Development of experimental correlations between indentation parameters and unconfined compressive strength (UCS) values in shale samples

Resumen

La Resistencia Compresiva Uniaxial (UCS), es una de las propiedades mecánicas de las rocas que se debe tener en cuenta durante las operaciones de perforación para evitar la inestabilidad de pozos (Abass H., A. et al. 2006). Durante las operaciones de perforación el UCS de las formaciones es la variable de más alta influencia por encima de factores como el azimut, la inclinación, el tiempo de exposición e incluso el peso del lodo de perforación (Jaramillo, 2004). La técnica de Indentación ha demostrado en los últimos años ser adecuada para ayudar a determinar la resistencia de las rocas en tiempo real durante la perforación de pozos, mediante la implementación de correlaciones que permitan evaluar el UCS a partir de los parámetros de Indentación conocidos como Módulo de Indentación (IM) y Fuerza Crítica de Transición (CTF), medidas en pequeños fragmentos de roca obtenidos de la perforación de pozos.  La resistencia de los shales ha demostrado ser muy problemática durante la perforación. Por este motivo el principal objetivo de este trabajo es encontrar correlaciones experimentales que permitan modelar la resistencia de la roca a través de la aplicación de la técnica de indentacion a muestras de roca. Lo interesante de esta técnica es la posibilidad de obtener propiedades de resistencia en tiempo real durante la perforación, incluyendo esas secciones del reservorio en las que no existen registros directos UCS ni mediciones indirectas.  Con el fin de desarrollar las correlaciones experimentales se realizaron ocho pruebas de Compresión Uniaxial (no confinada) sobre cilindros de roca (plugs) extraídos de muestras de afloramiento de la formación Paja. A la vez re realizaron 200 pruebas de Indentación sobre fragmentos de shale extraídos de los alrededores de cada plug simulando los ripios que se obtienen de la perforación de pozos. Los resultados de ambas pruebas fueron correlacionados por medio de la técnica de mínimos cuadrados y se buscó la mejor correlación que representara el comportamiento de los resultados, permitiendo así obtener dos correlaciones polinomiales de segundo grado. Se determinaron coeficientes de correlación de 0,6513 para la correlación IM-UCS y 0,8111 para la correlación CTF-UCS, mostrando así que la mayor correlacionalidad entre parámetros de indentación y el UCS se da con el parámetro de Indentación conocido como Fuerza Critica de Transición (CTF).