Analysis of the horizontal stress field acting on Vaca Muerta Formation in the Neuquén Basin, Argentina

Abstract

The Vaca Muerta Formation in the Neuquén Basin, Argentina, is a significant hydrocarbon reservoir characterized by complex geological and tectonic forces that influence the horizontal stress field. This study isolates and analyzes the orientations of the maximum horizontal stress (SHmax) using borehole breakout data from the Vaca Muerta Formation from 30 wells across the basin. The results indicate a predominant SHmax orientation trending WSW-ENE to E-W, influenced by regional tectonic forces, including the convergence of the Nazca and South American plates and topographic axes orientation. However, deviations in SHmax orientations towards SW-NE and SE-NW suggest additional controls from basement structures, notably Triassic-Jurassic half-grabens. The integration of breakout analysis with geological models highlights the interplay of first-, second-, and third-order stress controls, which are crucial for optimizing hydraulic fracturing strategies in this prolific shale formation. Understanding these stress regimes enhances the efficiency and sustainability of resource extraction in the Vaca Muerta Formation.

La Formación Vaca Muerta, es un importante reservorio de hidrocarburos de la Cuenca Neuquina, Argentina, caracterizado por la acción de fuerzas geológicas y tectónicas complejas que influyen en el campo de esfuerzos horizontales. Este estudio aísla y analiza las orientaciones del esfuerzo horizontal máximo (SHmax) para la Formación Vaca Muerta, utilizando datos de breakouts de pozos de 30 perforaciones a lo largo de la cuenca. Los resultados indican una orientación predominante del SHmax con tendencia OSO-ENE a E-O, influenciada por fuerzas tectónicas regionales, como la orientación de la convergencia de las placas de Nazca y Sudamérica, y la dirección de los ejes topográficos. Sin embargo, se observan desviaciones en las orientaciones del SHmax hacia el SO-NE y SE-NO que sugieren controles adicionales dados por la presencia de estructuras del basamento, como los hemigrabenes del Triásico-Jurásico. La integración del análisis de breakouts con modelos geológicos resalta la interacción de controles sobre la dirección del esfuerzo de primer, segundo y tercer orden, que es crucial estudiar para optimizar las estrategias de fracturamiento hidráulico en esta prolífica formación. Comprender estos regímenes de esfuerzos mejora la eficiencia y sustentabilidad de la extracción de recursos en la Formación Vaca Muerta.