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Estudio Microestructural del Rock Sanding
Garolera Vinent, Daniel
Universitat Politècnica de Catalunya. Departament d'Enginyeria del Terreny, Cartogràfica i Geofísica; Carol Vilarasau, Ignacio; López Garello, Carlos María; Papanastasiou, Panos
Castellà: El estudio de la producción de arena (rock sanding) en pozos petrolíferos ha sido objeto importante de investigación durante los últimos años debido al auge de las nuevas técnicas de producción: perforación con cañones (perforating guns). La producción de arena es un fenómeno de disgregación del medio que se genera en formaciones débilmente cohesionadas, como arenas poco cementadas. Este fenómeno está gobernado por varios factores, de los que destacan dos principalmente: el estado tensional del medio y la presión del flujo de extracción. Los estudios realizados hasta el momento han puesto de manifiesto que el primer factor es el responsable de la fisuración del medio, y el segundo el responsable del transporte. El objeto de esta tesina ha sido el de iniciar el estudio de dicha problemática desde un punto de vista numérico microestructural, utilizando el método de los elementos finitos con elementos junta. Para ello se ha discretizado una sección transversal de una perforación generada mediante cañones de perforación. Estas excavaciones se caracterizan por su pequeño diámetro, 2 cm, y por no estar revestidas. La discretización (bidimensional) del medio rocoso se ha llevado a cabo mediante dos zonas bien diferenciadas: una corona circular que rodea el hueco de perforación, en la que se representan explícitamente granos de arena distribuidos de forma aleatoria mediante elementos finitos triangulares de comportamiento elástico lineal. El contacto entre granos se simula mediante elementos junta sin espesor, cuya ley constitutiva es no lineal con reblandecimiento por trabajo de fractura, formulada en términos de tensiones y desplazamientos relativos. Una malla de elementos continuos, que rodea la zona anterior, con una extensión suficiente como para garantizar la transmisión de las tensiones de confinamiento, a la vez que permite disminuir el número de elementos de la discretización. La simulación numérica ha consistido en imponer inicialmente la presión de confinamiento en los bordes de la malla y posteriormente disminuir gradualmente la presión en el interior de la perforación. La disgregación del medio, objeto de la modelización de “rock sanding”, ha sido reducida a una extracción de las partículas de arena (granos), cuando los elementos junta que las mantienen en contacto con otros granos, alcanzan un grado elevado de deterioro. A fin de poner de manifiesto la potencialidad del procedimiento se han realizado tres tipos de análisis. Los principales resultados obtenidos son: Estudio de la producción de arena. Se han obtenido interesantes resultados cualitativos de la evolución de la fisuración alrededor de los granos cercanos al hueco de la perforación. Este hecho ha servido de referencia para los posteriores casos. La curva presión-producción de arena aún no ha sido posible de obtener debido al alto coste computacional del caso de estudio. Estudio del efecto de tamaño. Se ha realizado un estudio comparativo del mismo problema utilizando diferente tamaño de perforación. Los resultados obtenidos han permitido capturar el efecto de tamaño: las perforaciones más pequeñas resultan menos dañadas a igual condición. Estudio de un estado no hidrostático de tensiones iniciales. Se ha aplicado un estado inicial de carga con diferentes valores de las componentes horizontal y vertical de tensiones. El resultado obtenido durante la descarga ha evidenciado el hecho comprobado experimentalmente de que se produce una rotura preferencial en las direcciones perpendiculares a la tensión máxima aplicada. Los resultados preliminares obtenidos hasta el momento permiten reproducir de forma cualitativa algunos aspectos importantes del comportamiento real observado, lo cual pone de manifiesto la potencialidad de esta metodología microestructural para profundizar en la investigación futura de “rock sanding”.
Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria civil::Geotècnia::Mecànica de sòls
Boring
rock sanding
producción de arena
pozos petrolíferos
Sorra
Perforació
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Universitat Politècnica de Catalunya
         

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