6 FRACTURAMIENTO HIDRAULICO parte 2

FRACTURAMIENTO HIDRÁULICO Haga clic para modificar el estilo de subtítulo del patrón

CARLOS RUBIO RICARDO ANDRÉS PAREDES DIEGO FERNANDO ROA  JUAN MANUEL SANTAMARÍA OSCAR ZAMORA SERGIO VELÀSQUEZ

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FLUIDOS FRACTURANTES

TIPOS DE FL FLUIDOS UIDOS FRACTURANTES

b) Aditivos gelantes, de pérdida de fluido, bactericidas y agentes preventores de incrustaciones:

  y   s   e  :    t  s   n  e    l   a    t  o   c    h   a    f   o   c   r   l   u    A    S    )   c

  e  s    d  o   v   s    i   o    t    i   p    i   d    T  a

DISEÑO DE FRACTURAS Cuando se realiza el diseño de un fracturamiento hidráulico, es necesario tener en cuenta los diferentes factores que determinan el éxito o fracaso de la operación. 

Entre estos factores encontramos la selección de materiales, características reológicas de los fluidos fracturantes, conductividad de los agentes apuntalantes, propiedades y especificaciones de equipos y herramientas, así como las condiciones de las tuberías.

Selección de Materiales: Estos deberán ser compatibles con el sistema roca–fluidos, con el fin de prevenir un posible daño y lograr un efecto duradero de la estimulación. 

Características reológicas de los Fluidos Fracturantes y Conductividad de Agentes Apuntalantes: Importantes a tener en cuenta debido a que estos cambian por efecto de la presión y temperatura.

“EXISTEN

DOS RAZONES PARA REALIZAR UN TRATAMIENTO DE FRACTURA EN UN POZO: INCREMENTAR SU PRODUCCIÓN O SU INYECTIVIDAD”

El diseño de un tratamiento involucra un proceso de optimización por lo cual el costo del trabajo depende del tipo y volumen de fluidos de fractura, tipo y cantidad de agente sustentante, entre otros. Cada

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fracturamiento

requiere



Para la realización de un trabajo de fracturamiento, debe contarse con una cantidad de información previa y con una serie de herramientas como: Registros eléctricos.

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Análisis pre y postfractura de pozos vecinos.

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Estudios de laboratorio sobre propiedades de la formación

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Características del fluido de fractura y del apuntalante.

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Resultados del análisis de la presión transitoria del yacimiento para estimar su permeabilidad y daño.

CONSIDERACIONES DE DISEÑO 

El diseño de un trabajo de fracturamiento es exclusivo para un determinado pozo y no debe ser aplicado a otro, pues el éxito logrado en el primero no significa que se repetirá en el segundo se gundo..

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Se requiere de un conocimiento detallado de la geología del yacimiento, y acimiento, su mecanismo de producción y características de los fluidos de yacimiento. El análisis petrográfico de la roca de yacimiento es importante, por lo que deben considerarse los siguientes parámetros de diseño:

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Litología y mineralogía de la formación.

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Geometría de la fractura.

Litología y mineralogía de la formación.

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Analizar los valores de porosidad y permeabilidad para determinar determinar la conductividad y longitud de fractura. Así  mismo, la resistencia de la roca rige el espesor de fractura, el tipo y procedimiento de colocación del agente sustentante.

Geometría de la fractura.

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Una vez iniciada la fractura, la inyección de un volumen de fluido fracturante es necesario para abrir la amplitud mínima de fractura. A este volumen también se le conoce como “bache inicial”. Tiene como objeto propagar la fractura y al final de la operación debe haber un diferencial de este volumen para que no haya una filtración del fluido fracturante-agente apuntalante.

Existen varios métodos para determinar la geometría de la fractura:   Young: Está relacionado con el ancho de fractura y con la posibilidad de obtención de fracturas altamente conductivas.

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Poisson: Se encuentra ligado al esfuerzo horizontal actuante sobre la roca y al gradiente de fractura.

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Modelo de Howard-Fast, Perkins-Kern y Smith

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Modelo de Gertsma-De Klerk

Fluidos y energía del yacimiento. La viscosidad del crudo, tendencia a formar emulsiones, contenido de asfaltenos y características de formación de parafinas deben considerarse en la selección y modificación del fluido de fractura. Debe tenerse conocimiento sobre la presión de yacimiento, ya que es la responsable de la expulsión del fluido de fractura después de terminado el tratamiento.

Configuración física del pozo.

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Los pozos a los que se les vaya a hacer un trabajo de fracturamiento deben contar con ciertas características en su terminación y sistema de conexiones, que deben

OPTIMIZACIÓN ECONÓMICA DEL DISEÑO DE LA FRACTURA 

Lo importante en el diseño de un tratamiento de fractura es optimizar el gasto de producción y la recuperación de la reserva de un pozo para maximizar su rentabilidad.

Un procedimiento básico para la optimización económica sería de la siguiente manera: 1.

Selección del sistema de fluidos aplicable a la formación.

3. Determinación del volumen a bombear y la programación de inyección de material sustentante. 4. Determinación del máximo gasto de bombeo permitido, basándose en la limitante de presión de los cabezales y tuberías. Deberá ser considerada la degradación de algunos fluidos fracturantes en el diseño. 5. Selección de un modelo apropiado de la propagación de la fractura y conductividad (ejemplo 3D, P3D) o simuladores (Mfrac III Institucional) que permiten relacionar relacionar la productividad antes y después de la fractura. 6. Determinación Determinación de la entrada de datos requeridos requeridos para el modelo geométrico seleccionado. s eleccionado.

7. Determinación Determinación de la penetración penetración y conductividad conductividad de la fractura para una selección del tamaño del tratamiento y concentración del apuntalante por medio de un simulador. 8. Los simuladores simulado res permiten realizar combinaciones combinacio nes y comparar el efecto de variables para tener un diseño óptimo. Generalmente se hace a través del cálculo del valor presente neto (VPN), comparando las ganancias de la producción predicha con los costos del tratamiento. tratamiento. 9. Cálculo del costo total del tratamiento, incluyendo los costos asociados con con los fluidos, apuntalante y caballaje hidráulico.

SELECCIÓN DE LAS VARIABLES DE DISEÑO 

Cuando se diseña un trabajo de fracturamiento hidráulico pueden variar diversos parámetros. Típicamente, el volumen bombeado, el gasto de inyección, el tipo de sustentante y su programación. Deberán ser especificados, por lo que se deben considerar las siguientes variables:

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Base del fluido

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Viscosidad del fluido

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Propiedades de pérdida de filtrado

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Gasto de inyección

 Tipo de sustentante

 

Concentración Concentración del sustentante

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Propiedades físicas de la formación

 Temperatura  Temperatura del fluido en la fractura fractura

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Las limitaciones de la mayoría de los factores presentados están relacionadas con el ancho de fractura.

PROCESO DE FRACTURA Evaluación Pre Frac

Haga clic para modificar el estilo de subtítulo patrón Pre-Frac es definir si El objetivo dedel la evaluación

el reservorio es un buen candidato para ser fracturado; esto implica determinar la factibilidad técnica y económica, diseñar la operación del fracturamiento y establecer las bases de comparación con los resultados. Es importante en este punto tener en cuenta el objetivo principal del fracturamiento, ya sea incrementar producción, mitigar problemas de arenamiento o minimizar deposición de asfaltenos.

Mini Frac El MiniFrac es un fracturamiento previo de diagnóstico y evaluación, con un volumen menor pero representativo del tratamiento principal, es decir, al mismo caudal y con el mismo fluido de fractura, aunque con muy pequeña cantidad de agente apuntalante.

EVALUACI N DURANTE EL FRACTURAMIENTO El diseño del fracturamiento incluye la selección de los fluidos de fractura, el tipo y tamaño del agente apuntalante, el equipo de bombeo requerido y la preparación del programa de bombeo. Durante la operación de fracturamiento, principalmente en el MiniFrac, se obtienen los diferentes parámetros operativos, así como información cuantitativa de las propiedades mecánicas de las rocas y la propagación vertical de la fractura.   También se obtienen indicaciones cualitativas de la calidad de la roca reservorio.

El proceso proceso de fracturamiento fracturamiento hidráulico, hidráulico, tienen un un período relativamente corto de tiempo para completar. El proceso requiere el uso de tecnología avanzada y una variedad de equipos. A partir de los datos de seguimiento de mezcladores y bombas de frack, este proceso está altamente desarrollado y regulado implicando un compendio de actividades.

OPERACIONES Programa de Bombeo 1. Precolchón (si aplica) 2. Colchón (o Preflujo) 3. Dosificación del Agente de Soporte 4. Desplazamiento

A. Precolchón de salmuera o gelatina lineal. Fluido ligeramente gelificado o no gelificado es bombeado a alta presión hacia el fondo de pozo a una rata suficiente para aumentar la presión y que sea superior a la del gradiente de fractura.

B. Colchón de gelatina (Preflujo) Posteriormente se bombea un colchón de gelatina como fluido, el cual produce la fractura y abre la roca lo suficiente para que pueda ingresar el agente de sostén. Luego se realiza el bombeo de tratamiento, que es un fluido

El Fluido gelificado (viscoso) que se bombea antes de agregar el agente de soporte tiene las siguientes funciones: 1. Generar una grieta de ancho suficiente para permitir el ingreso del agente de soporte.

C. Dosificación Soporte.

del

Agente

de

Concentraciones escalonadas y crecientes Distribución final uniforme Rango de concentraciones muy variables 

D. Desplazamiento Al terminar el bombeo de agente de relleno, se vuelve a bombear fluido limpio con la finalidad de desplazar la mezcla fluido/agente de soporte que pueda quedar en la tubería de producción. La presión del agua se reduce y los

MONITOREO Y CONTROL 1. Presiones Presión de fractura: Es el punto en que la formación falla y se rompe. Presión de bombeo: Es la necesaria para extender extender la fractura, manteniendo el gasto constante.

2. Registrar el gasto de el cual está operación, relacionado con el tiempo de bombeo, representando el volumen total de fluido, el cual incide directamente en el tamaño de la fractura creada. c reada. Por otra parte, el gasto relacionado con la presión resulta en la potencia hidráulica necesaria para el

EVALUACIÓN POST-FRAC Los principales objetivos de la evaluación Post-Frac son: Conocer lo que realmente se ha alcanzado con el fracturamiento; cómo es la fractura que se ha generado, dónde está localizada, cuál es el nuevo comportamiento productivo del reservorio y del pozo

TIPOS DE FRACTURAS Haga clic para modificar el estilo de subtítulo del patrón FRACTURAS FRA CTURAS ÁCIDAS El objetivo de este tipo de tratamientos es inyectar ácido dentro de la fractura creada en la formación a una presión lo suficientemente alta para abrir fracturas naturales o para fracturar (romper) la formación. El método es ampliamente utilizado en dolomitas.

Inicialmente, un colchón de fluido es inyectado a un caudal superior, al que la matriz puede aceptar de manera que causa un incremento en la presión lo suficientemente alta para sobrepasar los esfuerzos compresivos de la tierra y los esfuerzos tensionales de la roca. En este punto, la formación falla por ruptura y se forma una

El caudal de inyección tiene que ser lo suficientemente alto y la permeabilidad de la formación lo suficientemente baja para que la pérdida de fluido no sea excesiva de manera que la presión pueda incrementar lo suficiente para fracturar la formación o para abrir fracturas naturales existentes.

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FRACTURAMIENTO CON APUNTALANTE Un tratamiento de fracturamiento consiste esencialmente en el rompimiento de la formación productora mediante un fluido a un gasto mayor que pueda admitir matricialmente la roca. La inyección continua de dicho fluido permite ampliar y extender la fractura, cuando se alcanza una amplitud tal, se le agrega un material sólido al fluido para que se ajuste y evitar al término del tratamiento cierre la fractura dejando un empaque altamente permeable.

APUNTALANTE Del conjunto de materiales utilizados en el fracturamiento hidráulico el agente apuntalante o sustentante es el único que permanecerá en la fractura manteniéndola abierta y estableciendo un canal conductivo para la afluencia de los fluidos de formación hacia el pozo.

Estos materiales son diseñados para soportar los esfuerzos de cierre de la formación, sin embargo, se debe seleccionar de acuerdo a los esfuerzos a los cuales estará sometido y a la dureza de la roca, ya que si se tienen esfuerzos de cierre altos, este se podría triturar o en formaciones suaves este se puede embeber y el grado de ocurrencia de estos factores depende del tamaño y resistencia del apuntalante y la dureza de la formación.

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FRACTURAMIENTO CON ESPUMAS Por sus propiedades la espuma es un fluido ideal para el fracturamiento de formaciones de baja permeabilidad, productoras de gas o sensibles al agua.

DICHAS PROPIEDAD PROPIEDADES ES SON : Baja pérdida de filtrado. Alta capacidad de acarreo del sustante. Baja perdida de presión por fricción. Alta viscosidad en la fractura inducida. El daño a la formación es prácticamente nulo debido a que el liquido filtrado es mínimo y sin residuos. 

El acido espumado exhibe un efecto del retardo del ritmo de reacción, lo que es favorable para lograr fracturas con alta penetración.

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La calidad de la espuma usada es del 70 al 90% ya que en este rango su viscosidad es alta. Debajo del 65% de calidad la espuma es propiamente agua con gas atrapado y arriba del 95% se convierte en niebla .

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FRACTURAMIENTO CON GAS ALTAMENTE ENERGIZADO Esta avanzada tecnología esta basada en el uso del propelente científico desarrollado por la industria aeroespacial. Esta técnica es una estimulación dinámica desarrollada con el objeto de aumentar la permeabilidad de la formación en la cercanías del pozo revirtiendo así el daño existente.

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La combustión del propelente contenido dentro de un cilindro hueco, produce un pulso de presión controlado de 2500 a 25000 psi, originado por la expansión de gas (CO2), el cual esta confinado solamente a la zona de interés por la hidrostática de la columna de fluido dentro del pozo, y por el diseño de la herramienta, que al deflagrar hace que la energía se discipe lateralmente.

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La velocidad de propagación del gas esta controlada de tal manera, que resulta ser menor que la onda expansiva provocada por una explosión y mayor que la causada por una fractura hidráulica, logrando penetraciones efectivas que van de lo 5 a los 53 ft en todas direcciones.

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