Las_rocas_importan_Realidades_de_la_geom

Vista previa del material en texto

38 Oilfield Review
Las rocas importan: 
Realidades de la geomecánica
John Cook
Cambridge, Inglaterra
René A. Frederiksen
Klaus Hasbo
Hess Denmark ApS
Copenhague, Dinamarca
Sidney Green
Arnis Judzis
J.Wesley Martin
Roberto Suárez-Rivera
Salt Lake City, Utah, EUA
Jorg Herwanger
Patrick Hooyman
Don Lee
Sheila Noeth
Colin Sayers
Houston, Texas, EUA
Nick Koutsabeloulis
Robert Marsden
Bracknell, Inglaterra
Morten G. Stage 
DONG Energy
Hørsholm, Dinamarca
Chee Phuat Tan
Kuala Lumpur, Malasia
Por su colaboración en la preparación de este artículo, se
agradece a Ben Elbel, Dallas; Ian Walton, Rosharon, Texas; 
y Smaine Zeroug, Clamart, Francia. Se agredece además a
Hess Denmark ApS, DONG Exploration and Production A/S,
Noreco ASA, y Danoil, por haber aportado su estudio de 
un caso práctico del Mar del Norte.
ECLIPSE, Petrel, TerraTek, UBI (generador de Imágenes
Ultrasónicas de la Pared del Pozo) y VISAGE son marcas 
de Schlumberger.
Los esfuerzos y la presión actúan sobre todo yacimiento, pozo y terminación. Los 
pro cesos de perforación, producción e inyección modifican estos esfuerzos y
presiones, a veces en detrimento del operador. Debido a los avances producidos 
en las técnicas de mediciones, modelado y monitoreo geomecánicos, las compañías 
de E&P ahora pueden anticipar y mitigar los efectos de los esfuerzos y la presión a
medida que éstos cambian a lo largo de toda la vida productiva de sus campos
petroleros; desde la etapa de eva luación hasta la de abandono.
Si se cambia el esfuerzo que actúa sobre una
roca, ésta se deforma alterando su volumen y
geometría, además de los trayectos del flujo de
fluido presentes en su interior. Son múltiples los
factores que pueden impactar el régimen de los
esfuerzos a los que está sometida una formación,
incluyendo el tipo de roca, los ambientes deposi-
tacionales, la tectónica regional, los episodios de
erosión o levantamiento, las perturbaciones sís-
micas locales e incluso las variaciones de las
mareas. Las diferencias en la estructura de las
rocas complican aún más la influencia de tales
cambios en los esfuerzos. 
La manera en que las formaciones reaccionan
a los cambios de los esfuerzos se está transfor-
mando en un asunto de interés creciente para las
compañías de E&P. Los esfuerzos locales en los ya-
cimientos, habiendo alcanzado un estado de equi-
librio a lo largo del tiempo geológico, son alterados
por el proceso de perforación, producción e inyec-
ción. Si los cambios de los esfuerzos inducidos por
las operaciones de perforación o producción no se
anticipan, los desafíos y costos que implica el ma-
nejo de un área prospectiva pueden exceder de ma-
nera significativa las ex pec tativas iniciales de un
operador. Para caracterizar el esfuerzo, la deforma-
ción relativa y la deformación presentes en sus ya-
cimientos, las compañías de E&P recurren a la
geomecánica. Este campo amplio aplica la mecá-
nica de los sólidos y fluidos, la ingeniería, la geolo-
gía y la física para determinar cómo las rocas y los
fluidos que éstas contienen responden a la fuerza o
a los cambios en los esfuerzos, la presión y la tem-
peratura, producidos por las operaciones de perfo-
ración, terminación y producción de pozos.
En el pasado, la mayoría de los departamentos
de perforación y producción no estaba particu-
larmente al tanto de los esfuerzos presentes en
las formaciones y la geomecánica; muchos yaci-
mientos se consideraban técnicamente sencillos
y habían experimentado un grado de agota-
miento apenas limitado. Pero la declinación de
las reservas y los precios favorables del petróleo
están induciendo a los operadores a perforar
pozos más profundos e intrincados, a la vez que
las nuevas tecnologías prolongan las vidas pro-
ductivas de los campos maduros. Por lo tanto,
los operadores están centrando más su atención
en la geomecánica cuando evalúan las dificultades
que se plantean en las operaciones de perfora-
ción y producción; especialmente aquellos que
se esfuerzan por proteger sus inversiones en
operaciones de terminación de pozos onerosas,
particularmente en áreas prospectivas tectóni-
camente activas o de aguas ultraprofundas en
ambientes de alta presión y alta temperatura.
El hecho de ignorar la importancia de la
geomecánica puede acarrear consecuencias
severas. Un grado excesivo de pérdida de lodo,
inestabilidad del pozo, compresión o cizalladura
de la tubería de revestimiento, compactación del
yacimiento, subsidencia de la superficie, produc-
ción de arena, reactivación de fallas y pérdida de
sello del yacimiento puede, en todos los casos, ser
una manifestación de cambios en los esfuerzos
ejercidos sobre una formación.
Algunos operadores se ven obligados a reaccio-
nar a los cambios producidos en los esfuerzos o en
la estructura de las rocas a medida que perforan y
hacen producir sus pozos. Otros son más proactivos.
Invierno de 2007/2008 39
Esfuerzo
efectivo
mayor σ1
Resistencia
a la tracción
Esfuerzo efectivo menor σ3
Resistencia a la compresión uniaxial
A través de las pruebas
de núcleos y del modelado
geomecánico de la resistencia,
la deformación y el comporta-
miento de las rocas sometidas a
esfuerzos, están diseñando mejores pozos y desa-
rrollando mejor los campos petroleros. En los
últimos tiempos, estos esfuerzos han recibido la
asistencia de los centros de excelencia en geo-
mecánica recién establecidos en Bracknell,
Inglaterra, y en Houston, Texas, y Salt Lake City,
Utah, EUA.
Este artículo describe los avances registrados
en las técnicas de pruebas de laboratorio relacio-
nadas con la geomecánica, y en la simulación y
monitoreo de yacimientos que dan cuenta de la
variación de los es-
fuerzos locales. Los estu-
dios de campo, efectuados en
el Centro de Excelencia del Laborato-
rio de Geomecánica de Schlumberger y en el
Centro de Excelencia en Geomecánica de Yaci-
mientos de Schlumberger, muestran cómo esta
ciencia está ayudando a las compañías de E&P a
optimizar las operaciones de perforación y produc-
ción en yacimientos cada vez más desafiantes.
Esfuerzos en el subsuelo
Los esfuerzos que actúan sobre una formación
pueden variar en su origen, magnitud y dirección.
Los esfuerzos locales verticales naturales son ori-
ginados fundamentalmente por el peso de los es-
tratos de sobrecarga. Los esfuerzos ho rizontales 
poseen además un componente gra vitacional que
puede ser intensificado por la tectónica, los efec-
tos térmicos y la estructura geológica. No obs-
tante, otros factores tales como la litología, la
presión de poro y la temperatura, inciden en la
magnitud y orientación de los esfuerzos, además
del grado en que la roca responde a los esfuerzos.
El esfuerzo, una medida de la fuerza que actúa
sobre un área determinada, está compuesto por
componentes normales y componentes de corte.
El esfuerzo normal (σ) es el que se aplica en
forma perpendicular a un plano o a la superficie
de la roca. El esfuerzo de corte (τ) se aplica a lo
largo de la cara del plano. Matemáticamente,
existe una orientación de ejes ortogonales que
define las direcciones de los esfuerzos para las
cuales los esfuerzos de corte son nulos. Esa orien -
tación define los ejes de los esfuerzos principales,
en los que los esfuerzos aplicados son estricta-
mente normales.
A menudo se asume que en los yacimientos,
estos ejes principales ortogonales están orientados
en sentido vertical y horizontal (arriba); sin em-
bargo, esta condición no suele cumplirse. La mag-
nitud y orientación de los esfuerzos presentes en
la Tierra cambian con el echado (buzamiento) es-
tructural de la formación, que puede rotar la orien-
tación de los esfuerzos principales con respecto a
las direcciones vertical y horizontal, así como tam-
bién lo puede hacer la presencia de fallas, diapiros
salinos, montañas u otras estructuras complejas.1
En la Tierra, donde la deformación está res-
tringida, los tres componentes de los esfuerzos
estánligados, y cualquier cambio de esfuerzo en
una dirección es acompañado por cambios de los
esfuerzos a lo largo de los ejes ortogonales. Por
ejemplo, cuando la depositación continua trae
aparejadas profundidades de sepultamiento ma -
yores, el consiguiente incremento del esfuerzo
vertical de los estratos de sobrecarga puede
generar cambios en el esfuerzo horizontal, de -
pendiendo del grado en que las formaciones sean
capaces de expandirse lateralmente. Esta res-
puesta es restringida generalmente por la presen-
cia de formaciones adyacentes que confinan la
deformación de la roca. Las diferencias en las pro-
piedades de las formaciones también imponen
contrastes de esfuerzos entre las litologías adya-
centes. Por otro lado, la anisotropía de las forma-
ciones puede traducirse en un mayor esfuerzo
lateral en una dirección que en otra.
Un cuerpo de roca responde al esfuerzo apli-
cado a través de diversos modos de deformación
relativa (deformación) que producen cambios de
volumen y forma, a menudo acompañados por
cambios en las propiedades de las rocas (próxima
página, arriba). El espectro de deformación oscila
entre la deformación elástica, o reversible, y la
deformación plástica, o permanente, antes de ter-
minar finalmente en la falla de la roca. La
deformación causada por la compresión, la
tensión o el esfuerzo de corte puede producir
fenómenos de compactación, extensión, trasla-
ción o rotación, que se traducen finalmente en
rotura por cizalladura, fracturamiento o falla-
miento. Además de la magnitud del esfuerzo
aplicado, la respuesta de una roca al esfuerzo
depende en gran medida del tipo de roca, la
cementación, la porosidad y la profundidad de
sepultamiento. En las areniscas, el tamaño, la
forma y el área de los puntos de contacto entre
los granos de roca individuales inciden en la
deformación. En las calizas, la forma y la resisten-
cia de la estructura interna de la roca influyen en
la deformación.2
Los incrementos pequeños producidos en los
esfuerzos generalmente causan una deformación
pequeña, de la que la roca puede recuperarse.
Pasado cierto punto, la roca experimentará un
proceso de deformación plástica o fallará. El
modo de deformación y falla es impuesto por la
relación existente entre los cambios producidos
40 Oilfield Review
1. Addis MA: “The Stress-Depletion Response of
Reservoirs,” artículo SPE 38720, presentado en la
Conferencia y Exhibición Técnica Anual de la SPE, 
San Antonio, Texas, 5 al 8 de octubre de 1997.
2. Geertsma J: “Land Subsidence Above Compacting Oil
and Gas Reservoirs,” artículo SPE 3730, presentado en 
la Reunión Europea de Primavera de las SPE-AIME,
Ámsterdam, 16 al 18 de mayo de 1972.
3. Para obtener más información sobre las trayectorias de
esfuerzo, consulte: Crawford BR y Yale DP: “Constitutive
Modeling of Deformation and Permeability: Relationships
between Critical State and Micromechanics,” artículo
SPE/ISRM 78189, presentado en la Conferencia sobre
Mecánica de Rocas de las SPE/ISRM, Irving, Texas, 
20 al 23 de octubre de 2002.
Rhett DW y Teufel LW: “Effect of Reservoir Stress Path
on Compressibility and Permeability of Sandstones,”
artículo SPE 24756, presentado en la Conferencia y
Exhibición Técnica Anual de la SPE, Washington, DC, 
4 al 7 de octubre de 1992.
Scott TE: “The Effects of Stress Paths on Acoustic
Velocities and 4D Seismic Imaging,” The Leading Edge
26, no. 5 (Mayo de 2007): 602–608.
Teufel LW, Rhett DW y Farrell HE: “Effect of Reservoir
Depletion and Pore Pressure Drawdown on In-Situ
Stress and Deformation in the Ekofisk Field, North Sea,”
Transcripciones del 32o Simposio sobre Mecánica de
Rocas de EUA. Rótterdam, Países Bajos: A.A. Balkema
(1991): 63–72.
4. Existe una relación entre la trayectoria de los esfuerzos, 
el esfuerzo de corte y el esfuerzo medio. Mientras la
trayectoria de los esfuerzos (K) puede expresarse como 
K = ∆σ3/∆σ1, el esfuerzo de corte (Q) se expresa como
(Q = σ1-σ3), y el esfuerzo medio efectivo (P' ) es 
[P' = (σ1+σ2+σ3)/3]. En las pruebas de esfuerzos
uniaxiales de laboratorio, en las que los esfuerzos
principales mínimo e intermedio se consideran iguales
(σ2 = σ3), la pendiente η en el plano P'-Q , correspon -
diente a la trayectoria de los esfuerzos K, está dada por 
esta ecuación, según Crawford y Yale (referencia 3): 
5. Doornhof D, Kristiansen TG, Nagel NB, Pattillo PD y
Sayers C: “Compactación y subsidencia,” Oilfield
Review 18, no. 3 (Invierno de 2006/2007): 50–69.
6. Addis, referencia 1.
7. Choi SK y Tan CP: “Modeling of Effects of Drilling Fluid
Temperature on Wellbore Stability,” Transcripciones,
Simposio sobre Mecánica de Rocas en Ingeniería
Petrolera de las SPE/ISRM, Trondheim, Noruega 
(8 al 10 de julio de 1998): 471–477.
Li X, Cui L y Roegiers J: “Thermoporoelastic Analysis 
for Inclined Borehole Stability,” Transcripciones,
Simposio sobre Mecánica de Rocas en Ingeniería
Petrolera de las SPE/ISRM, Trondheim, Noruega 
(8 al 10 de julio de 1998): 443–452.
>Esfuerzos locales y esfuerzos principales. Los esfuerzos aplicados sobre un
cubo de material, sepultado en la tierra, se designan como σV, σH y σh, donde
V indica la dirección vertical, H indica la dirección del mayor esfuerzo horizo n tal
y h, la dirección del menor esfuerzo horizontal. Por razones de simpli cidad, a
menudo se asume que éstas son las direcciones de los esfuerzos principales,
pero las direcciones principales de esfuerzo pueden ser rotadas en forma sig-
nificativa con respecto a estos tres ejes. Los esfuerzos principales se indican
en general como σ1, σ2 y σ3, en orden de magnitud decreciente. Cuando las
direcciones de los esfuerzos principales no coinciden con las direcciones
vertical y horizontal, también habrá esfuerzos de corte sobre las caras del
cubo en la orientación mostrada.
σV
σV
σHσH
σh
Invierno de 2007/2008 41
en el esfuerzo máximo y en el esfuerzo mínimo
(derecha, extremo inferior). Esta relación se
denomina trayectoria de los esfuerzos.3 En la
geomecánica petrolera, la trayectoria de los
esfuerzos (K) es convencionalmente la relación
existente entre el cambio producido en el
esfuerzo horizontal mínimo efectivo y el cambio
producido en el esfuerzo vertical efectivo, o
esfuerzo de sobrecarga respecto de las condicio-
nes de yacimiento iniciales durante la caída de
presión de fluido, ex presada en forma más simple
como K = ∆σ3/∆σ1. Esto también puede expre-
sarse en términos de cambios del esfuerzo de
corte (Q) y cambios del esfuerzo medio (P' ),
como se muestra en el diagrama P'-Q.4
Una situación de esfuerzos relativamente
bajos, implica que la roca fallará por esfuerzo de
corte, generando un plano de corte. La resistencia
a la cizalladura se incrementa al incrementarse
el esfuerzo de confinamiento lateral que actúa
sobre la roca. Donde se observan situaciones de
mayores esfuerzos, la roca experimenta un proceso
de compactación o reducción de la porosidad.
Este fenómeno es más común en las rocas blan -
das, de alta porosidad, tales como la creta, las
areniscas porosas y la diatomita.5 Si se someten
a esfuerzos diferenciales, otras rocas, tales como
las sales, tenderán a fluir con el tiempo para
reducir los esfuerzos de corte y desplazarse a
estados de los esfuerzos hidrostáticos.
Para manejar los yacimientos, las compañías
de petróleo y gas deben enfrentar una diversidad
de factores asociados a los esfuerzos de fondo de
pozo, no causados en todos los casos por los es -
tratos de sobrecarga o la tectónica. La presión
de poro, las diferencias de temperatura y las
interacciones químicas también pueden produ-
cir perturbaciones localizadas en la orientación
y magnitud de los esfuerzos.
El esfuerzo y la presión de poro están intrínse-
camente ligados.6 En los espacios porosos de las
formaciones, el esfuerzo se transmite a los líqui-
dos o a los gases en forma de presión. La mag nitud
de la presión aplicada en cualquier dirección es
la misma para todas las direcciones. Si es compri-
mido, un fluido reacciona ejerciendouna presión
equivalente y opuesta hacia afuera. Bajo presión,
los fluidos alojados en los poros a menudo absorben
parte del esfuerzo impuesto sobre una formación.
Por eso, la presión de poro es un componente im-
portante del esfuerzo neto aplicado a un cuerpo
de roca.
La temperatura es otra variable que contri-
buye con el régimen general de los esfuerzos. Las
diferencias de temperatura entre los fluidos de
perforación y las formaciones en el fondo del pozo
producen un fenómeno de transferencia térmica
entre los dos medios. Dada la baja conductividad
térmica de la mayoría de las rocas, estas variacio-
nes de temperatura generan gradientes grandes
de deformación relativa, que pueden producir
fracturamiento severo y realineaciones de los es-
fuerzos. Dado que la expansión térmica del agua
en el espacio poroso es mucho mayor que la que se
produce en la matriz de la roca, el calor transfe-
rido a una formación por el fluido de perforación
generará una mayor expansión volumétrica del
fluido alojado en los poros y un incremento corres-
pondiente en la presión de poro.7
>Diagrama del esfuerzo en función de la deformación relativa. Las rocas que
experimentan procesos de deformación elástica almacenan energía de defor -
mación a medida que cambia su volumen. Cuando se remueven los esfuerzos
de borde aplicados, la roca vuelve a su estado de deformación original, mien -
tras que la energía de deformación retorna a su valor original. Con la aplicación
de un mayor esfuerzo, las rocas experimentan procesos de deformación inelás -
tica a medida que se producen cambios estructurales internos, no recuperables
(que comienzan en el umbral de fluencia plástica), tales como la presencia de
microfisuras debidas a la tracción, la trituración de granos o el deslizamiento en
los límites intergranulares. Estos cambios producen una deformación volumé -
trica permanente, a menudo aludida como deformación plástica. Los esfuerzos
más altos tarde o temprano hacen que la roca falle (punto de fractura), como lo
ilustra el proceso de trituración o fracturamiento de los granos y el cemento
constituyentes o la disolución de los minerales.
Es
fu
er
zo
Umbral de fluencia
plástica (yield point)
Punto de fractura
Campo dúctil
Campo elástico
Deformación relativa
>Distorsión y falla. Los modos claros de distorsión y falla pueden graficarse
como una función del esfuerzo de corte (Q) y del esfuerzo efectivo medio (P').
Con un valor de P' relativamente bajo y un valor de Q relativamente alto, la
falla de la roca se produce habitualmente como un esfuerzo de corte loca li -
zado, a lo largo de un plano orientado de manera tal que forma un ángulo con
los ejes de los esfuerzos principales. Con un valor de P' relativamente alto y
un valor de Q relativamente bajo, las rocas pueden experimentar fenómenos
de compactación o de aplastamiento de poros. (Adaptado de Scott,
referencia 3.)
Dilatación
Compactación
Región cercana a
condiciones elásticas
Esfuerzo efectivo medio (P'): (σ
1
 + σ
2
 + σ
3
) / 3
Es
fu
er
zo
 d
e 
co
rt
e 
(Q
): 
σ
1 
–
 σ
3
Estados
imposibles
Lín
ea
 de
 es
ta
do
 cr
íti
co
Superficie de compactación
falla por cizalladura
 
Superficie de
 
 p
or
 tr
ac
ci
ón
S
up
er
fic
ie
 d
e 
fa
lla
 
Superficie de falla dúctil
La expansión térmica de la matriz de la roca
bajo condiciones restringidas generará más es -
fuerzo. Una reducción del soporte efectivo del
lodo se asocia a menudo con un incremento de
la presión de poro. Esta reducción, junto con la
expansión térmica de la matriz, generará condi-
ciones menos estables del pozo. Contrariamente,
el enfriamiento de la formación puede crear
con diciones más estables debido a la reducción
de la presión de poro y del esfuerzo tangencial.
La reducción del esfuerzo tangencial también
puede traducirse en un gradiente de fractura-
miento hidráulico más bajo, y, en casos extremos,
el esfuerzo tangencial se volverá negativo e ini-
ciará la fractura hidráulica. 
Los esfuerzos locales y la presión de poro
también pueden ser afectados por las interaccio-
nes entre la roca y el fluido de perforación. Las
lutitas, que representan la mayor parte de las
secciones perforadas en la mayoría de los pozos,
son particularmente sensibles a los fluidos de
perforación. Un tanto porosas y usualmente
saturadas con agua de formación, estas rocas
pueden ser susceptibles a las reacciones quími-
cas con ciertos fluidos de perforación. Cuando
una formación se perfora con un fluido incompa-
tible, la invasión de filtrado puede hacer que la
lutita se dilate, lo que puede provocar el debi -
litamiento de la roca y la inestabilidad de los
pozos. Las lutitas también pueden ser suscepti-
bles a los cambios del soporte efectivo del lodo,
dependientes del tiempo, causados por las dife-
rencias entre la presión del lodo y la presión del
fluido en los poros, o entre la salinidad del fluido
de perforación y la salinidad de la formación.8
Por otro lado, los cambios de volumen de las luti -
tas, que surgen de las interacciones entre las
lutitas y el fluido de perforación, pueden pertur-
bar localmente la orientación y la magnitud de
los esfuerzos presentes en un pozo.
De este modo, si bien los esfuerzos tectónicos
locales y regionales desempeñan un rol central
en la deformación de las rocas, también deben
considerarse otros factores de fondo de pozo,
tales como la presión de poro, el peso del lodo y
las fluctuaciones de la presión, la temperatura y
la química de fondo de pozo, por sus claras con-
tribuciones a la relación entre los esfuerzos
locales y las deformaciones. Sus efectos pueden
ser atemperados además por las propiedades
texturales únicas de la litología local, tales como
el tamaño y la distribución de los granos y poros
que constituyen el esqueleto de la roca, la mi -
neralogía y la composición de los cementos
diagenéticos. Dada la diversidad de reacciones
que tienen lugar ante la presencia de esfuerzos,
es crucial que un operador sepa todo lo posible
acerca de las rocas que rodean un pozo y las
condiciones a las que dicho pozo será sometido.
Cambios producidos en los esfuerzos
Las actividades de perforación y producción afec -
tan el estado de los esfuerzos locales. Los problemas
que surgen durante las operaciones de perfora-
ción pueden presagiar las dificultades que apare-
cerán subsiguientemente durante la fase de
producción. Los cambios en el estado de los es-
fuerzos pueden producir la falla de las rocas y esto
causar problemas de inestabilidad del pozo du-
rante la perforación. A su vez, estos cambios pue-
den conducir posteriormente a problemas de
producción de arena, cuando el pozo ya ha sido
terminado. Otras actividades llevadas a cabo du-
rante la vida productiva de un campo petrolero
pueden generar cambios en la presión de poro y la
temperatura, que probablemente modifiquen los
esfuerzos que actúan desde mayores distancias al
pozo. Los cambios del estado de los esfuerzos no
sólo afectan el yacimiento sino también las forma-
ciones adyacentes.
La actividad de perforación perturba el equi-
librio inicial de los esfuerzos presentes en la
región vecina al pozo. Dado que a través de la per-
foración se excava un volumen cilíndrico de roca,
los esfuerzos ejercidos con anterioridad sobre ese
volumen deben ser transferidos a la formación
adyacente. Este proceso crea esfuerzos tangen-
ciales, o radiales, que deben ser soportados por la
roca que rodea el pozo. Los esfuerzos ejercidos en
el pozo son una función del peso del lodo, la incli-
nación del pozo, el ángulo y el azimut del echado
de la formación, y la magnitud y orientación de
los esfuerzos de campo lejano (σV, σH y σh). El
esfuerzo radial varía considerablemente en fun-
ción del radio y el azimut del pozo.9 Por otro
lado, puede exceder considerablemente el valor
de σH (arriba, a la izquierda).
En la mayoría de las operaciones de perfora-
ción convencionales, los perforadores utilizan lapresión hidráulica del fluido de perforación como
sustituto del soporte mecánico que se pierde a tra-
vés del volumen cilíndrico de la roca excava da du-
rante la perforación de un pozo. Esencialmente,
reemplazan un cilindro de roca por un cilindro de
fluido de perforación. No obstante, la presión del
42 Oilfield Review
>Vista en planta de los esfuerzos radiales que rodean un pozo vertical. En este
modelo, la presión de poro y la presión del pozo son iguales, mientras que el
esfuerzo efectivo mínimo y el esfuerzo efectivo máximo, presentes dentro de
la formación, equivalen a 2,000 lpc y 3,000 lpc [13.8 y 20.7 MPa], respecti va -
mente. No obstante, el esfuerzo radial, que varía como una función del radio 
y el azimut, es intensamente compresivo a lo largo del azimut alineado con el
esfuerzo horizontal mínimo (σh) (sombreado rojo, por encima y por debajo del
pozo), donde alcanza casi 7,000 lpc [48.3 MPa]. Es más probable que la falla
del pozo se produzca a lo largo de este eje. (Adaptado de Sayers et al,
referencia 9.)
σH = 3,000 lpcσH = 3,000 lpc
σh = 2,000 lpc
σh = 2,000 lpc
2,000 3,000 4,000 5,000
Esfuerzo radial, lpc
6,000
Pozo
7,000
Invierno de 2007/2008 43
lodo es uniforme en todas las direcciones y no
puede equilibrarse contra los esfuerzos de corte
orientados presentes en una formación. A medida
que el esfuerzo se redistribuye alrededor de la
pared del pozo, los esfuerzos de corte pueden ex-
ceder la resistencia de la roca. Si esto ocurre, el
pozo se deformará o fallará por completo.
Algunos ejemplos típicos de problemas de
perforación relacionados con la geomecánica
incluyen la inestabilidad del pozo y el fractura-
miento de la formación. Las ramificaciones de
esos problemas comprenden costos resultantes
de la pérdida de circulación, los golpes de pre-
sión, el atascamiento de las tuberías, las sartas
de revestimiento adicionales, las desviaciones
forzadas de la trayectoria del pozo, e incluso el
abandono del pozo. Para mantener la estabili-
dad del pozo, los operadores deben desarrollar
planes de perforación y construcción de pozos
que contemplen la magnitud y dirección de los
esfuerzos, el peso del lodo, la trayectoria y la
presión de poro, durante y después de la perfora-
ción de un pozo.
Los perforadores manejan las presiones ejerci-
das por el peso del lodo para evitar problemas de
estabilidad de los pozos. El control de la hidráu-
lica del pozo que realizan refleja la adopción de
un enfoque de un problema geomecánico basado
en la ingeniería petrolera. Durante la perfora-
ción, los pozos pueden verse comprometidos a
través de una diversidad de modos de fallas
inducidas por el lodo:10
• La falla por tracción se produce mediante el
incremento de la presión del lodo hasta que la
pared del pozo ingresa en un estado de ten-
sión y finalmente excede la resistencia a la
tracción de la roca. Esto fractura la roca a lo
largo de un plano perpendicular a la dirección
del esfuerzo mínimo, lo que a menudo se tra-
duce en problemas de pérdida de circulación.
• La falla por compresión puede ser causada por
el peso del lodo, que es demasiado bajo o de -
masiado alto. En cualquiera de los dos casos, la
formación se desmorona o se fragmenta, produ-
ciendo daños al pozo y ovalizaciones por rup-
tura de la pared del pozo (arriba, a la derecha). 
A menos que el pozo haya sido limpiado correc-
tamente, la acumulación de los escombros pro-
ducidos por las ovalizaciones puede ocasionar
el atascamiento de las tuberías por desmorona-
mientos o colapso del pozo.
• El desplazamiento por esfuerzo de corte se
produce cuando la presión del lodo es suficien-
temente alta como para reabrir las fracturas
existentes intersectadas por el pozo. Cuando una
fractura se abre, los esfuerzos presentes a lo
largo de la abertura se liberan provisoriamente,
permitiendo que las caras opuestas de la frac-
tura sean sometidas a esfuerzos de corte. En el
pozo, esto crea una dislocación pequeña pero
potencialmente peligrosa.
La estabilidad del pozo es afectada además
por factores estructurales, tales como la interac-
ción existente entre la inclinación del pozo, el
echado de la formación y las variaciones direc-
8. Gazaniol D, Forsans T, Boisson MJF y Piau JM:
“Wellbore Failure Mechanisms in Shales: Prediction 
and Prevention,” artículo SPE 28851, presentado en la
Conferencia Europea del Petróleo de la SPE, Londres, 
25 al 27 de octubre de 1994.
Mody FK y Hale AH: “A Borehole Stability Model to
Couple the Mechanics and Chemistry of Drilling Fluid
Interaction,” en Transcripciones, Conferencia de
Perforación de las SPE/IADC, Ámsterdam 
(22 al 25 de febrero de 1993): 473–490.
Tan CP, Rahman SS, Richards BG y Mody FK: “Integrated
Approach to Drilling Fluid Optimization for Efficient Shale
Instability Management,” artículo SPE 48875, presentado
en la Conferencia y Exhibición Internacional de Petróleo
y Gas de la SPE, Beijing, 2 al 6 de noviembre de 1998.
van Oort E, Hale AH y Mody FK: “Manipulation of Coupled
Osmotic Flows for Stabilization of Shales Exposed to
Water-Based Drilling Fluids,” artículo SPE 30499,
presentado en la Conferencia y Exhibición Técnica
Anual de la SPE, Dallas, 22 al 25 de octubre de 1995.
9. Sayers CM, Kisra S, Tagbor K, Dahi Taleghani A y Adachi
J: “Calibrating the Mechanical Properties and In-Situ
Stresses Using Acoustic Radial Profiles,” artículo SPE
110089-PP, presentado en la Conferencia y Exhibición
Técnica Anual de la SPE, Anaheim, California, EUA, 11 
al 14 de noviembre de 2007.
10. Para obtener más información sobre problemas de
estabilidad de pozos, consulte: Addis T, Last N, Boulter
D, Roca-Ramisa L y Plumb D: “The Quest for Borehole
Stability in the Cusiana Field, Colombia,” Oilfield Review
5, no. 2 y 3 (Abril/Julio de 1993): 33–43.
>Ovalización por ruptura de la pared del pozo. Los resultados obtenidos con
el generador de Imágenes Ultrasónicas de la Pared del Pozo UBI muestran
el alcance del daño relacionado con los esfuerzos en un pozo. En las rocas
isotrópicas o transversalmente isotrópicas, en las que las propiedades de la
roca no cambian a lo largo del plano del pozo, dicho daño se alinea por lo
general a lo largo de un plano de esfuerzo horizontal mínimo.
5,321
5,322
5,323
5,324
–5
0
5
–5
0
5
Radio, pulgadas
Pr
of
un
di
da
d,
 p
ie
s
5,325
5,320
cionales de la resistencia entre los planos de
estratificación de las formaciones y a lo largo de
dichos planos (abajo, a la derecha). No es inu-
sual que se produzca cierto grado de falla del
pozo en los pozos verticales que intersectan luti-
tas de inclinación pronunciada, o en los pozos
inclinados que intersectan los planos de estrati-
ficación de las lutitas formando ángulos bajos.
Tales fallas son iniciadas por la presencia de
bajos esfuerzos de corte y baja resistencia a la
tracción a lo largo de los planos de debilitamiento
de las lutitas.11
El tema de la resistencia, o la capacidad de
una roca para tolerar el esfuerzo, pone de mani-
fiesto una influencia subyacente importante con
respecto a la deformación y la falla: la de la es-
tructura interna de la roca.12 La estructura interna
de la roca puede determinar si una determinada
magnitud del esfuerzo hará que una roca se defor -
me o falle por completo, y puede incidir en el al-
cance y la orientación de las fracturas o las
ovalizaciones de un pozo. Por lo tanto, si bien ha-
bitualmente se asume que la ovalización por rup-
tura de la pared del pozo se orienta a lo largo del
eje de esfuerzo mínimo, la estratificación, cemen-
tación, mineralogía y granulometría de una roca
pueden redirigir concretamente el curso de una
ovalización a lo largo de los puntos más débiles de
la roca.
Por su colaboración para anticipar y evitar
problemas tales como los descriptos precedente-
mente, algunos operadores están recurriendo a
los especialistas en geomecánica del Centro de
Excelencia de Schlumberger para la Predicción
de la Presión de Poro y el Análisis de la Estabilidadde los Pozos. Ubicados en Houston, los especia-
listas en geomecánica de este grupo poseen un
alcance global y brindan soporte a operadores
de todo el mundo. Este equipo interdisciplinario
participa activamente asesorando a los clientes
para ayudarles a mitigar el riesgo asociado con
las operaciones de perforación, terminación y
producción de pozos en ambientes geomecánicos
complejos, tales como los de exploración en aguas
profundas, perforación en formaciones subsalinas,
yacimientos de gas no convencionales y yacimien-
tos no consolidados.
Más allá del pozo
Las influencias geomecánicas pueden trascender
el pozo, adentrándose en el yacimiento y más allá
de éste; si bien su alcance probablemente no se
reconozca hasta que se explote un yacimiento. 
El centro de baja presión creado por un pozo para
inducir la producción, generará presiones de pozo
más bajas que la presión de poro de la formación
adyacente, y esta diferencia puede incrementar el
riesgo de falla de la roca.13
Con la extracción de los fluidos de yacimiento
durante la producción, el peso de los estratos de
sobrecarga que soportan los fluidos alojados en los
poros debe ser transferido al esqueleto de la roca
que rodea el espacio poroso. Los cambios consi-
guientes en la presión de poro inducirán ajustes
en los esfuerzos totales y en los esfuerzos efecti-
vos. Dentro de la roca, el incremento del peso pro-
ducirá diversos grados de deformación o falla,
evidenciados por el des lizamiento y la rotación de
los granos, la deformación plástica, la rotura del
cemento en los contactos entre los granos o la ac-
tivación de las fracturas existentes.14
En una escala más grande, los cambios de los
esfuerzos inducidos por las operaciones de pro-
ducción que actúan sobre el esqueleto de la roca,
pueden conducir al aplastamiento de los poros y
la compactación del yacimiento.15 (Sin embargo, la
compactación no siempre es un problema; el
empuje que genera la compactación ha ayudado a
presurizar el petróleo en ciertos yacimientos,
incrementando de ese modo los regímenes de
producción y mejorando la recuperación final).16
Como resultado, los operadores han tenido que
enfrentar problemas de subsidencia de la super-
ficie, deformación o cizalladura de los tubulares
de los pozos, y torceduras de los elementos de
fondo de pozo. Otros efectos incluyen desde la
reducción de la porosidad y la permeabilidad,
hasta la reactivación de las fallas, el fractura-
miento de las formaciones, la producción de arena
o la pérdida de sello del yacimiento.
Los efectos de la geomecánica son espe cial -
mente pronunciados en las operaciones de alma-
cenamiento de gas, donde el proceso cíclico de
inyección y extracción de gas en un yacimiento
provoca cambios en las presiones de los fluidos
que se encuentran dentro de los espacios porosos
del yacimiento. Estas presiones amortiguan los es-
fuerzos que actúan sobre la masa rocosa, pero las
presiones se incrementan o reducen con los pro-
cesos de inyección y extracción. De este modo, las
cargas que actúan sobre la matriz de la roca se re-
ducen e incrementan en respuesta a estos ciclos.
Si bien el esfuerzo total de los estratos de sobre-
carga puede permanecer constante a lo largo de
todos estos ciclos, los esfuerzos horizontales tota-
les que actúan en todo el yacimiento pueden va-
riar con la presión, reduciéndose en general a
medida que se extrae el gas. Si los esfuerzos indu-
cidos exceden los límites elásticos de la roca, es
probable que la porosidad y la permeabilidad se
reduzcan en forma permanente, lo que se suma a
las reducciones de la capacidad de almacena-
miento global. Por otro lado, conforme la roca
adyacente se ajusta al desequilibrio isostático
causado por la fluctuación de la presión y los cam-
bios en el estado de los esfuerzos, puede suceder
que las fallas cercanas se reactiven.17
Los cambios inducidos por las operaciones de
producción también pueden afectar la roca, más
allá de las áreas productivas de un yacimiento. In-
cluso en las formaciones productivas, los atribu-
tos de los yacimientos, tales como la porosidad y
la permeabilidad, pueden variar, ge nerando un
proceso irregular de drenaje y agotamiento. A me-
dida que se explota un yacimiento, la roca puede
compactarse dejando que las áreas de la forma-
ción, contiguas y sin drenar, compensen los cam-
bios producidos en la presión y el desplazamiento
de la roca adyacente. Por encima de la formación
productiva, la com pactación producirá cambios
en el esfuerzo de sobrecarga, como se describe
más adelante.
44 Oilfield Review
>Efectos de las formaciones sobre la estabilidad de los pozos. Los factores
estructurales y estratigráficos pueden combinarse para dañar el pozo. En este
caso, se observan capas incompetentes que sobreyacen una formación más
resistente cerca de la cresta de una estructura; el movimiento relativo produce
daños en el cemento y el aplastamiento de la tubería de revestimiento.
Invierno de 2007/2008 45
Los cambios de los esfuerzos impuestos sobre
un horizonte productivo pueden desequilibrar la
roca con respecto a sus adyacencias. El resultado
es una transferencia correspondiente de los esfuer-
zos, entre el yacimiento en proceso de agotamiento
o el intervalo de inyección y la roca inmediatamente
contigua al yacimiento. Las consiguientes deforma-
ciones de la roca pueden comprometer la integri-
dad de las terminaciones existentes, dentro del
yacimiento y de los estratos de sobrecarga (arriba).
La importancia de los cambios de los esfuerzos in-
ducidos por la producción, y su potencial para inci-
dir adversamente en las operaciones de campo, la
producción y la rentabilidad, dependerán de las
propiedades mecánicas de las rocas, las fracturas
naturales y las fallas.18 Para comprender y antici-
par esos cambios en el pozo y más allá del pozo, los
operadores están recurriendo cada vez con más
frecuencia a las técnicas geomecánicas avanza-
das de pruebas y modelado.
Mediciones obtenidas sobre el terreno
A pesar de años de análisis geomecánico, muchas
compañías de E&P continúan experimentando
problemas inducidos por las operaciones de per-
foración o de producción. No obstante, el campo
de la geomecánica abarca mucho más que el aná-
lisis de los esfuerzos. Si bien los cambiantes
campos de los esfuerzos pueden causar estragos
en los planes de perforación y producción, la
orientación o la magnitud de los esfuerzos y las
deformaciones relativas revisten poca importan-
cia si esas mediciones no se enmarcan en el
contexto de la roca propiamente dicha. Y las
rocas son extremadamente variables. Otros pro-
blemas son causados, en parte, por la
carac terización excesivamente simplificada del
comportamiento de las rocas, y por las capacida-
des limitadas de modelado y análisis, lo que se
agrava debido a la falta de datos globales de pro-
piedades de las rocas.
Estas cuestiones están siendo encaradas por
el Centro de Excelencia del Laboratorio de Geo-
mecánica de TerraTek, en Salt Lake City, Utah.
TerraTek, Inc. fue adquirida por Schlumberger en
julio de 2006 (véase “El laboratorio de geomecá-
nica: Pruebas en condiciones extremas,” página
48). Los sistemas y las técnicas modernas de
pruebas de alta presión, desarrollados en el cen-
tro de TerraTek, evolucionaron a partir de un
esfuerzo para caracterizar y anticipar el movi-
miento del suelo y la formación de cráteres, en
respuesta a las pruebas nucleares. La evaluación
de estas pruebas no podía realizarse sin medi-
ciones de las propiedades de las rocas ob tenidas
bajo condiciones de alta presión. La medición de
estas propiedades era muy difícil y generó una
serie de adelantos técnicos de parte de TerraTek.
La disponibilidad de mediciones de la rela-
ción carga-deformación de alta precisión era
esencial y requería la obtención de mediciones
dentro de recipientes de prueba sometidos a
condiciones de presión extremas. Los científicos
de TerraTek llevarona cabo tareas de investiga-
ción para medir las propiedades de las rocas
hasta presiones de 150,000 lpc [1,034 MPa]. Los
datos de propiedades de las rocas en condicio-
nes de alta presión de TerraTek posibilitaron el
análisis de la magnitud de los movimientos del
suelo causados por un evento nuclear.
Los investigadores de TerraTek llevaron a cabo
decenas de miles de pruebas en rocas bajo condi-
ciones de alta presión. Sus capacidades de prueba
se aplicaron subsiguientemente a otras investiga-
ciones geomecánicas, incluyendo la recuperación
de la energía geotérmica, la explotación del car-
bón, el almacenamiento geológico profundo de
residuos nucleares y el almacenamiento subte -
rráneo de energía, además de la recuperación de
>Cambios de los esfuerzos inducidos por la producción. A medida que un
campo se agota, la magnitud de los esfuerzos puede alterarse drástica mente.
Bajo dichas condiciones, una terminación o un disparo orientado originalmente
en la dirección más estable en el momento del inicio de la producción, puede
volverse inestable y fallar subsiguientemente a medida que se desarrolla el
proceso de producción. En este ejemplo, el disparo horizontal posibilitará la
mayor caída de presión segura (curva azul) y un proceso de producción libre de
sólidos. No obstante, a medida que el campo se agote y los esfuerzos cambien,
este disparo previamente estable colapsará y el disparo vertical asumirá un rol
más importante en la produc ción, aunque la caída de presión segura se haya
reducido (curva roja). Adaptado de Marsden, referencia 18.)
Caída de
presión segura
Agotamiento
Pr
es
ió
n 
de
l p
oz
o,
 lp
c
Presión del yacimiento, lpc
0 3,000 6,000 9,000 12,000 15,000
15,000
12,000
9,000
6,000
3,000
0
11. Aoki T, Tan CP y Bamford WE: “Stability Analysis of
Inclined Wellbores in Saturated Anisotropic Shales,” en
Siriwardane HJ y Zaman MM (eds): Computer Methods
and Advances in Geomechanics: Proceedings of the
Eighth International Conference on Computer Methods
and Advances in Geomechanics, Morgantown, Virginia
Oeste, EUA, 22 al 28 de mayo de 1994. Rótterdam, Países
Bajos: A.A. Balkema (1994): 2025–2030.
Yamamoto K, Shioya Y, Matsunaga TY, Kikuchi S y
Tantawi I: “A Mechanical Model of Shale Instability
Problems Offshore Abu Dhabi,” artículo SPE 78494,
presentado en la 10a Exhibición y Conferencia
Internacional del Petróleo de Abu Dhabi, Abu Dhabi,
Emiratos Árabes Unidos, 13 al 16 de octubre de 2002.
12. La estructura interna (fabrics) de las rocas es un
término que abarca de manera aproximada el contenido
en minerales, el tamaño, forma, orientación y
cementación de los granos componentes de una roca,
incluyendo su disposición general en forma de
laminaciones microscópicas o capas más grandes.
13. Cook J, Fuller J y Marsden JR: “Geomechanics
Challenges in Gas Storage and Production,” presentado
en el Consejo Económico y Social de las Naciones
Unidas: Comisión Económica para Europa: Grupo de
Trabajo sobre Gas: Transcripciones del 3er Taller sobre
Seguridad Geodinámica y Ambiental en el Desarrollo,
Almacenamiento y Transporte de Gas, San Petersburgo,
Rusia, 27 al 29 de junio de 2001.
14. Sayers CM y Schutjens PMTM: “An Introduction to
Reservoir Geomechanics,” The Leading Edge 26, 
no. 5 (Mayo de 2007): 597–601.
15. Doornhof et al, referencia 5.
Sayers C, den Boer L, Lee D, Hooyman P y Lawrence 
R: “Predicting Reservoir Compaction and Casing
Deformation in Deepwater Turbidites Using a 3D
Mechanical Earth Model,” artículo SPE 103926,
presentado en la Primera Conferencia y Exhibición
Internacional de Petróleo, Cancún, México, 31 de 
agosto al 2 de septiembre de 2006.
16. Andersen MA: Petroleum Research in North Sea Chalk,
Joint Chalk Research Monograph, RF-Rogaland
Research, Stavanger, 1995.
17. Cook et al, referencia 13.
18. Marsden R: “Geomechanics for Reservoir
Management,” en la Conferencia sobre Evaluación 
de Pozos de Sonatrach-Schlumberger– Argelia 2007.
Houston: Schlumberger (2007): 4.86–4.91.
petróleo y gas. Hoy, el Centro de Excelencia del
Laboratorio de Geomecánica de TerraTek realiza
pruebas de rocas para pozos profundos en forma
regular, alcanzando presiones de 30,000 lpc 
[207 MPa], o incluso más altas, oscilantes entre
50,000 y 60,000 lpc [345 y 414 MPa], cuando se re-
quiere para la perforación, la destrucción de la
roca o el análisis de las operaciones de disparos.
Además de las capacidades de pruebas geomecáni-
cas de alta presión, el centro TerraTek realiza
pruebas de desempeño de las operaciones de per-
foración y terminación de pozos en gran escala.
Las pruebas especiales de laboratorio, re la -
cio nadas con la geomecánica, proveen datos
cruciales para el diseño de los pozos y las ope -
raciones de terminación, y para el manejo de
yacimientos, que antes no siempre estaban dis-
ponibles. El análisis de ingeniería tradicional
del potencial y la productividad de los yacimien-
tos tendía a ignorar la heterogeneidad de la roca
yacimiento. Si bien la heterogeneidad puede
haber sido captada en los registros de pozos y en
las fotografías de núcleos, o haberse inferido a
partir de los registros de diversas propiedades
petrofísicas, estas características no se refleja-
ban en sistemas homogéneos simplificados
creados para los modelos geomecánicos y los
modelos de yacimientos.
Las propiedades relacionadas con la mecánica
de las rocas prospectivas se caracterizaban a me-
nudo como uniformes a lo largo de todas las loca-
lizaciones y para todas las orientaciones, dentro
de una unidad geológica determinada. Este enfo-
que inevitablemente se traducía en subestimacio-
nes del rol de las propiedades de los materiales
en la geomecánica. Sin embargo, la industria se
está dando cuenta de que las rocas importan y de
que sus propiedades variables no pueden ser ig-
noradas en el análisis geomecánico.
Para complicar aún más el proceso de evalua-
ción, se plantea el hecho de que cada etapa del
análisis de yacimientos—desde los estudios geoló-
gicos previos a la perforación hasta la exploración,
y el modelado y la producción de yacimientos—
tiende a ser evaluada en forma aislada y sin una
referencia a una escala común. Hasta hace poco,
no existía un esquema conceptual que hiciera el
proceso consistente para cada etapa. No obstante,
el desarrollo de la técnica de obtención de regis-
tros continuos de las propiedades de las rocas y el
análisis multidimensional de grupos de registros
de pozos (cluster anlaysis), ahora provee una es-
cala de referencia uniforme para la incorporación
de la heterogeneidad durante todos los aspectos
del análisis y la evaluación de yacimientos. 
Obtención de registros continuos—La prueba
de raspadura, conocida formalmente como ob -
tención de registros continuos de la resistencia
a la compresión no confinada, provee una forma
cuantitativa de evaluar la variabilidad de la re -
sistencia, la textura y la composición de las
muestras de núcleos. Por asociación, esta variabi-
lidad puede relacionarse con otras propiedades
de las rocas. La prueba de raspadura se ha vuelto
crucial para la definición correcta de facies y he -
terogeneidades, que serían difíciles o impo sibles
de observar solamente a partir de la descripción
geológica o de las características de los registros.
Las fotografías digitales del núcleo, junto con la
prueba de raspadura, permiten la visualización de
la heterogeneidad textural y la heterogeneidad de
la resistencia asociada (izquierda).
Cuando la obtención de registros continuos
de resistencia se combina con el análisis de
grupos de registros de pozos, provee relaciones
fundamentales para el re-escalado, por lo que
constituye una herramienta poderosa para la
integración de los núcleos con los registros.
Análisis de grupos—Este análisis define la
heterogeneidad a escala de registros en base al
análisis multidimensional de las respuestas de
los registros (próxima página, izquierda). Esta
técnica utiliza algoritmos detallados para distin-
guirpatrones similares y disímiles de respuestas
de los registros. Dado que interpreta el efecto
combinado sobre todas las mediciones, puede
reconocer variaciones pequeñas pero consistentes
de las respuestas combinadas de los registros.
Aplicado a las distribuciones heterogéneas de
las propiedades de los materiales, el análisis de
grupos provee además una escala relevante para
manipular la variabilidad de las propiedades en
los pasos de evaluación subsiguientes durante la
vida de un proyecto.
Rotulado de grupos—La aplicación del aná-
lisis de grupos puede extenderse a múltiples
pozos, proveyendo comparaciones entre el pozo
en que se extrajeron núcleos, o pozo de referen-
cia, y los otros pozos de un campo. Los detalles
46 Oilfield Review
>Superposición de una fotografía de un núcleo con los resultados de la prueba de raspadura. Una
prueba de raspadura utiliza una punta afilada que se arrastra a lo largo del núcleo con una fuerza fija
para hacerla penetrar en la superficie del núcleo. La profundidad de la raspadura, como un indicador
de la resis ten cia de la roca (curvas rojas), puede correlacionarse con las propiedades mecánicas de
la roca. Los in tervalos en los que se extrajeron núcleos, que exhiben propiedades visualmente similares
(las mis mas sombras de gris, puntos A y A’), pueden poseer resistencias diferentes, mientras que otros
intervalos que exhiben propiedades visuales diferentes (sombras más claras y más oscuras de gris,
puntos B y B’) poseen las mismas resistencias. La variabilidad de la resistencia mecánica, a lo largo
de toda la lon gi tud del núcleo, es significativa y oscila entre 8,000 lpc y 23,000 lpc [55 y 159 MPa] en
sólo 6 m [8 pies] contiguos de núcleo.
0 
pi
e
0.
1
0.
2
0.
3
0.
4
0.
5
0.
6
0.
7
0.
8
0.
9
1.
0 
pi
e
1.
1
1.
2
1.
3
1.
4
1.
5
1.
6
1.
7
1.
8
1.
9
2.
0 
pi
es
A
A'
B B'
0 lpc
50,000 lpc
0 lpc
50,000 lpc
0 lpc
50,000 lpc
0 lpc
50,000 lpc
Y,500
Y,400
Y,300
Y,200
Y,100
Profundidad, pies
Y,000
X,900
X,800
X,700
X,600
X,500
Profundidad, pies
Y,500
0 50
Porcentaje
100
Y,400
Y,300
Y,200
Y,100
Y,000
X,900
X,800
X,700
X,600
X,500
Y,500
Y,400
Y,300
Y,200
Y,100
Y,000
X,900
X,800
X,700
X,600
X,500
Profundidad, pies
Pozo 1 Pozo 2 Error
Invierno de 2007/2008 47
obtenidos a través del análisis de un pozo pueden
ser utilizados para reconocer rasgos similares en
pozos adyacentes, a través de un proceso deno-
minado rotulado de grupos. 
El proceso de rotulado de grupos comienza
con la definición de grupos de respuestas de los re -
gistros a lo largo de intervalos discretos en los que
se extrajeron núcleos en un pozo de referencia, y
luego compara estos grupos con las respuestas de
los registros de un pozo en el que no se extrajeron
núcleos. Utilizando las definiciones establecidas
a partir de las respuestas de los núcleos y de los
registros del pozo de referencia, la técnica
asigna grupos a los registros del pozo en el que
no se extrajeron núcleos y luego da como resul-
tado una curva de error para ayudar a evaluar la
conformidad (compliance) entre dos zonas
correlativas. Los grupos que exhiben poca con-
formidad, en los que el error supera el 40%,
indican una respuesta del registro que no está
representada en los grupos definidos, y, por
ende, una facies nueva. Estos grupos son candi-
datos para un proceso detallado de muestreo de
núcleos destinado a proveer nuevas definiciones
de grupos y caracterizar mejor el rango de facies
de un área prospectiva (abajo). 
El análisis de grupos también se utiliza para la
selección óptima de las muestras de núcleos. En
los estudios de yacimientos, tanto las muestras de
núcleos más resistentes como las más débiles, con
mediciones continuas como la de los registros de
pozos, deben ser sometidas a pruebas en propor-
ción a su abundancia relativa en un yacimiento. El
muestreo inadecuado de los núcleos de una forma-
ción heterogénea o finamente interestratificada
puede conducir a una representación sesgada de
la formación. El análisis de grupos puede ayudar a
los operadores a ajustar las propiedades derivadas
de los registros con las propiedades derivadas de
los núcleos a lo largo de todo el yacimiento, y de
(continúa en la página 52)
>Análisis de grupos de registros de pozos. Se
apli ca un algoritmo estadístico multidimensional 
a las mediciones de los registros de pozos para
identificar respuestas de registros combinadas,
similares y disímiles, permitiendo que los usuarios
identifiquen unidades de rocas con propiedades
de materiales similares y disímiles. La salida se
muestra como una representación de grupos,
codificada en color, para la interpretación visual
de las unidades de rocas con propiedades claras
a lo largo del intervalo de interés (Carril 4).
Calibre
Pulgadas5 15
Resistividad
ohm.m0 1,000
Porosidad neutrón Rotulado
de gruposvol/vol0.45 –0.15
Densidad volumétrica
g/cm32 3
PE
barn/e-1 6
Rayos gamma
°API0 150
>Rotulado de grupo entre dos pozos. La codificación en color de las respuestas de los registros de
cada pozo, combinada con el análisis de conformidad en el carril Error, es útil para la identificación
de cambios en el espesor y la localización de las unidades de grupos definidas previamente entre los
pozos. En este ejemplo, las secuencias de color rojo-azul-amarillo son significativamente más ele va -
das y de mayor espesor en el Pozo 1 que en el Pozo 2. Tres desviaciones por encima de un 40% de
error (línea roja) indican zonas candidatas para un proceso de muestreo posterior destinado a
describir mejor el rango de facies encontrado.
48 Oilfield Review
El centro de TerraTek en Salt Lake City, 
conocido como el Centro de Excelencia del
Laboratorio de Geomecánica de Schlumberger,
investiga el impacto de la geomecánica sobre
una amplia gama de aplicaciones de explora-
ción y producción. El rango de aplicaciones
proporciona además conocimientos sobre los
tipos de problemas que los operadores deben
tratar de evitar: 
• Construcción y terminación de pozos: eva-
luar la estabilidad de los pozos, así como
también el potencial para la producción de
arena y el colapso de los disparos; analizar
los empalmes de los multilaterales y evaluar
la estabilidad de las tuberías de revestimien -
to cortas, convencionales y expansibles.
• Diseño de las operaciones de terminación y
estimulación de pozos: determinar las alter-
nativas óptimas de terminación de pozos en
base a las propiedades mecánicas y físicas
de las rocas; investigar las opciones de
empaque de grava retardado y disparos
orientados; optimizar el diseño de los trata-
mientos de estimulación.
• Comportamiento de la producción en el
largo plazo: investigar el estado de los
esfuerzos que contribuyen a la compacta-
ción de los yacimientos durante la
producción; anticipar la subsidencia de la
superficie y la subsiguiente pérdida de per-
meabilidad; analizar los finos generados
durante el proceso de compactación junto
con el daño mecánico asociado; evaluar la
posibilidad de aplastamiento de la tubería
de revestimiento.
• Estratos de sobrecarga: verificar la compati-
bilidad entre los fluidos de perforación y las
lutitas; optimizar la selección de los fluidos
de perforación; evaluar la posibilidad de
falla retardada de la lutita causada por las
interacciones entre el lodo y la lutita; anali-
zar los efectos térmicos que surgen de la
falla retardada de la lutita.
• Operaciones de exploración y perforación en
áreas de frontera: desarrollar correlaciones
de campo y de laboratorio para anticipar las
propiedades mecánicas y los esfuerzos loca-
les en forma previa y simultánea con la
actividad de perforación exploratoria.
Las pruebas se llevan a cabo en diferentes
laboratorios especializados, dependiendo del
material de prueba disponible, las especifica-
ciones del cliente y las aspiraciones de
investigación. Muchas pruebas de gran escala
se efectúan en el laboratorio de operaciones
de terminaciónde pozos. Una de las caracte-
rísticas más prominentes de este centro es su
estructura de los esfuerzos poliaxiales de blo-
ques grandes. La estructura de los esfuerzos
proporciona un ambiente controlado para el
monitoreo de las respuestas de las rocas
durante las pruebas seudoestáticas. En este
ambiente, los investigadores pueden medir 
los parámetros de deformación a la vez que
miden en forma simultánea las respuestas
dinámicas de las muestras de rocas a los dife-
rentes regímenes y magnitudes de carga. La
estructura de los esfuerzos de bloques gran-
des, puede ser configurada para simular una
diversidad de presiones y condiciones de
fondo de pozo. Las aplicaciones de pruebas de
bloques grandes incluyen desde el análisis de
la estabilidad de los pozos hasta la evaluación
del potencial para la producción de arena, el 
peso de las tuberías de revestimiento cortas
(liners) y los filtros (o cedazos), la efectividad
de los disparos y las operaciones de simula-
ción por fracturamiento hidráulico.
Colocada en el interior de una fosa, la parte
externa de la estructura para estudiar los
esfuerzos está formada por una serie de anillos
de acero. Estos anillos se apilan para encerrar
una cámara interna, capaz de alojar bloques
de roca que miden hasta 76 x 76 x 91 cm
[30 x 30 x 36 pulgadas]. La cámara está
sellada con placas de acero, atornilladas a 
12 tirantes grandes (derecha).
A ambos lados de la muestra se colocan
pares de dispositivos de tipo cámara de aire,
denominados flatjacks, para aplicar una carga
triaxial independiente en cada una de las tres
direcciones de los esfuerzos principales. Los
tres pares de flatjacks se encuentran presuri-
zados internamente; una de las superficies del 
flatjack reacciona contra el frente de la roca 
y la otra superficie, contra la pared de la
cámara interna de la estructura de los esfuer-
zos, o su placa.
Se puede aplicar un esfuerzo máximo de
8,000 lpc [55 MPa] en las tres direcciones,
con una diferencia máxima de 2,000 lpc 
[13.8 MPa] entre los dos esfuerzos horizon -
tales. Cada esfuerzo puede ser controlado 
por separado.
La estructura para el análisis de los esfuer-
zos posee además la capacidad para controlar
la presión de poro dentro de una muestra. En
dichas pruebas, la muestra de roca se encierra
en un cartucho filtrante de acero delgado. En
las superficies superior e inferior de la roca se
colocan unas planchas gruesas de elastómero
para que actúen como sellos del fluido de pre-
sión de poro. Un empaque de apuntalante
poroso, colocado alrededor del bloque, esta-
blece una condición de borde de presión
constante. Un software especialmente dise-
ñado para estas pruebas controla cada uno de
los tres esfuerzos principales, junto con la pre-
sión de poro y la presión del pozo. El software
puede ser programado para mantener un
esfuerzo efectivo constante sobre el bloque 
de muestra en todo momento.
El laboratorio de geomecánica: Pruebas en condiciones extremas 
>Estructura de los esfuerzos poliaxiales de
bloques grandes para simular las condiciones
de fondo de pozo. En esta fotografía, un
operario baja una placa de acero mientras se
prepara para sellar la cámara de prueba. 
Invierno de 2007/2008 49
Algunos experimentos requieren una zona
permeable simulada, limitada por encima y
por debajo por formaciones impermeables. 
En estos tipos de pruebas, se utiliza un inyec-
tor servo-controlado para suministrar el
fluido, ya sea a velocidad constante o a pre-
sión constante. Los fluidos inyectados pueden
incluir desde la salmuera hasta el lodo de per-
foración y diversos fluidos de terminación de
pozos. La inyección puede simular un pozo en
una escala determinada o en tamaño real.
1. Las instalaciones del laboratorio son aptas para realizar
una diversidad extensiva de pruebas: compresión 
no confinada, compresión por deformación uniaxial
relativa, compresión triaxial, compresión triaxial de
etapas múltiples, aplicación de los esfuerzos según
una trayectoria constante y controlada, cilindro de
pared gruesa (con y sin flujo de fluido radial y
mediciones de la arena producida), y pruebas de
resistencia a la tracción, además de pruebas con
mediciones simultáneas de velocidad ultrasónica y
emisiones acústicas; junto con varios programas de
pruebas específicamente diseñadas e intereses de
investigación.
>Estructura de los esfuerzos poliaxiales. 
Este dis po sitivo puede alojar muestras de
rocas que miden hasta 30 x 30 x 41 cm 
[12 x 12 x 16 pul ga das].
>Muestra instrumentada para pruebas triaxiales. Este arreglo compuesto por una estructura de
pruebas es utilizado para medir las deformaciones radiales y axiales relativas, junto con las ve lo -
cidades de las ondas compresionales y de corte. En esta configuración, se determinan en forma
simultánea las propiedades elásticas, tanto seudoestáticas como dinámicas, bajo condiciones
simuladas de los esfuerzos locales. En este ejemplo, un núcleo consistente en una alternancia
de capas claras y oscuras de limolita y fangolita, es sometido a impulsos ultrasónicos para
verificar las respuestas sísmicas de la roca. La muestra se sella con una camisa de poliuretano
completa, que impide la comunicación del fluido para un rango de presión que varía entre la
presión de confinamiento del fluido y la presión de poro. Estas estructuras de prueba también
pueden uti li zarse para efectuar pruebas de compactación por deformación uniaxial relativa,
pruebas de cilindros de paredes gruesas y otras pruebas que siguen trayectorias de los
esfuerzos especiales a temperaturas de hasta 200°C [392°F]. Se puede aplicar una fuerza axial
de hasta 1.5 x 106 lbf [6.7 MN] a muestras con un diámetro de hasta 15 cm [6 pulgadas]. La
presión de confinamiento y la presión de poro son monitoreadas mediante transductores de
presión convencionales, con límites de presión de 30,000 lpc [207 MPa]. Otro sistema de este
laboratorio puede alcanzar 60,000 lpc [414 MPa].
Para las muestras más pequeñas, se utiliza
una estructura mediana de los esfuerzos polia-
xiales (izquierda). Este dispositivo suele
em plearse para estudiar los tratamientos de
fracturamiento con ácido y otras técnicas de
estimu lación, proveyendo una amplia gama 
de capacidades de prueba.
Otro centro de pruebas único es el laborato-
rio de mecánica de las rocas, en el que se
utilizan 14 estructuras para efectuar pruebas
de los esfuerzos con muestras cilíndricas cuyos
diámetros oscilan entre 12.7 mm [0.5 pulgada]
y 152.4 mm [6 pulgadas]. La ejecución de 
pruebas de menor escala también puede pro-
porcionar conocimientos valiosos acerca de las
características de las rocas.1 Se ha diseñado
una estructura especial de pruebas triaxiales
para medir la deformación relativa de las
rocas, además de sus efectos sobre las veloci-
dades sísmicas (abajo). Las velocidades
ultrasónicas, obtenidas en combinación con
las mediciones de deformación de los esfuer-
zos axial y radial, proveen información sobre
las propiedades mecánicas estáticas y dinámi-
cas que pueden correlacionarse con los datos
de los registros de pozos.
50 Oilfield Review
La estructura de pruebas triaxiales sostiene
una muestra de núcleo entre casquillos de
acero templado y pulido. La muestra, que
mide 2.5 cm [1 pulgada] de diámetro por 
5 cm [2 pulgadas] de longitud, se reviste con
una membrana impermeable. En la muestra
se instalan conjuntos de vigas voladizas axia-
les y radiales para medir los desplazamientos
cuando la muestra se somete a esfuerzos 
y presión. El conjunto de viga voladiza 
correspondiente a la deformación axial 
relativa se adosa al casquillo del extremo
superior y mide el desplazamiento axial a 
través de la deflexión en el cono de la base
adosado al casquillo del extremo inferior. El
conjunto de viga voladiza correspondiente a 
la deformación radial relativa consta de un
anillo con cuatro brazos medidores de
esfuerzo, que miden el desplazamiento radial
en cuatro puntos, formando dos direcciones
perpendicularesen el punto medio de la
muestra. El casquillo del extremo inferior 
descansa sobre una celda de carga interna 
y el esfuerzo axial se calcula a partir de las
mediciones de la fuerza que actúa sobre la
celda de carga interna. Durante las pruebas,
los datos se corrigen por la distorsión elástica
de los casquillos de los extremos superior e
inferior, y por las deformaciones relativas 
asociadas con el material de encamisado. 
Los casquillos contienen además transduc-
tores ultrasónicos. Las mediciones de la
velocidad ultrasónica se obtienen con trans-
ductores piezoeléctricos que transforman los
pulsos eléctricos en pulsos mecánicos y vice-
versa. Los pulsos de ondas compresionales y
ondas de corte son generados por un genera-
dor de pulsos que aplica un pulso eléctrico 
de corta duración y alta tensión a uno de los
transductores piezoeléctricos, a una frecuencia
ultrasónica dada. Este pulso es transmitido a
través de la muestra de roca como una onda
elástica. El transductor receptor, situado en el
extremo opuesto de la muestra de roca, trans-
forma esta onda elástica en una señal
eléctrica, que es captada en un osciloscopio
digital. Las velocidades de las ondas P y S se
calculan sobre la base del tiempo que insumen
los pulsos de ondas compresionales u ondas
de corte para viajar a lo largo de la muestra.
Esta muestra de prueba instrumentada se
coloca luego dentro de un recipiente de presión.
A continuación, el recipiente de presión se
llena con esencias minerales, o bien con
aceite, para aplicar una presión de confina-
miento. El esfuerzo axial, la deformación axial
relativa, la deformación radial relativa y la
presión de confinamiento se miden y contro-
lan durante cada prueba. Dependiendo de los
objetivos de las pruebas, las mismas pueden
efectuarse drenando los fluidos alojados en los
poros hasta alcanzar la presión atmosférica o
sin drenar los fluidos de los poros. También
se pueden incrementar las temperaturas
para aproximar mejor las condiciones locales
reales.
Esta estructura de pruebas triaxiales per-
mite obtener mediciones con diferentes
orientaciones respecto de los planos de estra-
tificación. Utilizando estas mediciones, la
envolvente de falla de la muestra de roca
puede ser definida como una función de la
orientación de los esfuerzos con respecto a la
estratificación; además, se pueden definir las
propiedades anisotrópicas de la roca. Esta
información es esencial para la predicción de
la estabilidad de los pozos, la evaluación de
los esfuerzos locales y el diseño de programas
de fracturamiento hidráulico para formacio-
nes intensamente anisotrópicas, tales como
las presentes en las lutitas gasíferas compac-
tas no convencionales.
Las velocidades ultrasónicas, obtenidas 
en combinación con las mediciones de de -
formación axial y radial relativa, proveen
información sobre las propiedades mecánicas
estáticas y dinámicas, que pueden correlacio-
narse con los datos de los registros de pozos.
Las velocidades de las ondas ultrasónicas en
las areniscas, particularmente aquellas que se
encuentran pobremente consolidadas, depen-
den en forma significativa de los esfuerzos;
por eso, los cambios en el estado de los esfuer-
zos pueden calibrarse con las mediciones de
la velocidad sísmica. Otras rocas más consoli-
dadas, tales como las areniscas compactas y
las lutitas compactas, exhiben un comporta-
miento completamente diferente. Las
ve locidades de ondas en estas rocas son vir-
tualmente independientes de los esfuerzos, 
de manera que los cambios en las velocidades
sísmicas medidas pueden atribuirse a otros
fenómenos tales como la anisotropía. 
Los primeros conocimientos del comporta-
miento de las rocas se basaron en pruebas de
materiales homogéneos e isotrópicos; los pri-
meros modelos reflejaban esta simplicidad.
Ahora están surgiendo nuevas oportunidades,
tales como los plays de hidrocarburos no con-
vencionales, que requieren que la atención se
centre en la verdadera naturaleza de las rocas
en las que se alojan los hidrocarburos. 
>Simulador de pozos TerraTek. El simulador 
de equipos de perforación y pozos de tamaño
real, puede ser configurado para verificar el
desempeño, el desgaste, la desviación y la
dinámica de las barrenas de perforación de ta -
maño natural en condiciones de sobre ba lan ce
o bajo balance de presión, y a profundidades
simuladas. Una bomba de lodo triplex, provista
de un colector múltiple de fluido especial de
alta presión, puede lograr presiones de pozo
de hasta 11,000 lpc [75.8 MPa] para simular
condiciones de perforación de alta presión.
Aquí también se investigan los efectos de
diversos fluidos sobre el desempeño de las
operaciones de perforación, el empastamiento
de la barrena, el daño de la formación, la ex -
tracción de núcleos y la invasión de núcleos.
Invierno de 2007/2008 51
en aplicaciones de pozos profundos, utilizando
diseños avanzados de barrenas y fluidos de
perforación. Si bien los estudios previos han
demostrado que la ROP normalmente cae con
el incremento de la presión del pozo, estos
estudios no dieron cuenta de ciertos mecanis-
mos que afectan la ROP a gran profundidad,
tales como el tipo de fluido de perforación, el
material densificante del lodo y la pérdida de
fluido por golpe de presión.2
Otro problema común de estabilidad del
pozo está relacionado con las ovalizaciones
por ruptura de la pared del pozo. Si bien estas
ovalizaciones a menudo ocurren durante la
perforación, también pueden afectar el pro-
ceso de terminación del pozo. Los ingenieros
de TerraTek perforaron un agujero de 21.6 cm
[81.2 pulgadas] en un núcleo de arenisca
grande. En el laboratorio, el núcleo fue 
sometido a incrementos de la presión de 
confinamiento. La ovalización resultante fue
similar a la producida en los pozos reales
cuando los pesos del fluido de perforación son
demasiado bajos (izquierda, extremo superior).
La muestra fue utilizada subsiguientemente
para una prueba de integridad mecánica con
filtro de arena expansible. El arreglo de filtro
y tubería de base se expandió en forma flexi-
ble hasta la pared del pozo, y penetró
parcialmente en la zona de ovalización. Los
resultados de esta prueba demostraron cuánto
podía expandirse el filtro en la zona de ovali-
zación, además de determinar la resistencia
del producto ESS a la presión exterior.
Otros problemas que inciden adversamente
en el desempeño de las operaciones de perfo-
ración, tales como la vibración o el espiralado
del pozo, son identificados mediante el exa-
men de la distribución de los pozos (izquierda,
extremo inferior). Con la ayuda del simulador
de pozos, los investigadores tienen la oportu-
nidad de estudiar minuciosamente las
configuraciones de fondo de pozo que, de 
otro modo, serían inaccesibles.
2. La pérdida de fluido por golpe de presión es una
pérdida instantánea de un volumen del componente
líquido del fluido de perforación a medida que pasa a
través de la pared del pozo antes de la depositación
del revoque de filtración competente.
Para obtener más información sobre las pruebas ROP,
consulte: Judzis A, Bland R, Curry D, Black A,
Robertson H, Meiners M y Grant T: “Optimization 
of Deep Drilling Performance; Benchmark Testing 
Drives ROP Improvements for Bits and Drilling 
Fluids,” artículo SPE/IADC 105885, presentado en 
la Conferencia de Perforación de las SPE/IADC,
Ámsterdam, 20 al 22 de febrero de 2007.
>Simulación del fenómeno de ovalización. Sin
el lodo de perforación utilizado para perforar
esta arenisca sometida a incrementos de la
presión de confinamiento, este pozo simulado
falló progresivamente, produciendo un esque -
ma clásico de ovalización por ruptura de la
pared del pozo.
>Patrones de una barrena en el fondo del 
pozo. La impronta del fondo del pozo rastrea 
el desempeño de una barrena a medida que
perfora un pozo a través de una arenisca de
alta resistencia. En este caso, se trataba de 
una perforación realizada utilizando una ba -rrena de un compuesto policristalino de dia -
mante con lodo a base de aceite de 1.9 g/cm3
[16 lbm/gal (lpg)] de densidad, a una presión de
pozo de 10,000 lpc [68.9 MPa]. Subsiguiente-
mente se estudiaron los patrones del fondo del
pozo para determinar cómo las diversas condi-
ciones de perforación afectaban el desempeño
de la operación de perforación. A medida que
se reduce la profundidad de los anillos, tam-
bién lo hace la eficiencia de corte de la ba-
rrena y, en consecuencia, la velocidad de
penetración (ROP) decrece. Con fluidos de 
perforación diferentes, a veces los patrones
desaparecen por completo.
Las plataformas tales como la estructura 
de pruebas triaxiales proveen datos que son 
fundamentales para el desarrollo de nuevos
modelos que contemplen la naturaleza hete -
rogénea y anisotrópica de las formaciones
complejas.
También se recurre al centro de TerraTek
para probar nuevas tecnologías de perfora-
ción, terminación y estimulación de pozos,
incluyendo la evaluación de fluidos de per -
foración y barrenas en condiciones de alta
presión. Si bien existen capacidades de medi-
ción de las propiedades individuales de las
rocas o las propiedades de los fluidos, en con-
diciones de temperatura y presión extremas,
es mucho más difícil determinar la forma en
que interactúan los mecanismos complejos de
corte y rotura de las rocas en presencia de los
fluidos de perforación a gran profundidad.
Para dar cabida a las pruebas geomecánicas
en gran escala, el laboratorio de perforación
está provisto de un simulador de pozos capaz
de reproducir las condiciones de presión exis-
tentes en la profundidad del yacimiento,
dando cabida además a las tasas de flujo que
se requieren habitualmente para perforar en
ambientes extremos (página anterior).
El simulador de pozos TerraTek desempeñó
un rol esencial para la ejecución reciente de
un estudio de perforación en condiciones de
alta presión, auspiciado por el programa
industrial conjunto del Departamento de
Energía de EUA (DOE), denominado Deep
Trek. El centro fue contratado para proveer
pruebas de laboratorio, en tamaño natural, de
barrenas y fluidos de perforación prototipos a
una presión de pozo de 10,000 lpc [68.9 MPa];
es decir, a presiones sustancialmente más
altas que las estudiadas previamente. Los
resultados de estas pruebas pueden incidir en
la economía de las operaciones de perforación
a gran profundidad.
El estudio demostró que las velocidades de 
penetración (ROP) pueden incrementarse 
ese modo reconocer qué porciones de un núcleo
ameritan un análisis adicional de muestras peque-
ñas (arriba). Con las mediciones de la heteroge-
neidad a es ca la de registros, derivadas del análisis
de grupos, y las mediciones de la heterogeneidad
a escala de núcleos, obtenidas mediante la prueba
de raspadura, el operador puede determinar la lo-
calización y el número de las muestras requeridas
para caracterizar adecuadamente el núcleo.
Predicciones de propiedades a nivel de gru-
pos—Dado que los modelos se construyen tradi-
cionalmente en torno al marco estructural y
estratigráfico de una cuenca, la distribución dis-
continua y heterogénea de las unidades litológi-
cas prospectivas y no prospectivas dentro de una
sección estratigráfica unitaria, a menudo se repre-
senta en forma deficiente a través de la cuenca.
El análisis de grupos identifica las unidades por
las propiedades de sus materiales y mapea su dis-
tribución a lo largo de todo un pozo. Relacionando
las mediciones de laboratorio de estas unidades
con las respuestas combinadas de los registros, se
desarrollan relaciones entre núcleos y registros
para cada grupo. Dado que el método no es afec-
tado por la variabilidad del espesor o de los arre-
glos de apilamiento de las diversas unidades de
grupos, es posible predecir las propiedades a lo
largo de toda la sección registrada de un pozo.
Análisis de múltiples pozos—Para el análi-
sis de toda la cuenca, los rótulos de los grupos
de pozos múltiples se ajustan a un modelo de
referencia unitario que contiene las definiciones
de las propiedades de los materiales de la cuenca.
Los resultados pueden utilizarse para la visuali-
zación 3D de la variabilidad lateral en unidades
prospectivas y no prospectivas.
El análisis de los rótulos de los grupos re sultó
esencial para la ejecución de un estudio regional
de un cliente, que buscaba denodadamente un
play de gas no convencional. El objetivo era mo-
delar la discontinuidad vertical y lateral de las uni-
dades prospectivas principales de un yacimiento
de lutitas gasíferas compactas. Estos yacimientos
son muy heterogéneos, tanto vertical como late -
ralmente, y presentan alteraciones diagenéticas
localizadas que crean gran variabilidad en las pro-
piedades de los materiales. Como resultado, las
propiedades mecánicas y las propiedades del yaci-
miento cambian significativamente desde una lo-
calización a otra entre los pozos, y el rendimiento
de la producción a menudo varía, incluso entre
pozos perforados muy próximos entre sí.
El cliente solicitó la realización de un estudio
para comprender la variabilidad de la permeabi-
52 Oilfield Review
>Utilización de la heterogeneidad de la roca para seleccionar muestras de laboratorio. La heterogeneidad a escala de registros, indicada por los colores 
de los grupos (izquierda), se compara con los datos de heterogeneidad a escala de núcleos, obtenidos a través de la prueba de raspadura (curvas rojas),
superpuestos sobre las fotografías del núcleo (centro). En la gráfica de heterogeneidad a escala de registros, el color se utiliza para diferenciar zonas de
propiedades de materiales similares o disímiles, como una función de las mediciones de la resistencia a la compresión no confinada. En este ejemplo, los
grupos amarillos corresponden a las unidades más débiles, y los pardos a las unidades más resistentes. Pasando de la región 1 (grupo amarillo), a la región
2 (grupo amarillo con transición al azul oscuro), la región 3 (azul oscuro con transición al pardo), y la región 4 (grupo pardo), la resistencia de la roca varía
en más del 400%. Las fotografías del núcleo (centro) muestran una transición correspondiente en la resistencia a la compresión no confinada de 10,000 lpc
[68.9 MPa] en la fangolita arcillosa (sección de núcleo 1) a 40,000 lpc [275.8 MPa] en el carbonato basal (sección de núcleo 4) dentro de este intervalo de 
12 m [40 pies]. Las muestras pequeñas (derecha) se extraen de todo el núcleo para efectuar análisis y pruebas detalladas. Esta metodología ayuda a los
operadores a asegurarse de que sus muestras pequeñas de 2 pulgadas den cuenta de la variabilidad presente en el núcleo entero.
Heterogeneidad a escala de núcleos Heterogeneidad a
escala de muestras
Heterogeneidad a
escala de registros 10 k
50 k
10 k
50 k
10 k
50 k
0 pie
1 pie
2 pies
2 
pu
lg
ad
as
0 pie
1 pie
2 pies
0 pie
10 k 40 k
1 pie
2 pies
0 pie
1 pie
2 pies
10 k
50 k
1
1 2
3 4
2
3
4
1
4
2
3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Rotulado de grupos
Invierno de 2007/2008 53
lidad, la porosidad rellena con gas y el contenido
orgánico total, ya que estos parámetros se relacio-
nan con la calidad del yacimiento. Además, era
importante comprender la variabilidad de las con-
diciones de contención del crecimiento vertical de
la fractura hidráulica en los diversos pozos que
contenían unidades con calidad del yacimiento
óptima. Para alcanzar un nivel de productividad
también óptimo, la calidad del yacimiento debe
combinarse con la calidad de la terminación. En
este campo, la calidad del ya cimiento por sí sola,
sin un tratamiento de fracturamiento exitoso y
sin la contención del crecimiento vertical de la
fractura, conduciría a un nivel de productividad
deficiente. Mediante el mapeo de las localizaciones
de todo el campo en las que existen simultánea-
mente ambas condiciones de calidad del
yacimiento y calidad de las terminaciones, el
cliente pudo identificar