Experimental Bedford limestone permeability dependence on confining stress and pore pressure. A comparative study with previous works

Contenido principal del artículo

Aarón Domínguez Torres
Enrique Serrano Saldaña
Manuel Coronado
Martín Alberto Díaz Viera
Ivan Llanos Rivera

Resumen




El impacto de los cambios en el estado del esfuerzo de confinamiento y de la presión de poro sobre la permeabilidad de una roca es muy importante en la explotación de yacimientos de petróleo, particu- larmente los cambios por la disminución de la presión del yacimiento durante la extracción de hidro- carburos. A lo largo de los años, se han realizado numerosos estudios experimentales con muestras de núcleos que han mostrado una amplia gama de respuestas. En el presente estudio, se analizó dicho efecto en una muestra de roca caliza Bedford. Se investigan dos modos diferentes de confinamiento, hidrostático y no hidrostático. Los datos de permeabilidad obtenidos de los experimentos se ajustan a modelos comúnmente utilizados basados en el esfuerzo de confinamiento, la presión de poro y el esfuerzo efectivo. Los resultados indican que los modelos lineales ofrecen un ajuste satisfactorio en ambos modos de confinamiento. Se observa un coeficiente efectivo de presión relativamente grande de 5.78 en el modo hidrostático, mientras que se encuentra un inusual valor negativo de -1.63 en el modo no hidrostático. Estos resultados se examinaron en el contexto de los datos de permeabilidad y modelos de ajuste publicados. Para facilitar este análisis, se elaboraron tablas completas que integran la información disponible de la literatura sobre experimentos de permeabilidad en areniscas y calizas.




Detalles del artículo

Cómo citar
Domínguez Torres, A. ., Serrano Saldaña, E., Coronado, M. ., Díaz Viera, M. A., & Llanos Rivera, I. (2024). Experimental Bedford limestone permeability dependence on confining stress and pore pressure. A comparative study with previous works. Geofísica Internacional, 63(3), 1007–1032. https://doi.org/10.22201/igeof.2954436xe.2024.63.3.1742
Sección
Artículo
Biografía del autor/a

Aarón Domínguez Torres, Instituto Mexicano del Petróleo (IMP) Eje Central Lázaro Cárdenas Norte 152

Aarón Domínguez Torres es estudiante del Instituto Mexicano del Petróleo. Su principal investigación es en el flujo de fluidos y en mecánica de rocas. A. Domínguez es Ingeniero Electromecánico egresado del Instituto Tecnológico Superior de San Andrés Tuxtla, Veracruz, México. Tiene una Maestría en Ciencias (termofluidos) en el Instituto Politécnico Nacional, México.

Enrique Serrano Saldaña, Instituto Mexicano del Petróleo (IMP) Eje Central Lázaro Cárdenas Norte 152, San Bartolo Atepehuacán, Gustavo A. Madero, Ciudad de México.

Enrique Serrano Saldaña es especialista y científico investigador del Instituto Mexicano Petróleo en la Ciudad de México. Sus investigaciones son enfocadas en la recuperación mejorada de petróleo. E. Serrano es químico egresado de la Universidad Nacional de México, tiene una Maestría en Fisicoquímica de Superficies por la Universidad Metropolitana y tiene un Doctorado en Ingeniería Mecánica (termofluidos) por Universidad Nacional de México. Es autor de publicaciones en revistas internacionales.

Manuel Coronado, Instituto Mexicano del Petróleo (IMP) Eje Central Lázaro Cárdenas Norte 152, San Bartolo Atepehuacán, Gustavo A. Madero, Ciudad de México.

Manuel Coronado es científico investigador del Instituto Mexicano del Petróleo, en la Ciudad de México. Sus principales líneas de investigación son flujo de fluidos y procesos de transporte de fluidos en yacimientos de petróleo. M. Coronado es Físico egresado de la Universidad Nacional Autónoma de México y tiene un Doctorado en Física por la Universidad Técnica de Munich, Alemania. Es autor de numerosas publicaciones en revistas internacionales y es miembro de la Academia Mexicana de Ciencias.

Martín Alberto Díaz Viera, Instituto Mexicano del Petróleo (IMP) Eje Central Lázaro Cárdenas Norte 152, San Bartolo Atepehuacán, Gustavo A. Madero, Ciudad de México.

Martín A. Díaz-Viera es investigador científico en el Instituto Mexicano del Petróleo, realiza investigación en los campos de geoestadística y modelado estocástico para la caracterización matemática de yacimientos y modelado computacional de procesos de recuperación de petróleo. Es uno de los editores del libro Modelado matemático y numérico en Medios Porosos: Aplicaciones en Geociencias.

Ivan Llanos Rivera, Instituto Mexicano del Petróleo (IMP) Eje Central Lázaro Cárdenas Norte 152, San Bartolo Atepehuacán, Gustavo A. Madero, Ciudad de México.

Iván Llanos Rivera es especialista en recuperación de hidrocarburos en el Instituto Mexicano del Petróleo. Su principal línea es en el desarrollo e innovación de sistemas electromecánicos para el desarrollo de pruebas experimentales a condiciones de yacimientos. I. Llanos es Ingeniero Electromecánico egresado del Instituto Tecnológico de Tlalnepantla, en la Ciudad de México.

Citas

Al-Wardy, W., & Zimmerman, R. W. (2004). Efective stress law for the permeability of clay-rich sandstones. J. Geophys. Res.: Solid Earth. 109(B4), 1-10. doi:10.1029/2003JB002836. DOI: https://doi.org/10.1029/2003JB002836

Asaei, H., & Moosavi, M. (2013). Experimental measurement of compressibility coefficients of synthetic sandstone in hydrostatic conditions. J. Geo-Eng, 10(5), 055002. doi:10.1088/1742-2132/10/5/055002 DOI: https://doi.org/10.1088/1742-2132/10/5/055002

Bear, J. (1972). Dynamics of fluids on porous media. New York.

Bernabé, Y. (1986). The effective pressure law for permeability in Chelmsford granite and Barre granite. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. and Geomech. Abstr. 23(3), 267-275. doi:10.1016/0148-9062(86)90972-1 DOI: https://doi.org/10.1016/0148-9062(86)90972-1

Bernabé, Y. (1987). The effective pressure law for permeability during pore pressure and confiningg pressure cycling of several crystalline rocks. J. Geophy. Res.: Solid Earth. 92(B1), 649-657. doi:10.1029/JB092iB01p00649 DOI: https://doi.org/10.1029/JB092iB01p00649

Bernabé, Y. (1988). Comparison of the efective pressure law for permeability and resistivity formation factor in chelmsford granite. Pure Appl. Geophys. 127(4), 607-625. doi:/10.1007/BF00881747 DOI: https://doi.org/10.1007/BF00881747

Berryman, J. G. (1992). Effective stress for transport properties of in homogeneous porous rock. J. Geophy. Res.: Solid Earth. 97(B12), 17409-17424. doi:10.1029/92JB01593 DOI: https://doi.org/10.1029/92JB01593

Bohnsack, D., Potten, M., Freitag, S., Einsiedl, F., & Zosseder, K. (2021). Stress sensitivity of porosity and permeability under varying hydrostatic stress conditions for different carboonate rock types of the feothermal malm reservoir in southerm germany. Geothermal Energy. 9(15), 1-59. doi: https://doi.org/10.1186/s40517-021-00197-w DOI: https://doi.org/10.1186/s40517-021-00197-w

Choi, C. S., Cheon, D. S., & Song, J. J. (2017). Effect of pore and confining pressure on the supercritical CO2 permeability of sandstone: implications for the efffective pressure law. Geophy. Res. J.: Solid Earth. 122(8), 6231-6246. doi: https://doi.org/10.1002/2017JB014475 DOI: https://doi.org/10.1002/2017JB014475

Coronado, M. (2019). Technical Report Proyect 280097. IMP (Y.61066). Mexican Petroleum Institute, Fondo Sectorial Conacyt-Sener-Hidrocarburos, México.

Da Silva, M. R., Schroeder, C., & Verbrugge, J. C. (2010). Poroelastic behaviour of a water-saturated limestone. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 47(5), 797-807. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2010.04.004 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2010.04.004

David, C., Wong, T. F., Zhu, W., & Zhang, J. (1994). Laboratory measurement of compaction-induced permeability change in porous rocks: Implications for the generation and maintenance of pore pressure excess in the crust. Pure Appl. Geophys. 143, 425-456. doi: https://doi.org/10.1007/BF00874337 DOI: https://doi.org/10.1007/BF00874337

Dobrynin, V. M. (1962). Effect of overburden pressure on some properties of sandstones. SPE Journal. 2(04), 360-366. doi: http://doi.org/10.2118/461-PA DOI: https://doi.org/10.2118/461-PA

Dong, J.-J., Hsu, J.-Y., Wu, W.-J., Shimamoto, T., Hung, J.-H., Yeh, E.-C., Sone, H. (2010). Stress-dependence of the permeability and porrosity of sandstone and shale from TCDP Hole-A. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 47, 1141-1157. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2010.06.019 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2010.06.019

Feng, K., Wang, K., & Yang, Y. (2021). Experimental study on the deformation and permeability characteristic of raw coal under the coupling effect of confining pressure and pore pressure. Advances in Mat Scie. Eng. 1-8. doi: https://doi.org/10.1155/2021/9983975 DOI: https://doi.org/10.1155/2021/9983975

Ghabezloo, S., Sulem, J., Guédon, S., & F., M. (2009). Effective stress law for the permeability of a limestone. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 46(2), 297-306. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2008.05.006 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2008.05.006

Glowacki, A., & Selvadurai, A. (2016). Stress-induced permeability changes in indiana limestone. Engineering Geology. 215, 122-130. doi: https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2016.10.015 DOI: https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2016.10.015

Han, J., Wu, C., Jiang, X., Fang, X., & Zhang, S. (2022). Investigation on effective stress coefficients and stress sensitivity of different water-saturated coals using the response surface method. Fuel. 316(123238). doi: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.123238 DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.123238

Hart, D. J., & Wang, H. F. (1995). Laboratory measurement of a complete set of poroelastic moduli for Berea sandstone and indiana limestone. J. Geophys. Res.: Solid Earth. 100(B9), 17741-17751. doi: https://doi.org/10.1029/95JB01242 DOI: https://doi.org/10.1029/95JB01242

Li, M., Bernabé, Y., Xiao, W., Chen, Z., & Liu, Z. (2009). Effecctive pressure law for permeability of E-bei sandstones. J. Geophy. Res.: Solid Earth. 114(B7), 1-13. doi: https://doi.org/10.1029/2009JB006373 DOI: https://doi.org/10.1029/2009JB006373

Li, M., Xiao, L., Bernabé, Y., & Zhao, J. (2014). Nonlinear effective pressure law for permeability. J. Geophys. Res. Solid Earth. 119(1), 302-318. doi: https://doi.org/10.1002/2013JB010485 DOI: https://doi.org/10.1002/2013JB010485

Lisabeth, H., & Zhu, W. (2015). Effect of temperature and pore fluid on the stregth of porous limestone. J. Geophys. Res.: Soil Earth. 120(9), 6191-6208. doi: https://doi.org/10.1002/2013JB01048510.1002/2015JB012152 DOI: https://doi.org/10.1002/2015JB012152

McPhee, C., Redd, J., Zubizarreta, I. (2015). Core analysis: a best practice guide. (Vol. 64). (J. Cubitt, Ed.)

Meng, F., Baud, P., Ge, H., & Wong, T. F. (2019). The effect of stress on limestone permeability and effective stress behavior of damaged samples. J. Geophys. Res: Solid Earth. 124(1), 376-399. doi: https://doi.org/10.1029/2018JB016526 DOI: https://doi.org/10.1029/2018JB016526

Nermoen, A., Korsnes, R., Christensen, H., Trads, N., Hiorth, A., & M.V., M. (2013, June). Measuring the biot stress coefficient and is implications on the effective stress estimate. 47th U.S. Rock Mechanics/Geomechanics Symposium. San Francisco, California.

Nolte, S., Fink, R., Krooss, B., & Littke, R. (2021). Simultaneous determination of the effective stress coefficients for permeability and volumetric strain on a tight sandstone. J. Nat. Gas Sci. Eng. 95(104186), 1-10. doi: https://doi.org/10.1016/j.jngse.2021.104186 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jngse.2021.104186

Nur, A. M., Walls, J. D., Winkler, K., & DeVilbiss, J. (1980). Effects of fluid saturation on waves in porous rock and relations to hydraulic permeability. SPE J. 20(06), 450-458. doi: https://doi.org/10.2118/8235-PA DOI: https://doi.org/10.2118/8235-PA

Pål Ø, A. (2022). Comparison of intercept methods for correction of state relative permeability experiments for capillary end effects. SPE Res Eval & Eng. 25(04), 882-899. doi: https://doi.org/10.2118/209797-PA DOI: https://doi.org/10.2118/209797-PA

Phillips, O. (1991). Flow and reactions in permable rocks. Cambrige University Press.

Qiao, L., Wong, R., Aguilera, R., & Kantzas, A. (2012). Determination of biot´s effective-stress coefficient for permeability of nikassin sandstone. Journal of Canadian Petroleum Technology. 51(03), 193-197. doi: https://doi.org/10.2118/150820-PA DOI: https://doi.org/10.2118/150820-PA

Rose, J. (n.d.). posit.co. Retrieved from Rstudio Desktop: https://posit.co/download/rstudio-desktop/

Selvadurai A. (2021). Irreversibility of soil skeletal deformations: The pedagogical limitations of terzaghi's celebrated model for soil consolidation. Comput. Geotech. 135, 104137. doi:10.1016/j.compge0.2021.104137. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2021.104137

Selvadurai, A., & Glowacki, A. (2008). Permeability hysteresis of limestone during isotropic compression. Ground Water. 46(1), 113-119. doi: 10.1111/j.1745-6584.2007.00390.x DOI: https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.2007.00390.x

Selvadurai, A., & Glowacki, A. (2017). Stress-induced permeability alterations in an argillaceous limenstone. Rock Mech. Rock Eng. 50, 1079-1096. doi: https://doi.org/10.1007/s00603-016-1153-3 DOI: https://doi.org/10.1007/s00603-016-1153-3

Selvadurai, A., & Selvadurai, P. (2010). Surface permeability tests: experiments and modelling for estimating effective permeability. Proc. R Soc. Lond, A. 466(2122), 2819-2846. doi: https://doi.org/10.1098/rspa.2009.0475 DOI: https://doi.org/10.1098/rspa.2009.0475

Terzaghi, K. (1936). The shearing resistenace of saturated soils. Proc. 1st Int. Conf. SOil Mech, (pp. 54-56). New York.

Vadillo-Sáenz, M. (2022). Simulation of stress tests usuing a poroelastic model to estimate the permeability behavior of Bedford limestone samples. Geofísica Internacional. 61(3), 181-199. doi: https://doi.org/10.22201/igeof.00167169p.2022.61.3.2129 DOI: https://doi.org/10.22201/igeof.00167169p.2022.61.3.2129

Wang, Y., Meng, F., Wang, X., Baud, P., & Wong, T. F. (2018). Effective stress law for the permeability and deformation of four porous limestones. J. Geophys. Res.: Solid Earth. 123(6), 4707-4729. doi: https://doi.org/10.1029/2018JB015539 DOI: https://doi.org/10.1029/2018JB015539

Warspinski, N., & Teufel, L. (1992). Determination of the effective-stress law for permeability and deformation in low-permeability rocks. SPE Form. Eval. 7(02), 123-131. doi: https://doi.org/10.2118/20572-PA DOI: https://doi.org/10.2118/20572-PA

X, Z., Wu, C., & Wang, Z. (2019). Experimental study of the effective stress coefficient for coal permeability with different water saturations. J. Pet. Sci. Eng. 182(106282), 1-10. doi: https://doi.org/10.1016/j.petrol.2019.106282 DOI: https://doi.org/10.1016/j.petrol.2019.106282

Zhao, J., Xiao, W., Li, M., Li, L., & Wang, J. (2011). The effective pressure law for permeability of clay-rich sandstones. Petroleum Science. 8, 194-199. doi: https://doi.org/10.1007/s12182-011-0134-0 DOI: https://doi.org/10.1007/s12182-011-0134-0

Zoback, M., & Byerlee, J. (1975). Permeability and effective stress. Bull Am Assoc. Petr. Geol. 59(1), 154-158. doi: https://doi.org/10.1306/83D91C40-16C7-11D7-8645000102C1865D DOI: https://doi.org/10.1306/83D91C40-16C7-11D7-8645000102C1865D

Artículos más leídos del mismo autor/a