y la presión neta confinada. El volumen máximo de eliminación de escombros de perforación en una formación, o una capacidad de la formación seleccionada, puede ser determinada o estimada sí los datos reales de la presión de inyección de desechos no están disponibles usando el método mostrado en la Figura 3. Como se muestra en la Figura 3, se estiman 340 los parámetros de formación, incluyendo las propiedades litológicas y mecánica de la capa de inyección y de la formación circundante. Como se describe anteriormente, los parámetros de formación pueden incluir las propiedades geomecánicas de' la formación, por ejemplo, el Módulo dé Young, la proporción de Poisson, las tensiones de formación la presión de formación, la temperatura de la formación para inyección, y el coeficiente de filtrado. Los parámetros de formación adicionales pueden incluir el tipo de formación, la dureza de la roca fracturada, la fuerza de formación, y la plasticidad. Los parámetros de formación pueden ser obtenidos a partir de dispositivos de perforación o sondeo para la obtención de muestras, u otro aparato conocido en el arte para determinar las propiedades de una formación, por ejemplo, aparatos de L D y MWD. Los parámetros de formación de la formación seleccionada son usados entonces para construir un modelo: I geomecánico, y el modelo es ingresado en el simulador 342. El simulador puede incluir cualquier simulador ' conocido en el arte para simular la fracturación de la formación. En una modalidad, el simulador puede incluir un simulador de fracturación hidráulica tridimensional. Los simuladores de, fracturación hidráulica disponibles comercialmente incluyen, por ejemplo, TerraFRAC® por TerraTek® (Salt Lake City, Utah),| i i FracCADE® por Schlumberger (Houston, TX) , y MFRAC™ por Meyer and Associates, Inc. (Natrona Heights, PA) . El simulador i puede incluir el modelado numérico, el modelado tridimensional, y puede simular el crecimiento de fracturas en una formación durante la inyección de desechos. 1 Después de que los parámetros de formación y el modelo geomecánico han sido ingresados en el simulador 342, una simulación es ejecutada 344, simulando una fracturación hidráulica de la formación seleccionada durante un proceso dé inyección de desechos. En una modalidad, los parámetros de inyección por lote pueden incluir, por ejemplo, la cantidad de lotes de desechos inyectados dentro de la formación, y un1 volumen de barro (escombros sólidos más fluidos) a ser inyectados dentro de la formación. Los parámetros del barro incluyen, por ejemplo, las propiedades del material del¡ barro. En ciertas modalidades, los parámetros de inyección por lotes pueden ser valores estimados seleccionados en base a experiencias previas de inyección de los operadores, j ingenieros, etc. Por ejemplo, en una modalidad, un operador del simulador puede especificar una inyección de 600 barriles' de barro, en la cual el barro incluye aproximadamente 20% de sólidos, para modelar o simular la fracturación hidráulica de la formación. Alguien con habilidad ordinaria en el arte apreciará que otras combinaciones de parámetros de inyección por lotes pueden ser usadas o ingresadas dependiendo de, por ejemplo, la formación seleccionada y la cantidad de escombros preparada para la inyección. Después de que- la simulación es ejecutada 344, ¦ dichai simulación arroja a la salida los resultados de la simulación de la fractura en base al modelo y a los datos ingresados en el simulador 342, 344. En una modalidad, los resultados de lá simulación de la fractura pueden incluir la presión neta y la i geometría de la fractura al final de la operación de la inyección simulada o contenida 346. En algunas modalidades, el aumento en la presión de cierre de la fractura (es decir, i I una tensión mínima in situ sobre la altura de la fractura) puede ser proporcional a una fracción de relleno de sólidos) en la fractura y la presión neta confinada. Esta relación se muestra en la Figura 6, donde w es una fracción y p es una1 presión. Debido a que la concentración de sólidos en el barroj es constante, en el ejemplo anterior, con un 20% de volumen de sólidos estimados, la fracción de relleno de sólidos contenida es igual a 0.25%, como se muestra en la Figura 5. i La Figura 5 muestra lá fracción de relleno de sólidos calculada en la fractura contra las concentraciones de sólidos del barro inyectado para arena (equivalente a los escombros) y agente de soporte (arena de fuerza intermedia)! confinados. Se usó una porosidad promedio de la formación de 35%. Por lo tanto, el aumento en la presión de cierre de la fractura a partir de un lote único de barro puede estimarse' 348 como igual a la fracción de relleno (es decir, 0.25%) veces la presión neta. El incremento en la presión de cierre de la fractura puede ser estimada para cada simulación: llevada a cabo. ' Después, la capacidad de la formación puede ser estimada 350 al determinar el volumen total que puede ser inyectado dentro de la formación antes de que la presión dej inyección alcance los límites de llenado del pozo o antes de que la presión de cierre de la fractura alcance la sobrecarga. Para verificar la contención de la fractura o la capacidad de formación, puede llevarse a cabo 352 entonces una simulación de seguridad de una contención de gran volumen! de un lote único. El volumen total de sólidos estimado que podría ser inyectado dentro de la formación (es decir, estimado en base a la presión de inyección, los límites de, llenado del pozo, o la presión de sobrecarga) es ingresado en la simulación de seguridad para verificar la capacidad. Después de que las operaciones de inyección han. comenzado en base al volumen o capacidad total estimado de la formación, el incremento estimado en la presión de cierre de la fractura puede ser calibrado 354 al compararla con la presión de cierre de la fractura real determinada a partir de un análisis de disminución de la presión (p. ej . , trazados de la función G o de raíz cuadrada (SQRT, .por sus siglas en inglés)} y un coeficiente de ajuste definido. i A continuación se proporciona un ejemplo de un método para estimar la capacidad de eliminación de desecho de una formación subterránea para las operaciones de inyección de desechos en conformdiad con las modalidades de la presente1 descripción con relación a la Figura 3. Primero, un incremento en la presión de cierre de la fractura, Pci, por cada lote de barro inyectado puede ser estimada al| multiplicar la presión neta confinada por medio de la fracción de relleno, como se muestra en la Ecuación 10. Aumento de Pci por lote = Pnet confinada x Fracción de Relleno (10) En este ejemplo, para un volumen de lote de barro de 600 bbls, una presión neta confinada de 140 psi, y una fracción de relleno de 0.25% (ver Figura' 5) , el aumento en la presión de cierre de la fractura es determinada como de 0.35: psi . Después, el volumen de sólidos en el barro (Vc) pueden ser determinado al multiplicar el volumen del lote de barro' por la concentración de sólidos, como se muestra en la; Ecuación 11. Vc = Volumen de Lote de Barro x ¦ Concentración de Sólidos (11) De tal modo, para un barro con aproximadamente 20% de i concentración de sólidos, los sólidos en el barro, Vc, es1 aproximadamente de 120 bbls (600 bbls x 0.2). La presión de cierre de la fractura por un barril dé sólidos inyectado puede ser estimada entonces al dividir el incremento de la presión de cierre de la fractura por un loté de barro inyectado entre el volumen de sólidos en el barro, como se muestra en la Ecuación 12. ¡ Aumento de Pci por barril = Aumento de Pci por lote / Vc (12) Por consiguiente, en este ejemplo, el aumento en la presión de cierre de la fractura por un barril de escombros/sólidos inyectado es de aproximadamente 0.00292 psi/1 bbl (0.35 psi/120 bbls) . Después, la diferencia entre la presión de sobrecarga,¡ P0Br Y Ia presión de cierre de la fractura inicial, Pci initiai/ es determinada usando la Ecuación 13. Diferencia 1 = P0B - Peí initiai (13) Esta diferencia es comparada entonces con la diferencia entre la presión de inyección inicial, Pi.nj, y los limites de llenado del pozo, Pmax/ como se ve en la Ecuación 14, para determinar cuál es la menor diferencia., Diferencia 2 = P^ - Pinj (14) La menor diferencia determinada, la Diferencia 1 ó la Diferencia 2, puede ser entonces usada para una estimación de capacidad de eliminación de desechos pesimista. En el ejemplo actual, la presión de sobrecarga, la presión de cierre de la fractura inicial, la presión de inyección inicial, y los límites de llenado del pozo con los siguientes: Sobrecarga = 5,709 psi Presión de Cierre dé la Fractura Inicial = 4,318 psi Presión de Inyección Inicial = 5,100 psi Límites Máximos de Llenado del Pozo = 10,000 psi En este ejemplo, la presión de sobrecarga puede ser-estimada a partir de muéstreos, la presión de cierre de la fractura inicial y la presión de inyección inicial fueron obtenidas a partir del análisis de la presión real, y los límites máximos de llenado del pozo fueron proporcionados por un operador en base a las presiones máximas de las tuberías, revestimientos y bocas de pozo. Así, la Diferencia 1 (1,391 psi) es menor que la1 Diferencia 2 (4,900 psi), y puede ser usada por tanto para calcular una capacidad de eliminación de sólidos. La capacidad de eliminación de sólidos es igual a la menor diferencia determinada a partir de las Ecuaciones 13 y 14 divididos por el aumento en la presión de cierre de la fractura por barril de sólidos inyectados determinado por la Ecuación 12, como se muestra en la Ecuación 15. Capacidad de Eliminación de Sólidos = Diferencia / Aumento de Pci por barril (15) En conformdiad, la capacidad de eliminación de sólidos en el ejemplo actual es igual a 476,370 bbls (1,391 psi / 0.00292 psi/bbl) . Después, se puede llevar a cabo una simulación dé aseguramiento de la contención de un lote único de gran volumen usando un simulador numérico de fracturación hidráulica en 3D, como se describe anteriormente, y la1 capacidad total de eliminación de sólidos estimada a partir de la Ecuación 15 para verificar la contención de la fractura. i Adicionalmente, la cantidad total de pozos que podrían ser inyectados en base a la capacidad estimada de eliminación de sólidos puede ser calculada al. dividir la capacidad estimada de eliminación de sólidos entre el volumen de generación de sólidos por pozo, como se muestra en la Ecuación 16. i i Cantidad de Pozos = Capacidad de Eliminación de Sólidos / Volumen de Generación de Sólidos del Pozo (16) ! Dado que el volumen de generación de sólidos por pozo es de aproximadamente 2,000 bbl's, la cantidád de pozos que podrían ser inyectados es de aproximadamente 238· pozos (476, 370 / 2, 000) . Los pasos asociados con las Ecuaciones 10-16, y las simulaciones usadas para determinar tales datos, pueden llevarse a cabo para otros volúmenes de barro anticipados como sea necesario. Cada lote de barro subsecuente puede resultar en la variación de las presiones al fondo de la perforación, como se muestra en la Figura 7. Usando los resultados a partir de las simulaciones y los pasos anteriores, un rango de confianza (p. e . , PIO, P50 y P90) de la capacidad de eliminación de sólidos y la cantidad de pozoá que podrían ser inyectados pueden ser determinadas usando cualquier método conocido para aquellos en el arte. La Figura i 8 es una gráfica que- muestra la probabilidad o rango dé confianza de la capacidad de eliminación de sólidos y la cantidad de pozos, en conformdiad con una modalidad de la presente descripción.

Después de que las operaciones de inyección han comenzado, el aumento estimado en la presión de la fractura I Pci puede ser calibrado con la presión de cierre de la fractura inferida a partir de un análisis de disminución. Unj coeficiente de ajuste puede ser definido para ser aplicado a la simulación actual o a simulaciones futuras, como se muestra en la Ecuación 1 . Coeficiente de Ajuste = ¡ Pcl Estimated / Pcl Actual (17) Por ejemplo, para una presión de cierre de fractura1 estimada de 4,322 psi y una presión de cierre de fractura real de 4, 360 psi, el coeficiente de ajuste es de 0.991 (4, 322 psi / 4, 360 psi) . En una modalidad, las salidas de los métodos aquí descritos pueden incluir las salidas de las presiones de! cierre, las presiones de sobrecarga, la capacidad de eliminación de desechos, y los intervalos de tiempo. Los| tipos de salidas incluyen la representación gráfica de la información por ejemplo, las tendencias de presión, o las representaciones gráficas de la formación que muestran la capacidad de eliminación de desechos. Adicionalmente, las1 salidas pueden incluir pantallas numéricas y tabulares. De manera ventajosa, las modalidades aquí descritas nos dan los métodos para determinar un volumen máximo u óptimo de inyección en una formación seleccionada para un proceso de inyección de desechos. En algunas modalidades, los métodos para calibrar o determinar los parámetros de las fracturas hidráulicas iniciadas en una formación durante un proceso de inyección de desechos también pueden ser provistos. Las, modalidades aquí descritas pueden proveer benéficamente- un estimado del tiempo de inyección de barro en una formación seleccionada antes de alcanzar la sobrecarga y/o antes de alcanzar la presión de rompimiento del revestimiento del pozo. Además, las modalidades aquí descritas pueden proveer benéficamente un método para determinar · la capacidad de eliminación de desechos de una formación sin determinar la geometría de la(s) fractura (s). Mientras la invención ha sido descrita con respecto a una cantidad limitada de modalidades, aquellos con habilidad en el arte, teniendo los beneficios de esta descripción, apreciarán que otras modalidades pueden ser divisadas, sin alejarse del enfoque de la invención como ha sido aquí descrito. En conformdiad, el enfoque de la invención debé limitarse solamente por las reivindicaciones anexas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para determinar un volumen máximo de eliminación de escombros de perforación dentro de una formación, incluyendo dicho método: i Ingresar la los parámetros de formación en un simulador; Simular una formación durante la inyección de desechos en base a los parámetros de formación; ¡ Determinar una presión neta en base a la simulación; Determinar un aumento de la presión de cierre en base a la simulación; . j Calcular in volumen de eliminación de desechos en base a la presión neta y a la presión de cierre; Calcular un intervalo de tiempo de inyección de i desechos en base al volumen de inyección calculado; y ! Arrojar como salida por lo menos un valor del volumen de eliminación de desecho y del intervalo de tiempo.

2. El método de la reivindicación 1, en el que los parámetros de formación incluyen la perforación o sondeo para la obtención de muestras.

3. El método de la reivindicación 1, en el que el cálculo de un volumen de eliminación de desechos incluye el cálculo de un volumen máximo de inyección antes de alcanzar una presión de sobrecarga.

4. El método de la reivindicación 1, incluyendo adicionalmente inyectar un volumen de barro dentro de la formación aproximadamente igual al volumen de eliminación de desecho calculado.

5. El método de la reivindicación- 1, en el que los parámetros de formación incluyen por lo menos uno del módulo t de Young, la proporción de Poisson, la presión de formación, la temperatura de la formación para inyección, y el coeficiente de filtrado.

6. El método de la reivindicación 1, en el que la simulación incluye simular una fractura hidráulica tridimensional de la formación.

7. El método de la reivindicación 1, que incluye adicionalmente el ingreso de ¦ los parámetros de inyección por lotes en el simulador.

8. El método de la reivindicación 1, en el que el cálculo de un volumen de eliminación de desechos incluye determinar una diferencia entre una presión de sobrecarga y una tensión inicial mínima de la formación con una presión de cierre inicial. '

9. El método dé la reivindicación 1, en el que determinar un aumento de la presión de cierre incluye determinar un volumen de escombros en el barro. 10. Un método para determinar la capacidad máxima dé almacenamiento de una formación seleccionada, incluyendo el método: Determinar una presión de cierre durante un intervalo de tiempo pre-determinado; j

Determinar un comportamiento de presión predicho, en i donde dicha determinación incluye: ! Ingresar los parámetros de formación y una presión de i cierre inicial en el simulador; Simular la formación seleccionada durante la inyección de desechos; y Predecir un valor de una presión de cierré aproximadamente igual a una presión de sobrecarga, Determinar una capacidad de eliminación de desechos en base a la determinación del comportamiento de presión predicho; y Arrojar como salida la capacidad de eliminación dé desechos.

11. El método de la reivindicación 10, en el que determinar un comportamiento de presión predicho . incluye generar una tendencia de las presiones de cierre en base á I datos empíricos.

12. El método de la reivindicación 10, incluyendo adicionalmente determinar un intervalo de tiempo de inyección de desechos en base al volumen de inyección calculado.

13. El método de la reivindicación 10, que incluye i adicionalmente inyectar un volumen de barro dentro de la formación aproximadamente igual a la capacidad de eliminación de desechos. j i

14. El método de la reivindicación 10, en el que determinar la presión de cierre durante un intervalo de tiempo predeterminado incluye obtener los datos empíricos de un proceso histórico de inyección de desechos.

15. El método de la reivindicación 10, en el que determinar la capacidad de eliminación de desechos incluye! determinar un aumento de la presión de cierre por unidad de volumen de barro.

16. El método de la reivindicación 15, que incluye adicionalmente determinar una diferencia entre la presión de sobrecarga y una presión de cierre determinada de manera empírica.

17. El método de la reivindicación 10, en el que los! parámetros de formación incluye por lo menos uno -del grupo' que consiste en el módulo de Young, la proporción de Poisson,; la presión de formación, la temperatura de formación para inyección, y el coeficiente de filtrado.

18. Un método para optimizar un proceso de inyección de: desechos, incluyendo dicho método: Simular una formación en base a parámetros de entrada; ! i Determinar un aumento de la presión de cierre por unidad de volumen de barro en base a la simulación; Calcular la capacidad de eliminación de desechos de la formación seleccionada; y Arrojar como salida la capacidad de eliminación de desechos.

19. El método de la reivindicación 18, en el que el cálculo de una capacidad de eliminación de desechos de una formación seleccionada incluye determinar una diferencia en la presión de sobrecarga y una presión de cierre inicial. ' ¡

20. El método de la reivindicación 18, en el que losj parámetros de entrada incluyen por lo menos uno seleccionado' de los parámetros de formación y los parámetros de inyección! I