FALLAS QUE ACTUAN COMO SELLO OILFIELD REVIEW schlumberger

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42 Oilfield Review Una falla puede ser un transmisor o una barrera para el flujo de fluido y la comunicación de la presión. La categorización del comportamiento de las fallas dentro de estos extremos es impor- tante para la perforación, exploración y desarrollo de hidrocarburos. Los modernos métodos de análisis de fallas que actúan como sello utilizan datos sísmicos, información estruc- tural y microestructural del análisis de núcleos de alta resolución, y datos de pozos y de produc- ción para predecir el comportamiento de las fallas y reducir la incertidumbre y el riesgo aso- ciados con la explotación de yacimientos siliciclásticos fallados. Las fallas que actúan como sello pueden constituir un control primario sobre la trampa en muchos yacimientos de hidrocarburos pero tam- bién pueden transformar un yacimiento relativamente grande y continuo en comparti- mentos que luego se comportan como un grupo de yacimientos más pequeños. Cada comparti- mento puede tener sus propias características de presión y fluido, lo que obstaculiza el desarrollo eficaz y efectivo de los campos petroleros y la subsiguiente recuperación de hidrocarburos. Las fallas que no forman sellos pueden impe- dir que se acumulen el petróleo y el gas en tanto los hidrocarburos se forman y migran a través de las estructuras presentes en el subsuelo. Las fallas abiertas y permeables de un yacimiento establecido también pueden causar problemas de pérdida de circulación graves durante las ope- raciones de perforación. La pérdida de lodo de perforación puede resultar cara y peligrosa e incluso conducir al abandono de los pozos. Inde- pendientemente de que sean perjudiciales o beneficiosas, las fallas y su comportamiento deben ser comprendidos por los geólogos y los ingenieros para poder explorar y extraer las reservas de hidrocarburos en forma exitosa. Los desarrollos registrados recientemente en materia de predicción de sellos por fallas se han concentrado en dos aspectos independientes, aunque interrelacionados, de la formación de fallas: la arquitectura de las fallas y las propie- dades de las rocas de falla. La arquitectura de las fallas se refiere a la forma, tamaño, orienta- ción e interconectividad de las mismas. Además comprende la distribución del desplazamiento general de las fallas que forman subfallas múlti- ples. La longitud de las fallas horizontales puede oscilar entre unos pocos milímetros, en el caso de las microfallas, hasta cientos de kilómetros. Por ejemplo, la falla de San Andrés en Califor- nia, EUA, tiene más de 1,290 km [800 millas] de longitud. Los estudios detallados de núcleos y del subsuelo han demostrado que las fallas más largas normalmente comprenden fallas más cor- tas interconectadas. Los agrupamientos de fallas forman una zona de daño por fallas o un halo interconectado de fallas en un rango de escalas que puede tener un impacto acumulativo sig- nificativo sobre el comportamiento de los yacimientos. El desplazamiento de los segmen- Menor incertidumbre con el análisis de fallas que actúan como sello Kip Cerveny BP Alaska Anchorage, Alaska, EUA Russell Davies Rock Deformation Research (RDR) USA Inc. Dallas, Texas, EUA Graham Dudley Richard Fox BP Aberdeen, Escocia Peter Kaufman Cambridge, Massachusetts, EUA Rob Knipe Rock Deformation Research Ltd. Universidad de Leeds Leeds, Inglaterra Bob Krantz ConocoPhillips Houston, Texas Por su colaboración en la preparación de este artículo, se agradece a Karen Dawe, Asociación Geológica de Canadá, St. John's, Terranova, Canadá; Jayne Harnett, RDR, Leeds, Inglaterra; y David McCormick, Cambridge, Massachusetts, EUA. FMI (herramienta de generación de Imágenes Microeléctri- cas de Cobertura Total), MDT (Probador Modular de la Dinámica de la Formación, OBMI (herramienta de genera- ción de Imágenes Microeléctricas en Lodos Base Aceite), Petrel y RFT (Probador de Formación a Repetición) son mar- cas de Schlumberger. Los yacimientos de petróleo y gas de formaciones siliciclásticas falladas son difíci- les de explotar. Mediante la integración de datos sísmicos, información detallada de núcleos y datos de pozos y de producción, los geocientíficos ahora pueden modelar el comportamiento de las fallas e incorporar los resultados en simuladores de flujo de fluido de yacimientos. Este proceso integrado mejora la predicción del comporta- miento de las fallas y reduce la incertidumbre y el riesgo asociados con la presencia de trampas complejas.

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ARTICULO SOBRE EL ANALISIS DE LAS FALLAS COMO SELLOS PARA LAS ACUMULACIONES DE PETROLEO PUBLICADO POR LA EMPRESA schlumberger

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42 Oilfield Review

Una falla puede ser un transmisor o una barrerapara el flujo de fluido y la comunicación de lapresión. La categorización del comportamientode las fallas dentro de estos extremos es impor-tante para la perforación, exploración ydesarrollo de hidrocarburos. Los modernosmétodos de análisis de fallas que actúan comosello utilizan datos sísmicos, información estruc-tural y microestructural del análisis de núcleosde alta resolución, y datos de pozos y de produc-ción para predecir el comportamiento de lasfallas y reducir la incertidumbre y el riesgo aso-ciados con la explotación de yacimientossiliciclásticos fallados.

Las fallas que actúan como sello puedenconstituir un control primario sobre la trampa enmuchos yacimientos de hidrocarburos pero tam-bién pueden transformar un yacimientorelativamente grande y continuo en comparti-mentos que luego se comportan como un grupode yacimientos más pequeños. Cada comparti-mento puede tener sus propias características depresión y fluido, lo que obstaculiza el desarrolloeficaz y efectivo de los campos petroleros y lasubsiguiente recuperación de hidrocarburos.

Las fallas que no forman sellos pueden impe-dir que se acumulen el petróleo y el gas en tantolos hidrocarburos se forman y migran a través delas estructuras presentes en el subsuelo. Lasfallas abiertas y permeables de un yacimientoestablecido también pueden causar problemasde pérdida de circulación graves durante las ope-

raciones de perforación. La pérdida de lodo deperforación puede resultar cara y peligrosa eincluso conducir al abandono de los pozos. Inde-pendientemente de que sean perjudiciales obeneficiosas, las fallas y su comportamientodeben ser comprendidos por los geólogos y losingenieros para poder explorar y extraer lasreservas de hidrocarburos en forma exitosa.

Los desarrollos registrados recientemente enmateria de predicción de sellos por fallas se hanconcentrado en dos aspectos independientes,aunque interrelacionados, de la formación defallas: la arquitectura de las fallas y las propie-dades de las rocas de falla. La arquitectura delas fallas se refiere a la forma, tamaño, orienta-ción e interconectividad de las mismas. Ademáscomprende la distribución del desplazamientogeneral de las fallas que forman subfallas múlti-ples. La longitud de las fallas horizontales puedeoscilar entre unos pocos milímetros, en el casode las microfallas, hasta cientos de kilómetros.Por ejemplo, la falla de San Andrés en Califor-nia, EUA, tiene más de 1,290 km [800 millas] delongitud. Los estudios detallados de núcleos ydel subsuelo han demostrado que las fallas máslargas normalmente comprenden fallas más cor-tas interconectadas. Los agrupamientos de fallasforman una zona de daño por fallas o un halointerconectado de fallas en un rango de escalasque puede tener un impacto acumulativo sig-nificativo sobre el comportamiento de losyacimientos. El desplazamiento de los segmen-

Menor incertidumbre con el análisis de fallas que actúan como sello

Kip CervenyBP AlaskaAnchorage, Alaska, EUA

Russell DaviesRock Deformation Research (RDR) USA Inc.Dallas, Texas, EUA

Graham DudleyRichard FoxBPAberdeen, Escocia

Peter KaufmanCambridge, Massachusetts, EUA

Rob KnipeRock Deformation Research Ltd.Universidad de LeedsLeeds, Inglaterra

Bob KrantzConocoPhillipsHouston, Texas

Por su colaboración en la preparación de este artículo, seagradece a Karen Dawe, Asociación Geológica de Canadá,St. John's, Terranova, Canadá; Jayne Harnett, RDR, Leeds,Inglaterra; y David McCormick, Cambridge, Massachusetts,EUA.FMI (herramienta de generación de Imágenes Microeléctri-cas de Cobertura Total), MDT (Probador Modular de laDinámica de la Formación, OBMI (herramienta de genera-ción de Imágenes Microeléctricas en Lodos Base Aceite),Petrel y RFT (Probador de Formación a Repetición) son mar-cas de Schlumberger.

Los yacimientos de petróleo y gas de formaciones siliciclásticas falladas son difíci-

les de explotar. Mediante la integración de datos sísmicos, información detallada de

núcleos y datos de pozos y de producción, los geocientíficos ahora pueden modelar

el comportamiento de las fallas e incorporar los resultados en simuladores de flujo

de fluido de yacimientos. Este proceso integrado mejora la predicción del comporta-

miento de las fallas y reduce la incertidumbre y el riesgo asociados con la presencia

de trampas complejas.

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tos de fallas primarias y secundarias dentro delyacimiento se yuxtapone al yacimiento a lo largode la falla contra litologías disímiles, lo quepuede impactar el flujo de fluido.

Las propiedades de las rocas que se encuen-tran dentro de las zonas de falla afectan la

capacidad de sello de una falla. Estas propieda-des a su vez se ven afectadas por las facieslocales, los tipos y saturaciones de los fluidos deyacimiento, las diferencias de presión registra-das a lo largo de las fallas, las arquitecturas delas zonas de falla, las historias de sepultamiento

y fallamiento, y la yuxtaposición de las litologíasa través de las fallas.1 Además, los cambios depresión y fase de los fluidos producidos duranteel desarrollo del yacimiento agravan la compleji-dad del análisis del comportamiento de lossellos por fallas.2

1. Las designaciones de las facies representan las caracte-rísticas generales de una unidad de roca y reflejan suorigen y diferencian la unidad de otras unidades adya-centes. Las facies se distinguen entre sí por lamineralogía y la fuente sedimentaria, el contenido enfósiles, las estructuras sedimentarias y la textura.

2. Davies RK y Handschy JW: “Introduction to AAPG Bulletin Thematic Issue on Fault Seals,” Boletín de la Asociación Americana de Geólogos de Petróleo 87, no. 3 (Marzo de 2003): 377–380.Yielding G, Øverland JA y Byberg G: “Characterization ofFault Zones for Reservoir Modeling: An Example from theGullfaks Field, Northern North Sea,” Boletín de la

Asociación Americana de Geólogos de Petróleo 83, no. 6 (Junio de 1999): 925–951.Jev BI, Kaars-Sijpesteijn CH, Peters MPAM, Watts NL yWilkie JT: “Akaso Field, Nigeria: Use of Integrated 3-DSeismic, Fault Slicing, Clay Smearing and RFT PressureData on Fault Trapping and Dynamic Leakage,” Boletínde la Asociación Americana de Geólogos de Petróleo 77,no. 8 (Agosto de 1993): 1389–1404.

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Régimen de esfuerzo relacionadocon fallas normales

Régimen de esfuerzo relacionadocon fallas inversas

Régimen de esfuerzo relacionadocon fallas de desplazamiento

σ1

σ2 σ3

σ3

σ2 σ1

σ2

σ3 σ1

44 Oilfield Review

Los métodos modernos de análisis de sellospor fallas mejoran la predicción del comporta-miento de las fallas en el subsuelo y reducen laincertidumbre asociada con la explotación deyacimientos siliciclásticos fallados. Este artículosintetiza los métodos de predicción de sellos porfallas y las incertidumbres asociadas. Una breveintroducción a la teoría de fallas básica ayuda adefinir las causas, tipos y características funda-mentales de las fallas antes de presentar unacaracterización más detallada del comporta-miento y predicción de los sellos por fallas.Además se examinan las tecnologías de campospetroleros utilizadas para medir y predecir lascaracterísticas de las fallas. Algunos ejemplos decampo de Hibernia, Terranova, Canadá, y la Bahíade Prudhoe, Alaska, EUA, demuestran cómo unamejor comprensión de la formación de sellos porfallas mejora la simulación y el desarrollo de losyacimientos clásticos, reduciendo en consecuen-cia la incertidumbre y el riesgo asociados.

Mecánica, arquitectura y propiedades básicas de las fallasCuando las rocas o las capas de rocas son someti-das a esfuerzos tectónicos, se curvan o se rompeno experimentan ambos fenómenos al mismotiempo. En su forma más simple, una falla es unadiscontinuidad laminar, o una superficie de rup-tura, generada en la roca a través de la cual seproduce un desplazamiento o deslizamientoobservable. La contracción y la extensión inducenla ruptura por cizalladura en las rocas. La direc-ción de los esfuerzos principales determina laorientación del plano de ruptura o de la falla. Laresistencia de la roca controla la magnitud delesfuerzo de corte necesario para romper la roca.

Aunque excesivamente simplificada, la teoríaAndersoniana de formación de fallas, desarro-llada por el geólogo E.M. Anderson en el año1951, sigue siendo ampliamente utilizada comobase para describir los fundamentos de la orien-tación de las fallas según la discontinuidad.3

Anderson describió tres tipos de fallas básicos—normal, inversa y de desplazamiento—relativosa las orientaciones de los esfuerzos regionalesmáximos. Esta teoría asume que uno de losesfuerzos principales—σ1, σ2 o σ3 en orden demagnitud decreciente—o la carga litostática, essiempre vertical, y que los otros esfuerzos sonortogonales y horizontales. Según esta teoría lasfallas se forman como dos planos conjugados conlas tres relaciones siguientes entre la orienta-ción de las fallas y los esfuerzos principales:• las fallas se forman con un ángulo de ± 30°

respecto de la dirección σ1

• las fallas se forman con un ángulo de ± 60°respecto de la dirección σ3

• la línea formada por la intersección de los pla-nos de fallas conjugados será paralela a σ2.

Estas relaciones son significativas porque silos geólogos conocen las direcciones de losesfuerzos principales, pueden predecir las orien-taciones de las fallas. Si además se conocen lasmagnitudes relativas de los esfuerzos principa-les, los geólogos pueden predecir los tipos defallas (izquierda).

No obstante, a escala del mapa sísmico, lasfallas raramente son laminares debido a las per-turbaciones del campo de esfuerzos causadaspor las heterogeneidades y la anisotropía de lasrocas. Más comúnmente, las fallas están com-puestas de segmentos independientes conextremos característicos definidos por líneas dedesplazamiento cero. Los enlaces pueden produ-cirse como enlaces completos donde losextremos de las fallas se conectan o como enla-ces incompletos donde la geometría de losextremos de las fallas es afectada por una fallaadyacente que carece de una conexión física.4 Eldesplazamiento de la estratigrafía a través deuna falla varía en forma sistemática, pasando deun desplazamiento cero en los extremos de lafalla a un desplazamiento máximo cerca del cen-tro de la falla. Las anomalías presentes en ladistribución sistemática del rechazo verticalreflejan las complejidades en la litología y en lossegmentos de fallas adyacentes.5 Las complejida-des de las fallas impiden una interpretaciónsimple de su orientación, geometría y arquitec-tura.

Un paso fundamental en la evaluación delcomportamiento de las fallas y de las propieda-des de sello es el mapeo de las fallas y laconstrucción de mapas del rechazo sobre elplano de falla y la yuxtaposición a escala sísmica(próxima página).6 No obstante, los límites de laresolución sísmica introducen incertidumbre enlo que respecta al rechazo vertical mapeado através de la falla y no permiten el mapeo de las

> Relación de los tipos de fallas con la orientación de los esfuerzos. La teoría Andersoniana explicalos tres tipos de fallas principales relacionados con la orientación del esfuerzo principal. Éstos son eltipo de fallas normales, en las que σ1, el esfuerzo local más grande es vertical (extremo superior); eltipo de fallas inversas, en las que σ1 es horizontal y σ3, el esfuerzo local más pequeño, es vertical(centro); y el tipo de fallas de desplazamiento en las que tanto σ1 como σ3 son horizontales (extremoinferior).

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5 15 25 35 45 55 65

Contenido de arcilla, %

0.6

km0 1.0

0 millas

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fallas cuyo rechazo vertical es menor que la reso-lución sísmica. El rechazo mapeado total através de una falla a escala sísmica tambiénpuede incluir los rechazos sumados de numero-sas fallas que son demasiado pequeñas para serdetectadas por separado a escala sísmica. Elvolumen de los segmentos de falla estrecha-mente espaciados se conoce como zona de dañopor fallas.

El rechazo vertical mapeado a través de unafalla a escala sísmica desplaza las capas de rocassobre una falla unitaria o sobre un agrupamientode fallas múltiples, cada una de las cuales seencuentra por debajo del nivel de resolución sís-mica. La separación incide en la capacidad desello de la falla y en las propiedades de las rocasde falla dentro de la zona de falla. Se puede for-mar una falla que actúa como sello, por ejemplo,si una falla que intersecta diferentes litologíasproduce el emplazamiento de rocas permeablesde calidad de yacimiento contra rocas menospermeables tales como las lutitas. Esto seconoce como sello por yuxtaposición. Tambiénse puede formar un sello por falla si el yaci-miento permanece yuxtapuesto contra símismo—donde el rechazo vertical es menor queel espesor del yacimiento—o contra otro yaci-miento. Esto se produce porque la roca existentedentro de la zona de falla puede desarrollar unapermeabilidad más baja.

Las diferentes rocas de falla se desarrollanbajo diferentes condiciones de deformación ysus propiedades de sello están relacionadas conlas condiciones de deformación y los factoreslitológicos, tales como el contenido de arcilla.7

Las fallas que cortan areniscas porosas con bajo

contenido de arcilla—menos del 15%—puedengenerar sellos de baja permeabilidad a partir dela reducción de la permeabilidad asociada con latrituración mecánica de los granos de cuarzo.Éstos se conocen con el nombre de bandas cata-clásticas o bandas de deformación. Tambiénpueden desarrollarse bandas de desagregaciónen areniscas limpias pero sin la reducción aso-ciada con la porosidad y la trituración de granos.

Las fallas generadas en areniscas impurasforman rocas de falla con estructura de filosili-catos (PFFR, por sus siglas en inglés) conmayores contenidos de arcillas—entre 15 y40%—que reducen la porosidad y la permeabili-dad mediante la compactación y la mezcla de laspartículas de arcilla y los granos de cuarzo. Apa-recen pátinas arcillosas a lo largo de las fallasque cortan rocas con un contenido de arcillassuperior al 40%. Las capas de arcilla o las lutitasson arrastradas y deformadas a lo largo delplano de falla formando una barrera de baja per-meabilidad para el flujo de fluido. Tambiénpuede producirse cementación a lo largo de unplano de falla, formando barreras casi imperme-ables para el flujo. No obstante, estas zonascementadas raramente son continuas a menosque se asocien con un cambio regional, tal como

3. Anderson EM: The Dynamics of Faulting and Dyke Formation with Applications to Britain. Edinburgo, Escocia: Oliver y Boyd (1951): 206.Para mayor información sobre la orientación del plano defalla, consulte: http://www.naturalfractures.com/1.1.3.htm(examinado el 15 de enero de 2005).

4. Walsh JJ y Watterson J: “Geometric and KinematicCoherence and Scale Effects in Normal Fault Systems,”en Roberts AM, Yielding G y Freeman B (eds): The Geometry of Normal Faults, Sociedad Geológica de Londres, Publicación Especial 56. Bath, Inglaterra: TheGeological Society Publishing House (1991): 193–203.

5. El rechazo vertical de una falla es la diferencia de eleva-ción generalizada de la misma capa en los lados opuestosde la falla o la componente vertical de desplazamiento. Eldesplazamiento de una falla es la distancia total a lo largode la cual una capa se encuentra separada a ambos ladosde la falla y se define como: desplazamiento = rechazovertical/seno (echado del plano de falla).

6. Knipe RJ: “Juxtaposition and Seal Diagrams to HelpAnalyze Fault Seals in Hydrocarbon Reservoirs,” Boletínde la Asociación Americana de Geólogos de Petróleo 81,no. 2 (Febrero de 1997): 187–195.

7. Davies y Handschy, referencia 2.

> Interpretación de fallas a partir de datos sísmicos y modelado mediante la utilización de herramientas de computación. La arqui-tectura de fallas complejas en los escenarios de exploración y desarrollo puede hacerse más comprensible con la utilización deprogramas poderosos de mapeo y generación de imágenes tales como la aplicación de las herramientas de secuencias de ta-reas Petrel. En este ejemplo, los intervalos estratigráficos codificados en color, en la pared colgante (techo) y la pared de base(yacente), se yuxtaponen contra las superficies de falla modeladas, en tres dimensiones.

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un aumento de la temperatura por encima de90°C [194°F], temperatura a la que la tasa deprecipitación del cuarzo aumenta (arriba).8

Las fallas más comunes observadas en loscampos de petróleo y gas son las fallas normales,que poseen en su mayor parte cierto compo-nente de movimiento oblicuo. Las geometrías defallas tridimensionales (3D) complejas surgen apartir de la nucleación, crecimiento y enlace delas fallas y dan origen a zonas de daño. La com-prensión de las zonas de daño por fallas es

crucial para el modelado del comportamiento delas fallas y su impacto sobre el desempeño delyacimiento.

Características de la arquitectura de las zonas de fallaEs posible obtener una apreciación de la com-plejidad de una zona de daño por fallas a travésde un estudio cuidadoso de las fallas en aflora-mientos. Las exposiciones superficialespermiten a los geocientíficos observar la arqui-

tectura de las fallas en detalle y en un contexto yescala espacial 3D no proporcionados por lainvestigación del subsuelo. Es importante desta-car que gran parte de lo que determina laspropiedades de sello de las fallas tiene lugar aescala subsísmica y dentro de la zona de dañopor fallas. En consecuencia, el estudio de laszonas de daño en afloramientos se ha vuelto cru-cial para el modelado de los sellos por fallas y lapredicción de la forma en que afectan el flujo defluido de superficie.

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Cataclasitas

(contenido de

arcilla intermedio)

Protocataclasitas

(contenido de

arcilla intermedio)

Ultracataclasitas

(contenido de

arcilla intermedio)

Zona de

desagregación

(contenido de

arcilla intermedio)Zona de

desagregación

(pobre en contenido

de arcilla)

Protocataclasitas

(pobres en

contenido de

arcilla)

Cataclasitas

(pobres en

contenido de

arcilla)

Ultracataclasitas

(pobres en

contenido de

arcilla)

Ultracataclasitas

(ricas en contenido

de arcilla

Cataclasitas

(ricas en contenido

de arcilla)

Protocataclasitas

(ricas en contenido

de arcilla)

Zona de

desagregación

(hidroplástica, rica en

contenido de arcilla)

Contenido de arcilla

Serie de rocas de

falla con litologías

ricas en cuarzo

(banda de

deformación)

Serie de rocas

de falla con

estructura de

filosilicatos

Serie depátinas

arcillosas

~15%

40%

100%

10%

50%

90%

Litificación

Pobremente litificado

Parcialmente litificado

Bien litificado

Frag

men

taci

ón

Areniscas

limpias,

limos

Areniscas

impuras,

limos

Arcilitas,

lutitas

Estado delitificación

Frag

men

taci

ón

Contenido

de arcilla

A

B

C

A

C

cm

1 mm

Cataclasitas

Undeformedsandstone

B

in.cm

> Clasificación de rocas de falla que relaciona el contenido de arcilla, la fragmentación y la litificación.Las rocas almacén originales incluyen areniscas limpias con menos de 15% de contenido de arcilla,areniscas impuras con un contenido de arcilla que oscila entre 15 y 40% y arcilitas y lutitas con uncontenido de arcilla superior al 40%. Los procesos de fragmentación y litificación tienen lugar a lolargo de toda la historia de una falla y producen uno de tres tipos de rocas de falla, a partir de cadauna de las rocas almacén que se ilustran en la porción inferior del diagrama. Las fotografías del ex-tremo inferior muestran diferentes formas de rocas de falla, incluyendo rocas de falla (A) desagrega-das y cementadas (izquierda), (B) con estructura y pátinas de filosilicatos (centro) y (C) con pátinasarcillosas (derecha).

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La zona de daño es el volumen de rocasdeformadas existentes en torno a una falla prin-cipal que se ha originado a partir de lainiciación, propagación, interacción y desarrollodel deslizamiento a lo largo de las fallas peque-ñas presentes entre bloques de fallas.9 Elvolumen deformado que irradia desde un seg-

mento de falla principal puede dividirse en unazona de daño interna y una zona de daño externa.La zona de daño interna consiste habitualmentede rocas de falla intensamente deformadas queresultan difíciles de mapear en forma discreta,mientras que la zona externa posee una alta den-sidad de fallas de escaso rechazo vertical que amenudo mantienen una orientación similar alsegmento de falla principal.

La geometría de la zona de falla tambiénpuede ser definida a lo largo del rumbo de unafalla, o fallas, como tres zonas características(arriba). La primera zona se denomina zona dedaño por el extremo y se asocia con la concentra-ción de esfuerzos en el extremo del segmento de

la falla principal donde el desplazamiento seconvierte en cero. La segunda zona se denominazona de daño por enlace y se refiere al volumenafectado por la interacción entre dos segmentosde falla no coplanares subparalelos. La zona dedaño por la pared, es decir la tercera zona, seubica a lo largo de la superficie de falla y consti-tuye el resultado del daño producido por eldeslizamiento continuo de la falla o del dañoocasionado por los extremos de fallas abandona-das previamente al continuar el proceso depropagación de fallas a través del tiempo.10 Enlas tres zonas pueden producirse fallas de escalasubsísmica secundarias, fracturas naturales ycementación.

8. Fisher QJ y Knipe RJ: “Fault Sealing Processes in Siliciclastic Sediments,” en Jones G, Fisher QJ y KnipeRJ (eds): Faulting, Fault Sealing and Fluid Flow in Hydrocarbon Reservoirs: Publicación Especial de laSociedad Geológica 147. Bath, Inglaterra: The Geological Society Publishing House (1998): 117–134.

9. Kim Y-S, Peacock DCP y Sanderson DJ: “Fault-DamageZones,” Journal of Structural Geology 26 (2004): 503–517.

10. Kim et al, referencia 9.

> Clasificaciones de zonas de falla. Un diagrama conceptual 3D ilustra los volúmenes de daño internos y externos asociados conlas fallas. El calco de la vista en plano de la propagación de la falla a través de las rocas almacén indica tres zonas caracterís-ticas que son la zona de daño por el extremo (rojo), la zona de daño por el enlace (azul claro) y la zona de daño por la pared(verde). Las líneas correspondientes a los extremos de la falla se muestran en negro.

Zona de daño por el extremo

Zona de dañopor el enlace

Zona de daño por la pared

Zona de daño interna

Zona de daño externa

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La investigación intensiva de las exposicionesde fallas, como la falla Moab del sudeste de Utah,EUA, ha permitido a los geocientíficos caracteri-zar zonas de daño por fallas y efectuar analogíascon las fallas principales existentes en el sub-suelo. La falla Moab ha sido extensivamenteestudiada por los geocientíficos, incluyendo cien-tíficos del Centro de Investigaciones Doll deSchlumberger (SDR) en Ridgefield, Connecticut,EUA, y del grupo Rock Deformation Research(RDR) Ltd., Leeds, Inglaterra.11 Ubicada en laporción noreste de la Cuenca de Paradox, la fallaMoab es una falla normal de aproximadamente45 km [28 millas] de largo con rumbo noroeste asudeste. Esta falla comprende varios segmentosenlazados. El segmento más largo tiene unrechazo vertical de 960 m [3,150 pies] al sur,como se observa a partir del desplazamiento en

superficie y la erosión de las rocas sedimentariasde edad Pensilvaniano a Cretácico.12 La fallaMoab se mantuvo activa desde el período Triá-sico hasta mediados del Cretácico como mínimo.El paisaje de cañones que rodea a la falla Moabes ideal para mapear la exposición de la falla entres dimensiones (arriba).

Los científicos de SDR y RDR comenzaron aalmacenar datos de afloramientos detallados alo largo de un segmento de la zona de daño de lafalla Moab, en Bartlett Wash, como analogía conestructuras similares esperadas, aunque norepresentadas, en el subsuelo. Dentro del áreade estudio, el rechazo vertical a lo largo del seg-mento de falla principal es de 210 m [690 pies].El miembro Slick Rock Jurásico, más antiguo,correspondiente a la arenisca Entrada está bienexpuesto en la pared de base (yacente) y exhibe

una densa red de fallas de escaso rechazo verti-cal en una zona angosta adyacente al segmentode falla principal.

Los geocientíficos emplearon una técnica demapeo sofisticada, que utiliza un sistema deposicionamiento global (GPS, por sus siglas eninglés) de alta precisión y unidades remotaspara mapear los rasgos discretos con precisiónde 2 cm [0.8 pulgadas] (próxima página, abajo).Las coordenadas de los datos fueron identifica-das con atributos geológicos clave en diversasestaciones para captar la complejidad y la escalade la zona de daño por fallas. También se regis-traron las posiciones y las geometrías de loselementos estructurales principales y secunda-rios, tales como fallas y fracturas naturales. Loscientíficos crearon un modelo geológico digitalpara utilizar como analogía para la interpreta-

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Área de mapeo detallado

AreniscaEntrada

Paredde base

l

Paredcolgante

AreniscaEntrada

SO NE

Lugar ventajosode la foto superior

Aproximado

328

m0 100

0 piesNE

Moab,Utah EUA

> Área de estudio Bartlett Wash, Moab, Utah, EUA. Una sección transversal fotográfica a lo largo de la falla Moab provee vistasque iluminan la arquitectura de la zona de falla compleja dentro del área de mapeo detallado (extremo superior). Una vista aérea(extremo inferior) que abarca desde la pared de base hasta la pared colgante muestra otra perspectiva del contacto neto forma-do por la falla Moab.

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ción de las fallas del subsuelo a fin de facilitar lavisualización a través de técnicas innovadoras,tales como visitas de observación virtuales, y uti-lizar la distribución de la población de fallascomo datos de entrada para los modelos de flujo(arriba).

Si bien la geometría estática y las propieda-des de las rocas de falla constituyen loscontroles principales sobre el flujo de fallastransversales en el subsuelo, la reactivación delas fallas es otro fenómeno que incide en las pro-piedades de flujo a lo largo de la falla. Loscambios producidos en los regímenes de esfuer-zos tectónicos a través del tiempo geológico, porejemplo, pueden reactivar una falla abriendotrayectorias que no existían previamente y per-mitiendo la filtración de hidrocarburos. A escalade tiempo de producción del yacimiento, loscambios producidos en los regímenes de presiónde poro como resultado de la producción o lainyección actual en los sistemas de fallas y susadyacencias, pueden iniciar la reactivación delas fallas y causar la pérdida del sello.

Los incrementos de la presión local produci-dos cerca o dentro del plano de falla comoresultado de la inyección reducen el esfuerzo

normal efectivo, lo cual puede causar la reactiva-ción de la falla.13 Además, los cambios de presiónproducidos en las rocas adyacentes a las fallas,por ejemplo a partir del agotamiento de un yaci-miento, alteran los esfuerzos locales que actúansobre los planos de fallas y, dependiendo de laalineación de la falla respecto de los esfuerzosprincipales, pueden conducir a una reactivacióncon la subsiguiente ruptura del sello. Este com-portamiento ha sido documentado en áreas talescomo el Mar del Norte, el Golfo de México y laCuenca de Bight en Australia.14

Estos cambios de presión tienen grandesimplicaciones en lo que respecta a producción,recuperación mejorada de petróleo (EOR, porsus siglas en inglés) y mantenimiento de lapresión, y en el almacenamiento subterráneo degas, incluyendo el almacenamiento de dióxidode carbono [CO2] para la reducción de lasemisiones de gas de efecto invernadero.15

11. Kaufman PS, McAllister E y Smallshire R: “Collection andVisualization of 3D Digital Geologic Data Sets: An Example from the Moab Fault Zone, UT,” presentado enla Reunión Anual de la Asociación Americana de Geólo-gos de Petróleo, Nueva Orleáns, 16 al 19 de abril de 2000.McAllister E, Smallshire R, Knipe R y Kaufman P: “Geometry of Fault-Damage Zones from High ResolutionMapping of the Moab Fault Zone, UT,” presentado en laReunión Anual de la Asociación Americana de Geólogosde Petróleo, Nueva Orleáns, 16 al 19 de abril de 2000.

12. “Quantification of Fault-Related Diagenetic Variation ofReservoir Properties at Outcrop,” http://www.faultanalysis-group.ucd.ie/Projects/UTAH.html (examinado el 15 de enero de 2005).

13. Hsieh PA y Bredehoeft JD: “A Reservoir Analysis of theDenver Earthquakes: A Case of Induced Seismicity,”Journal of Geophysical Research 86 (1981): 903–920.

14. Wiprut D y Zoback MD: “Fault Reactivation and FluidFlow Along a Previously Dormant Normal Fault in theNorthern North Sea,” Geology 28, no. 7 (2001): 595–598. Zoback MD y Zinke JC: “Production-Induced NormalFaulting in the Valhall and Ekofisk Oil Fields,”

NAproximado

82

m0 25

pies0

> Mapeo de alta precisión de la zona de daño dela falla Moab. Se utilizaron sistemas de posicio-namiento global (GPS, por sus siglas en inglés) yunidades remotas, que determinan las ubicacio-nes exactas de los levantamientos, para registrarlos rasgos discretos y ubicarlos con alta precisión.Los elementos estructurales secundarios, talescomo fallas y fracturas, fueron identificados conatributos geológicos clave para captar la com-plejidad y escala del daño producido por la falla.

> Mapeo de la zona de la falla Moab. En el sitio Bartlett Wash se mapearon más de 70,000 rasgos estructurales para poblar un mo-delo analógico de la zona de daño por fallas (izquierda). La densidad de las fallas pequeñas dentro de la zona de daño del segmen-to principal de la falla Moab disminuye al aumentar la distancia a la falla principal. Las trazas de fallas rojas se encuentran dentrode la zona de daño interna, mientras que los rasgos amarillos se ubican dentro de la zona de daño externa (derecha). Las pode-rosas herramientas de computación permiten a los geólogos utilizar técnicas innovadoras como las visitas de observación virtua-les, captando el conocimiento y las experiencias de los miembros de los equipos en el sitio.

http://www.geomi.com/images/PDFs/MDZ-Zinke_PAG_2002.pdf (examinado el 15 de enero de 2005).“Wetland Subsidence, Fault Reactivation, and Hydrocarbon Production in the U.S. Gulf Coast Region,”Hoja de Datos del USGS FS-091-01, http://pubs.usgs.gov/fs/fs091-01/ (examinado el 15 de enero de 2005).Hillis RR y Reynolds SD: “In Situ Stress Field, Fault Reactivation and Seal Integrity in the Bight Basin,”http://ftp.petroleum.pir.sa.gov.au/products/data/rb2003_2.pdf (examinado el 15 de enero de 2005).

15. Bennaceur K, Gupta N, Monea M, Ramakrishnan TS,Randen T, Sakurai S y Whittaker S: “Captación y almace-namiento de CO2: Una solución al alcance de la mano,”Oilfield Review 16, no. 3 (Invierno de 2004/2005): 48–65.Hawkes CD, McLellan PJ, Zimmer U y Bachu S: “Geomechanical Factors Affecting Geological Storage ofCO2 in Depleted Oil and Gas Reservoirs,” artículo2004–258, presentado en la 55a Reunión Técnica Anualde la Sociedad Canadiense del Petróleo, Calgary, 8 al 10de junio de 2004.

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de falla humedecida con agua y al potencial debaja presión existente a través de la falla paracolumnas de hidrocarburo pequeñas. Los hidro-carburos pueden migrar lentamente pero el sellode resistencia hidráulica provee una obturaciónefectiva a lo largo del tiempo geológico. En labase de la zona de resistencia hidráulica, Pc esigual a Pt. La permeabilidad relativa a los hidro-carburos a esta altura es cero pero aumenta porencima de este punto en una zona de transiciónque pasa de un sello de membrana a una filtra-ción geológicamente significativa debido alincremento de la permeabilidad relativa. Los geó-logos consideran significativa la rotura del sellode resistencia hidráulica una vez que la tasa defuga excede la tasa de carga de hidrocarburos,momento en el cual los hidrocarburos dejan deacumularse.

Las diferencias de presión del agua presentesen el yacimiento a través de una falla o en elrelleno de la falla inciden en la altura de lacolumna de hidrocarburos resultante. La presiónde agua más alta existente en el acuífero, en laparte externa de la trampa, por ejemplo, conduceal flujo de agua dentro del yacimiento si la satura-ción de hidrocarburos en la zona de falla esmenor que la saturación de agua irreducible,Swirr. Estas condiciones mejoran el potencial desellos por fallas y aumentan la altura de la

columna de hidrocarburos. Las presiones másbajas existentes en el acuífero, en el exterior dela trampa, y en el relleno de la falla a una satura-ción de agua irreducible conducirán a unareducción de las alturas de las columnas dehidrocarburos en la trampa. Estas interrelacionesentre fluidos, presiones y propiedades de lasrocas constituyen controles importantes para lapredicción del comportamiento de las fallas y lascapacidades de sello.

La arquitectura de las fallas, las distribucionesde los rechazos, las litologías, las distribuciones ypropiedades de las rocas de falla en su totalidadinciden en las propiedades de flujo de las fallas.No obstante, la historia de las fallas es igual-mente importante a la hora de considerar elpotencial de sello de las trampas por fallas enexploración y producción. La historia de sepulta-miento, la distribución cronológica de ladeformación y la historia de la carga de hidrocar-buros inciden en las propiedades de las rocas defalla y en su impacto sobre la capacidad de sellode las fallas.

Las estrategias de desarrollo de yacimientosexitosas deben incorporar la historia de falla-miento y sepultamiento para predecir en formamás exacta el riesgo que plantean los sellos porfallas. Por ejemplo, los eventos tectónicos inde-pendientes crean fallas nuevas y reactivan las

50 Oilfield Review

La reactivación de las fallas que limitan el yaci-miento compromete los mecanismos de sello delas fallas, cizalla las tuberías de revestimientode los pozos y genera compactación y subsi-dencia. La integración de las propiedades deresistencia de las rocas de falla, la geometría delas fallas y las condiciones de los esfuerzos loca-les, proporcionan valiosos datos de entrada parael modelado y la evaluación del riesgo de reac-tivación.16 Las orientaciones de los esfuerzoslocales son interpretadas con dispositivos degeneración de imágenes de pozos, tales como laherramienta de generación de Imágenes Microe-léctricas de Cobertura Total FMI o laherramienta de generación de Imágenes Microe-léctricas en Lodos Base Aceite OBMI, y a partirde la adquisición de datos de presión de poroutilizando herramientas de medición y muestreotales como el Probador Modular de la Dinámicade la Formación MDT o el Probador de Forma-ción a Repetición RFT.

Los roles de la presión y la secuencia cronológica en la formación de sellos por fallasUn concepto importante para la estimación de lacapacidad de sello de las fallas es el relacionadocon la presión umbral (Pt). En rocas humedecidascon agua, Pt es la presión capilar más baja (Pc) ala que los hidrocarburos forman una trayectoriacontinua a través de las gargantas de poros inter-conectadas más grandes de la roca de falla.17 Elconocimiento del valor de Pt de las diferentesrocas de falla, generadas bajo diferentes condicio-nes, permite a los geocientíficos calcular la alturamáxima de la columna de petróleo (Ht) o la capa-cidad de sello de la roca de falla que impide lamigración de hidrocarburos a través de la falla. Lapresión capilar de los hidrocarburos bajo condi-ciones hidrostáticas contra un sello por fallaaumenta en sentido ascendente a partir de ceroen el nivel de agua libre (FWL, por sus siglas eninglés), que se encuentra en la base de la colum-na de hidrocarburos. Un sello capilar o sello demembrana impide la migración de hidrocarburosa través de la falla para una altura de la columnade hidrocarburos medida desde el FWL hastadonde el valor de Pc es igual al valor de Pt. El sellode membrana se forma debido a la tensión super-ficial entre el agua y el hidrocarburo, de maneraque la permeabilidad efectiva al hidrocarburo escero cuando Pc es menor que Pt (arriba).

Una columna de hidrocarburos con un valorde Pc mayor que el valor de Pt de la roca de fallamigrará lentamente a través de la falla. El flujo esretardado por la capacidad de sello de resistenciahidráulica de la roca de falla. El sello de resisten-cia hidráulica se forma cuando la permeabilidadrelativa al hidrocarburo es baja debido a la roca

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> Diagrama de presión capilar. La gráfica de presión en función de la profun-didad (izquierda) muestra la presión capilar, Pc, como la diferencia entre laspresiones del agua y los hidrocarburos con la profundidad. El hidrocarburotiene un gradiente de presión más pronunciado que el agua, de manera quela presión capilar se incrementa por encima del nivel de agua libre (FWL, porsus siglas en inglés) donde la misma es cero. La gráfica de la derecha mues-tra una curva típica de presión capilar por inyección de mercurio como semide en el laboratorio. La presión de entrada, Pe, es la presión a la cual loshidrocarburos ingresan primero en la muestra. Una altura de la columna dehidrocarburos, Ht, puede ser entrampada por debajo de la presión capilar um-bral, Pt, formando un sello de membrana. Las geometrías de la trampa quizáspermitan que las columnas de hidrocarburos excedan esta altura. Es posibleel flujo de hidrocarburos a través del sello que se encuentra por encima de laaltura Ht a una velocidad que depende de la permeabilidad relativa del sello.

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Primavera de 2005 51

fallas existentes. Las fracturas pueden pro-pagarse, modificando potencialmente lascaracterísticas de permeabilidad del yacimiento.Las propiedades de las rocas de falla tambiéncambian con el sepultamiento y levantamiento.La permeabilidad a lo largo de las fallas y en lasrocas adyacentes generalmente disminuye conla profundidad de sepultamiento (derecha). Losaumentos de la temperatura incrementan la tasade precipitación del cuarzo, lo que puede redu-cir significativamente la transmisividad a travésde una falla.

Los mapas de actividades de fallas que codi-fican en color la cronología geológica deldesarrollo estructural ayudan a los equipos acargo de los activos petroleros a cuantificar elriesgo de desarrollar un área prospectiva o deimplementar los pasos de desarrollo subsiguien-tes, tal como la puesta en marcha de un procesode EOR. El conocimiento de la historia geológicay su impacto también es importante a la hora depredecir las propiedades de sello de las fallas.

Métodos de análisis de sellos por fallasLos métodos de análisis de sellos por fallas exi-tosos integran información fundamental sobre laarquitectura de la zona de falla, las propiedadesde las rocas de falla y los datos de presión. Unaherramienta importante para evaluar el poten-cial de flujo a través de una falla es una vista delrumbo o mapa del plano de falla con las inter-secciones de la pared colgante y la pared debase superpuestas sobre la superficie de fallamodelada.18 Los diagramas de Allan utilizan estatécnica para mostrar posibles trayectorias demigración de fluidos, puntos de fuga o áreas desello a través de la falla, y además han ayudado aexplicar la ubicación de los contactos hidrocar-buro-agua en diversos campos petroleros de todoel mundo. Los diagramas de Allan habitual-mente utilizan los horizontes interpretadossísmicamente para definir la separación entre lapared colgante y la pared de base a través de lafalla y la litología interpretada en base a losregistros de pozos para identificar los cambiosestratigráficos producidos entre los horizontessísmicos. Las herramientas de mapeo sofistica-das permiten el desarrollo de los diagramas deAllan como modelos 3D. Estos modelos requie-

ren cantidades significativas de datos y su desa-rrollo puede resultar lento aunque los nuevosprogramas de computación, tales como la aplica-ción de las herramientas de secuencias detareas Petrel, han reducido sustancialmente eltiempo de procesamiento (arriba).

Una alternativa con respecto a la complicadaevaluación de la distribución de la estratigrafía através del plano de falla, que se utiliza en losdiagramas de Allan, es un diagrama de triángu-los de yuxtaposición simplificado, que posibilitaun examen inicial rápido y la predicción de la

16. Jones RM y Hillis RR: “An Integrated, Quantitative Approach to Assessing Fault-Seal Risk,” Boletín de laAsociación Americana de Geólogos de Petróleo 87, no. 3(Marzo de 2003): 507–524.

17. Brown A: “Capillary Effects on Fault-Fill Sealing,” Boletínde la Asociación Americana de Geólogos de Petróleo 87,no. 3 (Marzo de 2003): 381–395.

18. Allan US: “Model for Hydrocarbon Migration and Entrapment Within Faulted Structures,” Boletín de laAsociación Americana de Geólogos de Petróleo 73, no. 7(Julio de 1989): 803–811.

> Diagrama de Allan. Basados en datos sísmicos e información de pozos, losdiagramas de Allan demuestran las relaciones de yuxtaposición a través deun plano de falla. Estos diagramas se utilizan a menudo para identificar pun-tos de fuga de petróleo potenciales (rojo) a lo largo del rumbo de una falla.

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Plano deproyección vertical

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> Reducción de la permeabilidad en una zona de falla cataclástica con elaumento de la profundidad de sepultamiento en tres ejemplos de cuencasdiferentes. La permeabilidad se reduce en las zonas de fallas cataclásticasdebido principalmente a la trituración mecánica de los granos y al incremen-to de la cementación del cuarzo a mayor profundidad. En cuencas con gran-des esfuerzos efectivos medios, es probable el desarrollo de un proceso decataclasis intenso en las zonas de falla (azul), con la consiguiente reducciónde la permeabilidad al aumentar la profundidad de sepultamiento. En cuencascon esfuerzos efectivos medios menores, es factible que se produzca un pro-ceso de cataclasis moderada en las zonas de falla (rojo), que hace que lapermeabilidad sea más alta en esas zonas de falla. Las cuencas con proce-sos de cementación de cuarzo en las zonas de falla (verde) exhiben permea-bilidades en las zonas de falla que aumentan a medida que las profundidadesde sepultamiento se hacen más someras pero se vuelven muy impermeablespor debajo de los 3 km [9,840 pies] de profundidad debido al aumento de lacementación del cuarzo. Otros factores, tales como la historia geológica yla litología de las rocas almacén, desempeñan un rol significativo en lo querespecta a la determinación de los procesos que imponen la permeabilidadde la zona de falla.

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Permeabilidad promedio, mD

Cuenca A - Influencia de la cementación del cuarzo a una profundidad > 3 km

Cuenca B - Cataclasis moderadaCuenca C - Cataclasis intensa

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capacidad de sello por fallas. Esta técnicapermite representar la pared colgante y las yux-taposiciones para diversos rechazos verticales yposibilita una evaluación del los intervalos estra-tigráficos yuxtapuestos para un rechazo verticaldado (arriba). Estos diagramas simplifican elanálisis de la yuxtaposición para un plano defalla unitario. Además, utilizando estos diagra-mas se pueden evaluar rápidamente los efectosde fallas múltiples con escasos rechazos vertica-les. La yuxtaposición se evalúa simplemente enlos rechazos verticales más pequeños para cadafalla.

En el análisis inicial, los diagramas detriángulos muestran la yuxtaposición de la estra-tigrafía a través de la falla. Los yacimientosyuxtapuestos contra rocas de baja permeabili-dad, tales como las lutitas, tienden a actuarcomo sellos, mientras que las yuxtaposicionesentre yacimientos a través de la falla probable-mente produzcan fugas. Los diagramas deyuxtaposición también pueden ser utilizadospara evaluar las rocas de falla presentes y suspropiedades asociadas que se desarrollan dentrode la zona de falla. Por ejemplo, se puede deter-minar la distribución de las pátinas arcillosasprovenientes de las capas ricas en arcilla pre-sentes en la zona de falla y cuantificar susefectos sobre el sello. Además, es posible evaluarlos rechazos verticales críticos cuando las fallascataclásticas de permeabilidad más alta puedenrepresentar un riesgo para el flujo de fallastransversales. Esto se produce cuando dos yaci-mientos siliciclásticos permeables seyuxtaponen a través de la falla—uno en la paredcolgante (HW, por sus siglas en inglés) y otro en

la pared de base (FW, por sus siglas en inglés)(próxima página).

Se han desarrollado varios métodos para esti-mar la distribución de las rocas de falla dentrode una zona de falla. Dos de los métodos másaplicados son la relación lutita-jaboncillo (SGR,por sus siglas en inglés) y las pátinas arcillosas.19

Además, los investigadores del RDR introduje-ron recientemente un método SGR modificado, orelación lutita-jaboncillo efectiva (ESGR, por sussiglas en inglés), que posibilita un mayor controlsobre la arquitectura y distribución de las rocasde falla a lo largo de la superficie de falla duran-te el análisis.

El método SGR estima el porcentaje de arci-lla en base a la litología dominante mezcladacon la zona de falla. El algoritmo calcula el con-tenido neto de arcilla dentro de la litología quees desplazada más allá de cada punto de la fallamediante el producto de la suma del espesor dela capa por el porcentaje de arcilla dividido porel rechazo vertical de la falla. Este cálculo seobtiene a través de una superficie de falla mode-lada con una distribución de los rechazosverticales calculada y con estimaciones del por-centaje de arcilla derivadas de los registros depozos. El método ESGR utiliza un SGR ponde-rado que permite una distribución no uniformede las arcillas dentro de la sección arrastradamás allá de cada punto de la superficie de fallapara modelar un proceso más complejo de lazona de falla.

Los estudios de afloramientos de zonas defalla también han demostrado que la presenciade pátinas arcillosas constituye un procesocomún de la zona de falla en el que la arcilla

forma una pátina a lo largo de la zona de falla deacuerdo con la presencia de un banco arcillosolocal. El espesor de la pátina arcillosa a lo largode la falla aumenta con el espesor de la capa arci-llosa original y disminuye con la distancia hastadicha capa. Múltiples capas arcillosas tienden acombinarse para producir una pátina continua, loque mejora la capacidad de sello por falla.

El método básico de modelado de las distri-buciones de las rocas de falla consiste encalcular la distribución de los rechazos vertica-les en una superficie de falla grillada a partir delas intersecciones de los horizontes sobre lafalla, rellenando la estratigrafía detallada conlos espesores y los contenidos de arcillaestimados y trazando las curvas de contornocorrespondientes a las propiedades de los sellospor fallas obtenidas, sobre la superficie de lafalla. Las curvas de contorno de la presión capi-lar medida a lo largo de la falla proporcionanuna calibración con la capacidad de sello paralas propiedades de las rocas de falla estimadas.Estos datos de presión suelen adquirirse a agu-jero descubierto utilizando herramientas demuestreo de la formación tales como las herra-mientas MDT o RFT.

Si bien el cálculo del potencial de sellos porfallas presente a lo largo de una falla parecedirecto, quizás se trate de una simplificaciónexcesiva. En base a estudios de afloramientos yfallas exhumadas, los geocientíficos observanque las pátinas arcillosas no se distribuyen enforma uniforme en las zonas de falla sino quepueden ser interrumpidas creando múltiples dis-continuidades que reducen el efecto de sello através de las escalas de tiempo geológico. Unestudio de la falla normal Calabacillas, situadaen Nuevo México, EUA, demostró que las pátinasarcillosas tienden a ser continuas a lo largo deuna distancia entre dos y seis veces superior alespesor de la capa de arcilla original, pero luegose adelgazan significativamente al alejarse de labase de la capa de arcilla original en la pared debase.20 Además, las pátinas son fracturadas fre-cuentemente por fallas de escaso rechazovertical. En consecuencia, las técnicas de esti-mación de pátinas y calibración de sellos puedensobrestimar el potencial de sellos por fallas,especialmente cerca de la base de una capa dearcilla original.

La calibración de las curvas de contorno de lapresión capilar y de las estimaciones de las pro-piedades de las rocas de falla sobre unasuperficie de falla es insuficiente si se utilizanlos métodos descriptos. Un análisis más precisodebería incluir la calibración de las propiedadesde las rocas de falla estimadas a partir de medi-ciones de núcleos. La presión umbral y la

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Rechazo vertical, m0 50 100 150 200

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Arenisca A Arenisca A

Diagramade triángulos

Diagramade bloques

Lutita

Lutita

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Arenisca

Arenisca

> Análisis de la yuxtaposición. Una diagrama de triángulos de yuxtaposición (izquierda) permite laevaluación simple y rápida de los escenarios de yuxtaposición estratigráfica; por ejemplo, cuandoun yacimiento, la Arenisca A, se yuxtapone contra una lutita impermeable que provee un sello. Otroescenario podría identificar el emplazamiento de una arenisca contra otra arenisca que no lograproveer un sello adecuado para el entrampamiento de hidrocarburos. La litología se muestra a laizquierda; el eje horizontal muestra la magnitud del rechazo vertical y las flechas de guiones diago-nales muestran el escenario de yuxtaposición en un rechazo y una capa específicos. El diagrama debloques (derecha) se muestra para ilustrar una representación 3D.

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permeabilidad medidas a través de fallas peque-ñas en núcleos ayudan a predecir la capacidadde sello y las propiedades de flujo de la distribu-ción de rocas de falla estimada. Las rocas de falla

en núcleos también definen la gama de tipos derocas de falla creadas por procesos tales como lacataclasis o la trituración de granos y permitenla evaluación del impacto de la historia geológicay de la secuencia cronológica de las fallas.

Las bases de datos de rocas de falla corres-pondientes a determinadas cuencas son clavepara la calibración del potencial de sello de lasrocas de falla. Los datos de rocas de falla re-presentan una información crucial para laobtención de simulaciones de yacimientos exito-sas que además utilizan datos de campo,incluyendo levantamientos sísmicos, registros de

pozos, registros y estudios de núcleos y datos depresión de campo. Estos datos también sonimportantes para reducir el riesgo asociado conun ambiente de exploración en donde puedehaber mucha menos información disponible.

Más conocimiento, menos incertidumbreLas fallas en núcleos no sólo posibilitan la cali-bración de las propiedades de las rocas de falla,tales como porosidad, permeabilidad y presionesumbrales, sino que proveen la distribución y ladensidad de las fallas a una escala que está pordebajo de la escala de resolución sísmica. Los

19. Yielding G, Freeman B y Needham DT: “Quantitative FaultSeal Prediction,” Boletín de la Asociación Americana deGeólogos de Petróleo 81, no. 6 (Junio de 1997): 897–917.Bretan P, Yielding G y Jones H: “Using Calibrated ShaleGouge Ratio to Estimate Hydrocarbon Column Heights,”Boletín de la Asociación Americana de Geólogos dePetróleo 87, no. 3 (Marzo de 2003): 397–413. Yielding et al, referencia 2.

20. Doughty PT: “Clay Smear Seals and Fault Sealing Potential of an Exhumed Growth Fault, Rio Grande Rift,New Mexico,” Boletín de la Asociación Americana deGeólogos de Petróleo 87, no. 3 (Marzo de 2003): 427–444.

Contenidode arena

Neto/Total

mD

Ausenciade datos

de filosilicatos

Yacimiento contra laestratigrafía más antiguaen la pared de base

Yacimiento contra laestratigrafía másmoderna en la paredcolgante

La zona de fuga ha sido sellada poruna pátina de filosilicato potencialde la Unidad Yacimiento C

Arenisca de alta permeabilidadAreniscaArenisca impuraRica en contenido de filosilicato (incluyendo la lutita)Arenisca cementada

Litología de la roca almacén

Sellos cataclásticos (arenisca sobre arenisca)Sellos cataclásticos (arenisca sobre arenisca másallá de otras litologías)Sellos cataclásticos (arenisca de alta permeabilidad sobrearenisca de alta permeabilidad más allá de otras litologías)Sellos cataclásticos sobre estructuras de filosilicatosen pátinas (areniscas impuras en FW o HW)Alto potencial de sellos cataclásticos sobre estructuras defilosilicatos en pátinas (areniscas impuras más allá de otras litologías)Sello de cemento (cementado en FW o HW) Alto potencial de sello de cemento (sección cementadamás allá de otras litologías)Filosilicatos en pátinas (unidades ricas en filosilicatos olutitas en FW o HW)Alto potencial de filosilicatos en pátinas (unidadesricas en filosilicatos más allá de otras litologías)

Tipo de roca de falla/sello

Filosilicato

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Litologíade la rocaalmacén

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> Análisis de la yuxtaposición. Una diagrama de triángulos de yuxtaposición (izquierda) permite la evaluación simple y rápidade los escenarios de yuxtaposición estratigráfica, por ejemplo, cuando un yacimiento, la Arenisca A, se yuxtapone contra unalutita impermeable que provee un sello. Otro escenario podría identificar el emplazamiento de una arenisca contra otra areniscaque no logra proveer un sello adecuado para el entrampamiento de hidrocarburos. La litología se muestra a la izquierda; el ejehorizontal muestra la magnitud del rechazo vertical y las flechas de guiones diagonales muestran el escenario de yuxtaposi-ción en un rechazo y una capa específicos. El diagrama de bloques (derecha) se muestra para ilustrar una representación 3D.

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avances introducidos recientemente en losmétodos de interpretación sísmica, tales comolos programas de picado de fallas y mapeo deatributos automáticos, ayudan a los geofísicos ainterpretar grandes volúmenes sísmicos enmenos tiempo y con mayor detalle que los méto-dos manuales. Sin embargo, gran parte deldetalle de las fallas todavía existe a una escalaque está por debajo de la resolución sísmica, demodo que para la detección de estas fallaspequeñas se debe hacer uso de herramientas degeneración de imágenes de pozo de alta resolu-ción y del estudio detallado de núcleos dediámetro completo.

El Campo Hibernia altamente compartimen-talizado, situado en la Cuenca Jeanne d’Arc, enel área marina de Terranova, Canadá, demuestrala importancia de los exámenes de núcleosdetallados.21 El Campo Hibernia se encuentraubicado en una cuenca sedimentaria contenidadentro de la Cuenca Jeanne d’Arc que ha experi-mentado múltiples eventos de rifting asociadoscon la separación del supercontinente Pangea ycon la formación del Océano Atlántico que tuvie-ron lugar entre el Triásico tardío y el Cretácicotemprano.

Desde la primera producción que tuvo lugaren 1997, los geólogos e ingenieros de la compa-ñía Hibernia Management and DevelopmentCompany supieron que los dos yacimientos prin-

cipales del Campo Hibernia se encontrabancompartimentalizados por la presencia de fallas.A partir de las variaciones observadas en lasalturas de los contactos de fluidos y en las pre-siones, se identificó un total estimado de 30bloques de fallas. A medida que se continuabacon el desarrollo del campo, se obtuvieron indi-caciones de que el mismo podría estar aún máscompartimentalizado de lo que se pensaba origi-nalmente.22 Sin embargo, el equipo a cargo delos activos de la compañía no estaba seguroacerca del grado en que las fallas estaban redu-ciendo la producción de los pozos individuales yel desempeño de la inyección.

Para caracterizar la deformación y la ar-quitectura de la zona de falla, se extrajeronnúcleos de diámetro completo del yacimientoinferior de la sección de pared colgante de dospozos, el Pozo B-16 2 situado en el Bloque Q y elPozo B-16 4 situado en el Bloque R, (arriba). Losnúcleos fueron examinados a efectos de identifi-car las estructuras geológicas y se tomaronmuestras para el análisis de las propiedadesmicroestructurales y petrofísicas. Las rocas defalla fueron clasificadas de acuerdo con el conte-nido de arcilla.

Las rocas de falla con un contenido de arcillainferior al 15% exhibían tanto bandas de desagre-gación, que son zonas localizadas de flujo departículas con escaso fracturamiento de granos,

como bandas de deformación con filones cata-clásticos con magnitudes variables de reduccióndel tamaño de los granos debido a su trituraciónmecánica. A pesar de la ausencia de arcilla, estasrocas de falla poseen una permeabilidad prome-dio de 0.06 mD, lo que equivale a casi cincoórdenes de magnitud menos que la permeabili-dad de la roca almacén. Las rocas de falla quecontienen una cantidad intermedia de arcilla—entre 15 y 40%—son clasificadas como rocas defalla con estructura de filosilicatos y en este casoexhibían permeabilidades aún más bajas que lasde sus contrapartes con bajo contenido de arci-lla. Las rocas ricas en arcilla, caracterizadas porun contenido de arcilla superior al 40%, forma-ban pátinas arcillosas. Estas rocas de fallaposeen típicamente permeabilidades de menosde 0.001 mD, equivalentes a las propiedades delas rocas almacén. El análisis de las rocas defalla en núcleos demostró que los distintos tiposde rocas de falla son capaces de reducir significa-tivamente la permeabilidad a lo largo de lasfallas existentes en el Campo Hibernia.

Para evaluar el potencial de sello de las fallasque compartimentalizan el yacimiento, los tipos ylas propiedades de las rocas de falla se integrancon las estimaciones de la distribución de lasrocas de falla obtenidas de los diagramas de yux-taposición. Estos diagramas demuestran quecuando el rechazo vertical de la falla es menorque el espesor de las capas individuales y el yaci-miento se yuxtapone contra sí mismo, laspropiedades de sello quedan determinadas por laspropiedades de las rocas de falla cataclásticas.Contrariamente, cuando el rechazo vertical de lafalla excede el espesor de las capas individuales elsello por yuxtaposición del yacimiento contra laroca no yacimiento constituye el sello principal.

Un diagrama de triángulos de yuxtaposiciónde la Formación Hibernia en el Pozo B-16 2demuestra las distribuciones de las rocas de fallapronosticadas y los efectos interpretados de lasmismas sobre el flujo de fluido (próxima página).

Este diagrama muestra que para rechazosverticales de menos de 30 m [98 pies], las rocasde falla son predominantemente cataclasitas ozonas de trituración de granos. Por el contrario,

54 Oilfield Review

21. Porter JR, McAllister E, Fisher QJ, Knipe RJ, CondliffeDM, Kay MA, Stylianides G y Sinclair IK: “Impact of Fault-Damage Zones on Reservoir Performance in theHibernia Oilfield (Cuenca Jeanne d’Arc, Terranova): AnAnalysis of Structural, Petrophysical and Dynamic WellTest Data,” artículo especial 43 en Hiscott R y Pulham A(eds): Petroleum Resources and Reservoirs of the GrandBanks, Eastern Canadian Margin. St. John’s, Terranova,Canadá: Asociación Geológica de Canadá (2004): 129–142.

22. Gormley JR, Andrews RJ, Baskin DK y Stokes R: “AnIntegrated Study of Reservoir Compartmentalization inthe Hibernia Formation, Hibernia Field,” Resúmenes, Vol.26. Asociación Geológica de Canadá, Reunión Anual dela Asociación Mineralógica de Canadá, St. John’s, Terranova (2001): 52–53.

Arrumbamientode las fallas

N-S

Echado hacia el E

NO-SEEchado hacia el NE

Echado hacia el SO

Compartimentos

JI

H

E

K

C

FD

PM

L NA

B

QR

S

V

T

XY Z

G

FF

EE

AABB WCC

DD

O

PlataformaBonavista

Falla

Mur

re

Falla Nautilus

P

V

T

Q R

S

B-16 16

B-16 17

B-16 2B-16 4

1.2

km0 2

0 millas

N

Hibernia

St. John’s

Halifax

CANADÁ

EUA

Echado hacia el O

> Mapa estructural del Campo Hibernia y ubica-ción de dos pozos en los que se extrajeron nú-cleos, el Pozo B-16 2 y el Pozo B-16 4, ubicadosen los Bloques Q y R, respectivamente.

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Primavera de 2005 55

cuando los rechazos verticales superan los 30 m,aparecen las rocas de falla ricas en filosilicatos yricas en arcillas de permeabilidad más baja.Estos resultados indican que las rocas de fallapresentes en el Campo Hibernia tienen el poten-cial de degradar el desempeño de los pozos deproducción y de los pozos de inyección por igual.

Combinado con modelos de ajuste de la histo-ria de producción, que arrojan soluciones noúnicas a partir de los diversos escenarios geoló-gicos posibles, el análisis de sellos por fallascalibrado con los datos de fallas obtenidos denúcleos apoyó la interpretación de la forma enque las fallas afectan el flujo de fluido en el

campo. Esto condujo a la perforación del pozoinyector B-16 21, que fue emplazado de maneratal de sortear las zonas de daño por fallas peli-grosas. El nuevo pozo inyector mejoró el barridodel yacimiento y proporcionó soporte de presiónadicional para los pozos productores adyacentes.

Capa 2

Capa 1

Lutita intermedia

Areniscasuperior

Areniscabasal

Lutita

Lutita

Supe

rior

Med

iaCa

pa 3

Arenisca

Lutita

Arenisca

Basa

l

Alto contenido de lutita contra alto contenidode lutita más allá de otras litologías

Arenisca en FW y HWArenisca contra arenisca más allá deotras litologíasArenisca impura en FW y HWArenisca impura contra arenisca impuramás allá de otras litologíasAlto contenido de lutita en FW y HW

Yuxtaposición

Nota: Con un rechazo vertical de 75 m,la arenisca de la Capa 2 se yuxtapusocontra la arenisca basal de la Capa 3 Superior

0 100 200Rechazo vertical de la falla, m

Litofacies (derivada de la lutita volumétrica)Con predominio de areniscaHeterolítica mixtaCon predominio de lutita/fangolita

Arenisca en FW y HWArenisca contra arenisca más allá deotras litologíasArenisca impura en FW y HWArenisca impura contra arenisca impura más allá de otras litologíasAlto potencial para PFFR (altocontenido de lutita en FW y HW)Rocas de falla ricas en filosilicatos (pátinas arcillosas)Alto potencial de rocas ricas en filosilicatos(pátinas arcillosas)

Tipos de sellos por fallas (utilizando un factor de pátina arcillosa de 3.0)

Cataclasitas

Rocas de fallacon estructuras

de filosilicatos(PFFR)

Ricos enfilosilicatos

Nota: Reducción del tamaño de la ventana debido al potencialde formación de pátinas de lasareniscas impuras y las lutitasintermedias involucradas

Capa 2

Capa 1

Lutita intermedia

Areniscasuperior

Areniscabasal

Lutita

Lutita

Supe

rior

Med

iaCa

pa 3

Arenisca

Lutita

Arenisca

Basa

l

0 100 200Rechazo vertical de la falla, m

> Diagramas de yuxtaposición (extremo superior) y de sellos por fallas (extremo inferior) correspondientes al Pozo B-16 2 del Campo Hibernia. El diagramade yuxtaposición identifica una yuxtaposición de tipo arenisca contra arenisca en un rechazo vertical de 75 m [246 pies]. En este escenario, una areniscade la Capa 2 presente en la pared colgante (HW, por sus siglas en inglés) es arrastrada más allá de otras litologías—areniscas impuras y una lutita inter-media—presentes en la pared de base (FW, por sus siglas en inglés) y se yuxtapone contra la arenisca basal en el intervalo superior de la Capa 3. Ésta re-presenta una posible área de fuga. No obstante, cuando se toma en cuenta la pátina arcillosa, el área de fuga potencial predicha se reduceconsiderablemente.

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El análisis de sellos por fallas asiste en las operaciones de perforaciónLos sistemas de fallas conductivas abiertas pue-den ser tan desafiantes como las fallas queforman sellos para el desarrollo de un campopetrolero, especialmente donde esos sistemasplantean un peligro de perforación serio. Desdeel comienzo de la perforación de desarrollo en elaño 1970, el Campo de la Bahía de Prudhoeintensamente fallado, situado en Alaska, EUA,ha producido más de 10,000 millones de barriles[1,600 millones de m3] de petróleo. A lo largo detoda la historia del campo, los problemas de pér-dida de circulación han sido comunes y hanestado relacionados directamente con la canti-dad de fallas atravesadas durante la perforaciónde los pozos. Con el volumen sustancial de reser-vas recuperables remanentes, el desarrollocontinuo por parte de BP y ConocoPhillipsrequiere que se perfore penetrando bloques defallas más pequeños y atravesando más fallascon el consiguiente aumento dramático de losproblemas de pérdida de circulación y la reduc-ción de la cantidad total de pies perforadosregistrada en los últimos años (arriba).

Los problemas alcanzaron niveles críticos enel año 1998, cuando 66 de 120 pozos y re-entradasexperimentaron problemas de pérdida de circula-ción, lo que se tradujo en un costo de más de US$10 millones. Los costos por tiempo insumido enresolver problemas incrementaron entre un 50%y un 100% los costos de construcción de pozos. Enalgunos casos, las tasas de pérdida superaron los1000 bbl/h [159 m3/h], lo que suscitó serias preo-

cupaciones respecto de la seguridad y puso enriesgo la pérdida de los pozos. BP y ConocoPhi-llips, en ese momento Arco Alaska, considerarondiversas opciones para encarar los problemas depérdida de circulación relacionados con la pre-sencia de fallas. El equipo a cargo de los activosdel Campo de la Bahía de Prudhoe podía optarpor no perforar los objetivos que planteaban ries-gos, reduciendo las opciones de desarrollo y lasreservas recuperables, o bien emplear elevadaserogaciones imprevistas de perforación quehabrían mitigado el problema pero a costa delconocimiento de su causa.

Las compañías socias que operan el Campo dela Bahía de Prudhoe, junto con RDR, decidieroninvestigar la causa de los problemas de pérdidade circulación—las fallas que actúan como con-ductos para el lodo de perforación. En el Campode la Bahía de Prudhoe, se han interpretado másde 5,400 fallas mediante levantamientos sísmicos.Las fallas oscilan en lo que respecta a longituddel rumbo entre 152 y 4,570 m [500 y 15,000 pies]con rechazos verticales que varían de 6 a 60 m[20 a 200 pies] (próxima página, extremo supe-rior). Primero se reprocesaron los datos sísmicosexistentes para mejorar la interpretación de lasfallas. Luego, se incorporaron las fallas mapeadasa una base de datos que incluía parámetros defallas tales como orientación y longitud. Juntocon los datos geológicos, se compilaron datos deperforación para todos los pozos del campo, inclu-yendo los volúmenes y las tasas de pérdida decirculación, y la ubicación de las pérdidas. Losdatos de pozos y el ajuste de la historia de pro-

ducción también se utilizaron para adquirir unmayor conocimiento del comportamiento de lasfallas, los fluidos y los yacimientos. Si bien esteanálisis ayudó a explicar el 80% de los problemasde pérdida de circulación, también demostró quese justificaba una exploración más detallada delas propiedades de las rocas de falla a lo largo delCampo de la Bahía de Prudhoe.

El análisis de distribuciones de fallas y pro-piedades de rocas de falla basado en miles depies de núcleos extraídos de 14 pozos propor-cionó la calibración necesaria para evaluar elcomportamiento de las fallas. La presencia defracturas vacuolares abiertas en los núcleos per-mitió identificar zonas conductivas que podríanplantear riesgos de perforación potenciales. Elmodelado de campo completo y de los esfuerzoslocales, integrado con la historia tectónica, mos-tró una orientación preferencial de las fallasconductivas paralelas a la dirección del esfuerzolocal máximo. Una base de datos integrada deestilos y arquitectura de fallas, propiedades derocas de falla y datos de pérdida de circulaciónfacilitó el estudio de las zonas de daño por fallasy el análisis de los sellos por fallas.

Las propiedades de la base de datos calibra-das con las yuxtaposiciones y las distribucionesde las rocas de falla basadas en el contenido dearcilla de las fallas individuales ayudaron a redu-cir el riesgo de perforar pozos de desarrollo en elCampo de la Bahía de Prudhoe. La planeación depozos previa a las operaciones de perforaciónahora incorpora los datos de la base de datos paraevitar áreas de perforación peligrosas (próximapágina, extremo inferior).

Un año después de implementado este pro-yecto de caracterización de fallas integrado, seperforaron 65 pozos y re-entradas. La cantidad depozos problemáticos, con más de 16 m3 [100 bbl]de pérdida de fluido de perforación, se redujo deun 32 a un 16% de los pozos totales. Las zonas depérdida de circulación fueron anticipadas y expli-cadas, lo que redujo el tiempo insumido en laresolución de problemas y permitió bajar los cos-tos de perforación en 2 a 5 millones de dólaresestadounidenses durante ese año. Sólo dos pozosexperimentaron problemas significativos. El cono-cimiento más acabado de las fallas presentes enel Campo de la Bahía de Prudhoe permitió redu-cir el riesgo de perforación, mejorar la planeaciónde pozos y aumentar la confianza del equipo acargo de los activos en lo atinente a continuar conel desarrollo. La reducción sustancial del riesgode perforación ha planteado objetivos de perfora-ción que alguna vez fueron consideradosdemasiado riesgosos, incrementando potencial-mente el volumen de reservas recuperables.

56 Oilfield Review

Cant

idad

tota

l de

pies

per

fora

dos,

pie

s

140,000

120,000

100,000

80,000

60,000

40,000

20,000

0

1,600,000

1,400,000

1,200,000

1,000,000

800,000

600,000

400,000

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0

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les

1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000Año

Cantidad total depies perforadosPérdida decirculación total

> Aumento de los problemas de pérdida de circulación en el Campo de laBahía de Prudhoe. Junto con la declinación de la cantidad total de piesperforados (azul) acaecida en las dos últimas décadas, los problemas depérdida de circulación (rojo) se agravaron y se volvieron más costosos. Alperforar bloques de fallas más pequeños utilizando pozos horizontales, seatravesaban más fallas que durante las primeras etapas de la perforaciónde desarrollo. Se observó que el incremento de la cantidad de pies horizon-tales perforados a fines de la década de 1990 se correlacionaba directa-mente con pérdidas de lodo, identificándose a las fallas como fuentepredominante de los problemas de perforación.

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Primavera de 2005 57

Problema complejo, respuesta simple Las fallas y sus influencias sobre el flujo defluido en los yacimientos constituyen una pro-blemática compleja. Los avances tecnológicoshan mejorado nuestra capacidad de medir estasinfluencias, tanto directa como indirectamente.Las técnicas de ejecución de pruebas de pozos,el ajuste de la historia de producción y la inyec-ción de trazadores radioactivos, por ejemplo,ayudan a evaluar si existen compartimentos enel yacimiento y, en ese caso, si los compartimen-tos se encuentran comunicados o aislados.Además se utilizan herramientas de adquisiciónde registros de pozos y herramientas de mues-treo para evaluar rocas, fluidos y presiones deyacimiento a fin de determinar la compartimen-

talización. Recientemente, los ingenieros logra-ron identificar con éxito las variacionescomposicionales de los fluidos relacionadas conla compartimentalización mediante la utiliza-ción la herramienta MDT de Schlumberger.23 Laevaluación, calibración y predicción de las fallasque compartimentalizan los yacimientos requie-ren un análisis sistemático que debe incluir laintegración de conjuntos de datos de propieda-des medidas en núcleos convencionales condatos de pozos del subsuelo y datos de produc-ción, interpretaciones sísmicas y analogías enafloramientos y en el subsuelo.

Las complejidades de fallas del subsuelopobremente resueltas pueden ser incorporadasen simuladores de flujo de fluido de yacimientos

utilizando los resultados de estudios detalladosde analogías con afloramientos. En los simulado-res, los efectos de las fallas son representadoscomo factores de transmisividad efectiva a tra-vés de secciones definidas. La transmisividadrelacionada con las fallas depende de la canti-dad de fallas, el espesor de las zonas de dañoasociadas y las propiedades de las fallas, talescomo la permeabilidad de las rocas de falla y laspresiones umbrales.

La incorporación de las propiedades de lasrocas de falla provenientes de las bases de datosha permitido mejorar el ajuste histórico y elmodelado del flujo de fluido a lo largo de lasfallas.24 Estos resultados aún contienen riesgo eincertidumbre. En el análisis de sellos por fallas,siempre habrá cierta incertidumbre relacionadacon la arquitectura interna de las fallas, las pro-piedades de las rocas almacén, la definición delas unidades estratigráficas a partir de los levan-tamientos sísmicos, los efectos de la presióncapilar y el alcance de la proyección del modelodada la cantidad limitada de datos de pozos. Lasbases de datos de propiedades de rocas de fallaproveen el rango y la magnitud de la incertidum-bre que pueden incorporarse en el modelado delriesgo, por ejemplo, mediante la utilización delas técnicas de Monte Carlo.

En el análisis de sellos por fallas se debe cap-turar y modelar la complejidad de las fallas, perola respuesta ha de ser suficientemente simplecomo para ser utilizada efectivamente en lassimulaciones de yacimientos y así reducir laincertidumbre asociada a la exploración y eldesarrollo de yacimientos siliciclásticos falladosenigmáticos. —MGG

Mapa de fallas del Campo de la Bahía de Prudhoe

Bahía de Prudhoe

Anchorage

AlaskaCANADÁEUA

5

km0 8

0 millas

Punto de comienzode la desviación

Objetiv

o

Ejemplo de plande pozo previo

Planeaciónpor pérdidas

Falla transversal con unarelación lutita-jaboncillo alta

Vista en planta

> La complejidad estructural del Campo de la Bahía de Prudhoe esdemostrada por un mapa de fallas que muestra un fallamientoextensivo en gran parte del campo.

> Mejoramiento de la planeación de pozos. Con el mayor conocimiento delcomportamiento de las fallas en el Campo de la Bahía de Prudhoe, las áreascon pérdidas considerables ahora pueden ser evitadas o previstas durantela perforación para alcanzar el objetivo. La información específica, tal comola relación lutita-jaboncillo a lo largo de fallas individuales, permite al equipoa cargo de los activos de las compañías identificar los puntos óptimos enlos cuales atravesar las fallas para minimizar las pérdidas de lodo y reducirlos costos de perforación.

23. Mullins OC, Hashem M, Elshahawi H, Fujisawa G, Dong C,Betancourt S y Terabayashi T: “Hydrocarbon Compositional Analysis In Situ in Openhole Wireline Logging,” Transcripciones del 45° Simposio Anual deAdquisición de Registros de la SPWLA, Noordwijk, Países Bajos, 6 al 9 de junio de 2004, artículo FFF. Fujisawa G, Betancourt SS, Mullins OC, Torgerson T,O’Keefe M, Terabayashi T, Dong C y Eriksen KO: “LargeHydrocarbon Compositional Gradient Revealed by In-SituOptical Spectroscopy,” artículo de la SPE 89704, presen-tado en la Conferencia y Exhibición Técnica Anual de laSPE, Houston, 26 al 29 de septiembre de 2004.Elshahawi H, Hashem M, Mullins OC, Fujisawa G, Dong C,Betancourt S y Hegeman P: “In-Situ Characterization ofFormation Fluid Samples: Case Studies,” artículo de laSPE 90932, presentado en la Conferencia y ExhibiciónTécnica Anual de la SPE, Houston, 26 al 29 de septiembrede 2004.Betancourt S, Fujisawa G, Mullins O, Carnegie A, Dong C,Kurkjian A, Eriksen KO, Haggag M, Jaramillo AR y Terabayashi H: “Análisis de hidrocarburos en el pozo,”Oilfield Review 15, no. 3 (Invierno de 2003/2004): 60–69.

24. Knai TA y Knipe RJ: “The Impact of Faults on Fluid Flow inthe Heidrun Field,” en Jones G, Fisher QJ y Knipe RJ(eds): Faulting, Fault Sealing and Fluid Flow in Hydrocarbon Reservoirs: Publicación Especial de laSociedad Geológica 147. Bath, Inglaterra: The Geological Society Publishing House (1998): 269–282.