Inestabilidad del Hoyo

INESTABILIDAD DEL HOYO

Cuando se perfora un pozo, cambia el estado inicial de los esfuerzos en la formación, ocasionando la redistribución de los mismos en la vecindad del pozo. Este estado de redistribución de los esfuerzos puede exceder la fuerza de la roca y ocasionar una falla. Adicionalmente cuando un hoyo está cargado activamente (la presión hidrostática en el hoyo es menor que lapresión de la formación) o cargado pasivamente (la presión hidrostática en el hoyo es mayor que la presión de la formación) otros efectos de esfuerzo podrían causar fallas en la formación.

La mayoría de los problemas de inestabilidad de hoyo ocurren en formaciones lutíticas puesto que sus propiedades varían significativamente de una zona a otra. Existen diversos efectos que causan la inestabilidaddel hoyo. Estos pueden ser de origen químico o mecánico.

Efectos Químicos: el intercambio iónico en arcillas como las illitas, mica, esmectita, clorita, y capas de arcillas mezcladas pueden causar muchos problemas de inestabilidad de hoyo. Los ingenieros pueden erróneamente simular mecanismos de fallas con modelos mecánicos, analíticos o empíricos, mientras que el principal mecanismo puedeser un efecto químico. El principal mecanismo de falla durante la construcción de un pozo relacionado con causas químicas es la hidratación de las arcillas.

La hidratación de las arcillas ocurre debido a la afinidad que tienen las arcillas con el agua tales como la esmectita y la illita, las cuales absorben agua y aumentan la presión de la formación causando derrumbes y ensanchamiento del hoyo.La mayor proporción de arcillas se encuentran en las lutitas y si estas se encuentran en un medio en el que pueden reaccionar (fluidos de perforación base agua) se hidrataran con el agua aumentando su volumen.

Efectos Mecánicos: generalmente un hoyo falla por exceso de fuerzas de tensión y esfuerzos de corte en la formación, es por ello que estos factores deben ser considerados en laevaluación de la estabilidad del hoyo durante el proceso de perforación.

Fallas por Tensión: son encontradas frecuentemente en la práctica. Ocurren cuando los esfuerzos de tensión vencen la cohesión de la formación. Generalmente se producen por la densidad excesiva del fluido de perforación y son las responsables de que ocurra fracturamiento hidráulico. Cuando ocurren fallas por tensión el esfuerzoejercido sobre la formación es mayor que la tracción generada por la formación. Se clasifican de dos formas en términos del esfuerzo principal; fracturamiento hidráulico y exfoliación.

El fracturamiento hidráulico (ver Figura a) puede ocurrir cuando la presión del fluido de perforación es excesivamente alta mientras que la exfoliación (ver Figura b) usualmente se presenta cuando la presión de poroaumenta más que la presión del fluido de perforación como resultado de deformaciones en la matriz. Sin embargo, existen rangos de seguridad al momento de diseñar los fluidos de perforación dentro de los cuales no ocurre falla por tensión.

Fallas por esfuerzos de Corte: se producen cuando los esfuerzos de compresión exceden la resistencia mecánica de la formación. Generalmente estascondiciones ocurren en el hoyo cuando la densidad del fluido de perforación es insuficiente. Las fallas por esfuerzo de corte ocurre en las paredes del hoyo y se clasifican en: fallas de corte simple, corte por hinchamiento, corte helicoidal y corte alongado. Cada una de estas categorías se basa en términos del esfuerzo principal.


La rotura y falla por esfuerzo de corte y ensanchamiento (ver Figura ay b) ocurre cuando la presión del ejercida por el fluido de perforación no es suficientemente alta para soportar el hoyo. Por otra parte cuando la presión ejercida por el fluido de perforación es excesivamente alta pueden ocurrir fallas por esfuerzos de corte helicoidales o elongadas (ver Figura c y d). Similarmente a la falla por tensión existen bajos y altos límites de presión del fluido de...