Fracturamiento Hidraulico
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Descripción: Operaciones en la perforación de Pozos - Estimulacion de pozos petroleros - fracturamiento hirdaulico...
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INTRODUCCION
El fracturamiento hidráulico es comúnmente utilizado para mejorar el desempeño de pozos de aja permeailidad! "as fracturas creadas por este proceso de estimulaci#n son definidas normalmente en simulaci#n utilizando $rids no estructurales alrededor del plano de fractura% lo &ue incrementa el tiempo computacional deido a la complejidad de la malla! 'in emar$ emar$o% o% las fractu fracturas ras tami( tami(n n pueden pueden ser defini definidas das por su lon$itud% altura% permeailidad ) orientaci#n en el modelo de simulaci#n% ) pueden simularse mediante la modificaci#n del *ndice de producti+idad de los pozos ,I-. ) la transmisi+idad de las celdas ad)acentes% lo$rando el mismo resultado &ue con los $rids complejos! "a roca se somete a la presi#n de un fluido fracturante &ue are la frac fractu tura ra!! 'e mues muestr tra a la frac fractu tura ra ote oteni nida da ) la e+ol e+oluc uci# i#n n de la pres presi# i#n n fracturante en el tiempo! "ue$o se oser+a como la presi#n alcanza un +alor suficiente para romper la roca% el fluido puede ocupar un ma)or +olumen ) la altura de la colu column mna% a% ) por por tant tanto o la pres presi# i#n% n% decr decrec ece! e! Cuan Cuando do la pres presi# i#n n es lo suficientemente aja para no poder romper más la roca% el sistema entra en e&uilirio ) la simulaci#n se detiene! "a simulaci#n de una fractura hidráulica se hace con el prop#sito de determinar la rentailidad de la aplicaci#n de un tratamiento de estimulaci#n ) su comportamiento con el tiempo!
1
FRACTURAMIENTO HIDRÁULICO 1.
DEFINICIÓN
El /racturamiento 0idráulico es un m(todo de estimulaci#n en rocas cons consol olid idad adas as dura duras% s% mu) mu) util utiliz izad ado o en pozo pozoss de petr petr#l #leo eo ) en pozo pozoss profundos! Este proceso consiste en omear un fluido en un pozo a una tasa de in)ecci#n &ue es demasiado alta para &ue la formaci#n la acepte en r($imen de fluj flujo o radi radial al!! 'e utili utiliza za poco poco en pozo pozoss de a$ua a$ua de pe&u pe&ueñ eña a ) mode modera rada da prof profun undi dida dad% d% por por ser ser al$o al$o complicado ) caro! 1demás% en estos casos e2iste el ries$o de producir fracturas +erticales &ue permiten el escape del a$ua in)ectada al e2terior% haciendo haciendo inútil la operaci#n! Como la resistencia al flujo en la formaci#n se incrementa% la presi#n en el pozo aumenta a +alores &ue e2ceden la presi#n de &uiere de la formaci#n produci(ndose produci(ndose as* la fractura! "a fractura de una roca se realiza perpendicular al m*nimo esfuerz esfuerzo o ) por lo tanto en la ma)or*a ma)or*a de pozos% pozos% esta fractura fractura es +ertical! 'i la tasa de omeo se mantiene a una tasa superior a la tasa de p(rd p(rdid ida a de flui fluido do en la frac fractu tura ra%% ento entonc nces es la fract fractur ura a pued puede e cont contin inua uar r propa$ándose ) creciendo!
2. OB OBJE JETI TIVO VOS S ♦
Incr In crem emen ento to de la ta tasa sa de fl fluj ujo o de pe petr tr#l #leo eo ) 3o $a $ass de )acimientos de aja ) alta permeailidad ,/racs and -ac4s.
2
FRACTURAMIENTO HIDRÁULICO 1.
DEFINICIÓN
El /racturamiento 0idráulico es un m(todo de estimulaci#n en rocas cons consol olid idad adas as dura duras% s% mu) mu) util utiliz izad ado o en pozo pozoss de petr petr#l #leo eo ) en pozo pozoss profundos! Este proceso consiste en omear un fluido en un pozo a una tasa de in)ecci#n &ue es demasiado alta para &ue la formaci#n la acepte en r($imen de fluj flujo o radi radial al!! 'e utili utiliza za poco poco en pozo pozoss de a$ua a$ua de pe&u pe&ueñ eña a ) mode modera rada da prof profun undi dida dad% d% por por ser ser al$o al$o complicado ) caro! 1demás% en estos casos e2iste el ries$o de producir fracturas +erticales &ue permiten el escape del a$ua in)ectada al e2terior% haciendo haciendo inútil la operaci#n! Como la resistencia al flujo en la formaci#n se incrementa% la presi#n en el pozo aumenta a +alores &ue e2ceden la presi#n de &uiere de la formaci#n produci(ndose produci(ndose as* la fractura! "a fractura de una roca se realiza perpendicular al m*nimo esfuerz esfuerzo o ) por lo tanto en la ma)or*a ma)or*a de pozos% pozos% esta fractura fractura es +ertical! 'i la tasa de omeo se mantiene a una tasa superior a la tasa de p(rd p(rdid ida a de flui fluido do en la frac fractu tura ra%% ento entonc nces es la fract fractur ura a pued puede e cont contin inua uar r propa$ándose ) creciendo!
2. OB OBJE JETI TIVO VOS S ♦
Incr In crem emen ento to de la ta tasa sa de fl fluj ujo o de pe petr tr#l #leo eo ) 3o $a $ass de )acimientos de aja ) alta permeailidad ,/racs and -ac4s.
2
♦
Incremento de la tasa de petr#leo )3o $as de pozos &ue han sido dañados
♦
Conectar fracturas naturales presentes en la formaci#n
♦
Disminuir el diferencial de de presi#n ,dra5do5 ,dra5do5n. n. alrededor del pozo para minimizar la producci#n de arena
♦
Disminuir el diferencial de de presi#n ,dra5do5 ,dra5do5n. n. alrededor del pozo para minimizar los prolemas con asfáltenos
♦
Incrementar el área de drenaje o la cantidad de formaci#n en contacto con el pozo
♦
Controlar la producci#n de escamas
♦
Conectar la producci#n de inter+alos lenticulares
♦
Disminuir la +elocidad de flujo en la matriz rocosa
♦
Dismin Dis minuir uir el núm número ero de poz pozos os ne neces cesari arios os par para a dre drenan nan un área
♦
Retardad el efecto de conificaci#n de a$ua!
3.
RESE ÑA HI ST ÓR IC A
El primer tratamiento de estimulaci#n por fracturamiento hidráulico fue om omea eado do en 6789 6789 en un pozo pozo de $as $as oper operad ado o por por
-an 1mer 1meric ican an
-etroleum Corporation en el campo 0u$oton% en el Condado de :rant% ;ansas! Desde entonces el fracturamiento hidráulico se ha con+ertido en un tratamiento estándar para estimular la producti+idad de los pozos de $as ) de petr#leo
4. 3
DESCRIPCIÓN DE LAS TÉCNICAS
Consiste en una mezcla de &u*micos especiales para otener un fluido apropiado ) as* poder omear la mezcla del fluido dentro de la zona a altas tasas ) presiones para acuñar ) e2tender la fractura! Inicialmente un fluido llamado /luido $elificado ,+iscoso. &ue se omea antes
de a$re$ar el a$ente de soporte! Entre sus funciones están> :enerar una
♦
$rieta
de ancho
suficiente para
permitir en
♦
in$reso del a$ente de soporte 1s or e r las ma )ores p( rd id as por fi ltr ad o ) reducir as * las
♦
p(rdidas del fluido con a$ente de soporte! Aantener al a$ente de soporte alejado de la punta de la fractura para e+itar arenamiento en punta B!
Dosificaci#n
del
a$ente
de
sost(n%
concentraciones
escalonadas ) crecientes! 8!
/luido
acarreador%
lle+a
el
material
de
soporte
a
concentraciones crecientes! !
Desplazamiento% fluido limpio con la finalidad de desplazar la
mezcla fluido3
a$ente de sost(n &ue pueda &uedar en la tuer*a de
producci#n> 1l terminar el omeo de a$ente de relleno% se +uel+e a omear fluido limpio con la finalidad de desplazar la mezcla fluido3a$ente de soporte &ue pueda &uedar en la tuer*a de producci#n !
Controlar la producci#n de escamas!
9!
Conectar la producci#n de inter+alos lenticulares!
!
Disminuir la +elocidad de flujo en la matriz rocosa!
7!
Disminuir el número de pozos necesarios para drenan un área!
6F!
Retardad el efecto de conificaci#n de a$ua!
!. 5
BENEFICIOS DEL FRACTURAMIENTO
'e otiene al$unos eneficios como son> ♦ ♦ ♦ ♦
Disminuci#n del daño! 1um ento de la cond uc ti+ida d Aa)or área de flujo! Aejoramiento de la producci#n!
".
EVALUACION DURANTE EL FRACTURAMIENTO
El diseño del fracturamiento inclu)e la selecci#n de> los fluidos de fractura% el tipo ) tamaño de la $ente apuntalante% el e&uipo de omeo re&ueridoG ) la preparaci#n del pro$rama de omeo! Durante la operaci#n de fracturamiento% principalmente en el Aini/rac% se otienen los diferentes parámetros operati+os% as* como informaci#n cuantitati+a de las propiedades mecánicas de las rocas ) la propa$aci#n +ertical de la fractura! Tami(n se otienen indicaciones cualitati+as de la calidad de la roca reser+orio! "os nue+os sistemas &ue permiten el monitoreo ) análisis de la informaci#n en tiempo real% son de $ran a)uda para modificar% rediseñar o reconsiderar el fracturamiento! Durante las operaciones de fracturamiento% la atenci#n está centrada% casi completamente% en el se$uimiento de los parámetros operati+os% por lo &ue los análisis ) e+aluaciones se efectúan una +ez concluida la operaci#n! "a aplicaci#n de los sistemas de monitoreo ) análisis% &ue permiten la simulaci#n ) el rediseño del fracturamiento en tiempo real% está a)udando en la toma de decisiones! a.
PRE – FRAC
El ojeti+o de la e+aluaci#n -re? /races definir si el reser+orio es un uen candidato para ser fracturadoG esto implica determinar la factiilidad t(cnica ) econ#mica% diseñar la operaci#n del fracturamiento ) estalecer las ases de comparaci#n con los resultados! Es importante en este punto tener en cuenta el ojeti+o principal del fracturamiento% )a sea incrementar
6
producci#n% miti$ar prolemas de arenamiento o minimizar deposici#n de asfáltenos! b.
MINIFRAC
El Aini/rac es un fracturamiento pre+io de dia$n#stico ) e+aluaci#n% con un +olumen menor pero representati+o del tratamiento principal% es decir% al mismo caudal ) con el mismo fluido de fractura% aun&ue con mu) pe&ueña cantidad de a$ente apuntalante! El ojeti+o principal del Aini/rac es conocer las condiciones espec*ficas de fracturamiento de cada reser+orio en particular% determinando los parámetros operati+os como> presi#n de fractura% eficiencia del fluido fracturante% tortuosidad ) restricciones de la completaci#n% presi#n de cierre ) tiempo de cierre de la fractura! Estimar la altura de la fractura mediante el perfil de temperatura! Toda esta informaci#n permite rediseñar el fracturamiento principal ) reducir su incertidumre operati+a
El análisis de las presiones de omeo ) disipaci#n del Aini/rac permite hacer un estimado cualitati+o de la calidad del reser+orio &ue ha sido fracturado% )a &ue la eficiencia del fluido fracturante ) el tiempo de cierre de la fractura dependen de la permeailidad! 'e ha oser+ado &ue tiempos de cierre de @ a minutos están relacionados con permeailidades altas% mientras &ue tiempos superiores a BF minutos corresponden a permeailidades de fracciones de milidarc)! "a determinaci#n de la altura de la fractura se efectúa mediante el perfil de temperatura% el cual se corre con el pozo cerrado entre ) @F horas despu(s del Aini/rac
#.
DETERMINACIÓN $ TIPO DE DAÑO A LA
FORMACIÓN
7
El daño a la formaci#n es un fen#meno &ue causa una distorsi#n en el flujo lineal en direcci#n al pozo deido a restricciones en el tamaño de los poros de la roca% ocasionando una ca*da de presi#n e2tra en las inmediaciones del pozo! 7!6!
COA-ONENTE' DE" D1HO
"os tratamientos de estimulaci#n en la ma)or*a de los casos reducen el factor de daño% sin emar$o% el efecto total de daño in+olucra +arios factores% donde al$unos de ellos no pueden ser alterados% el daño total se representa por la si$uiente ecuaci#n> 't 'c J 1 J 'p J 'd J K% pseudodaño 'c J F es el daño por la terminaci#n parcial ) án$ulo de des+iaci#n% 'p es el daño por efectos del disparo ) 'd es el daño por in+asi#n de los fluidos!
7!@!
E/ECTO' DE" D1HO
Con la finalidad de e+aluar en forma te#rica ) cuantitati+a los efectos de los daños susceptiles de remo+erse a tra+(s del tratamiento de estimulaci#n% para conocer tal efecto% se dee considerar un )acimiento &ue no presenta nin$ún tipo de daño ,'F. para estimar el potencial natural del pozo! 'in emar$o% cuando se tiene un a$ujero re+estido ) disparado% el flujo dee con+er$er hacia las perforaciones de los disparos! "os efectos producidos por los disparos ori$inan un compactamiento de la formaci#n sufriendo alteraciones en sus caracter*sticas f*sicas% las cuales propician el inicio de los prolemas asociados con la restricci#n al flujo a tra+(s de las perforaciones% ) estas se +en incrementadas por los detritos de las pistolas% la tuer*a% el cemento ) la propia formaci#n!
8
Una +ez eliminada la restricciones causadas por los disparos% es con+eniente estimar cual ser*a el efecto de la producti+idad del pozo por la presencia del +erdadero daño a la formaci#n! -ara tal caso% es necesario determinar el comportamiento del flujo% otenido de la presi#n de pozo flu)ente ) el $asto de producci#n a esa presi#n! Esto se determina para las diferentes condiciones de permeailidad% tanto para la zona +ir$en ) la zona alterada o dañada!
7!B!
ORI:EN DE" D1HO
El daño a la formaci#n puede ser causado por procesos simples o complejos% presentándose en cual&uiera de las etapas de la +ida de un pozo! El proceso de la perforaci#n del pozo es el primer ) tal +ez el más importante ori$en del daño% el cual se a$ra+a con las operaciones de cementaci#n de tuer*as de re+estimiento% las operaciones de terminaci#n ) reparaci#n de pozos e incluso por las operaciones de estimulaci#n! "a fuente de daño la propicia el contacto e in+asi#n de materiales e2traños en la formaci#n! 1demás% durante el proceso natural de producci#n deido a las alteraciones de las caracter*sticas ori$inales de los fluidos o las de los minerales &ue constitu)en la roca! "os mecanismos &ue $oiernan el daño a una formaci#n pueden ser> ♦
Reducci#n de la permeailidad asoluta de la
formaci#n% ori$inada por un taponamiento del espacio poroso o fisuras naturales! Reducci#n de la permeailidad relati+a a los ♦ fluidos de la formaci#n% resultado de la alteraci#n en las saturaciones de los fluidos o del camio de la mojailidad! 9
♦
1umento de la +i scosidad de los fl ui dos del
)acimiento
dei do
a
la
formaci#n
de
emulsiones
o
alteraciones en sus propiedades!
7!8! "a
TI-O' DE D1HO
eficiencia
de
un
tratamiento
de
estimulaci#n
depende
principalmente de la caracterizaci#n ) remoci#n del daño &ue restrin$e la producci#n! Larios tipos de daño pueden e2istir durante las diferentes operaciones &ue se realicen en un pozo petrolero!
%.
D%&' (') *+,%-*+ /0 */'-
Este tipo de daño se ori$ina por el contacto de fluidos e2traños con la formaci#n ) el radio de in+asi#n depende del +olumen perdido% de la porosidad ) permeailidad de la formaci#n ) de su interacci#n con los fluidos contenidos en ella o con los componentes mineral#$icos de la roca! "a fuente principal de este tipo de daño es la perforaci#n misma% )a &ue el lodo forma un enjarre deido a la filtraci#n de fluidos a la formaci#n ) su penetraci#n depende del tipo de lodo% tiempo de e2posici#n ) la presi#n diferencial! Esta in+asi#n de fluidos $enera al$una di+ersidad del daño como>
D%&' (') %)*%- "a ma)or*a de las formaciones productoras contienen en ma)or o menor cantidad arcillas% siendo estos minerales potencialmente factores de daño por su alta sensiilidad a fluidos acuosos% lo &ue pro+oca su hinchamiento )3o mi$raci#n! "as arcillas presentes en la formaci#n pro+ienen por dos tipos de proceso% el primero se presenta de manera mecánica% la cual ocurren en el dep#sito simultaneo con los otros minerales &ue conforman la roca% ) el se$undo de manera &u*mica% en &ue estos minerales se forman en el espacio poroso como el resultado de precipitados o reacciones de otros minerales con el a$ua de formaci#n!
10
B'60' /0 %7% la in+asi#n de fluidos acuosos propicia &ue en la +ecindad del pozo se promue+a una alta saturaci#n de la misma% disminu)endo la permeailidad relati+a a los hidrocaruros! "o &ue pro+oca una área mojada por a$ua e incrementando la adsorci#n de esta a las paredes de los poros!
B'60 /0 %0*80 cual&uier fluido ase aceite &ue in+ada )acimientos de $as% especialmente en zonas de aja permeailidad% causaran reducciones en la permeailidad relati+a del $as!
B'60' (') 09-*'+0- > esto sucede cuando los fluidos de in+asi#n se intermezclan con los contenidos en la formaci#n! "os filtrados con alto p0 o ácidos pueden emulsificarse con aceites de formaci#n% estas emulsiones suelen tener alta +iscosidad!
C%9:*' /0 9';%:**/%/ un medio poroso se encuentra mojado por a$ua facilita el flujo de aceite% ) los fluidos de in+asi#n a la formaci#n tiene la tendencia de mojar la roca por aceite deido al uso de surfactantes cati#nicos o no i#nicos% lo cual repercute en una disminuci#n de la permeailidad relati+a al aceite!
:.
D%&' (') *+,%-*+ /0 -*/'-
Uno de los más comunes tipo de daño se dee al oturamiento del sistema poroso causado por los componentes s#lidos de los fluidos de perforaci#n% cementaci#n% terminaci#n% reparaci#n ) estimulaci#n! Estos s#lidos son forzados a tra+(s del espacio poroso de la roca% pro+ocando un oturamiento parcial o total al flujo de fluidos causando un daño se+ero en la permeailidad de la roca! Este daño en lo $eneral está limitado a unos cuantos cent*metros de la pared del pozo ) su penetraci#n depende principalmente del tamaño de las part*culas ) los poros!
11
Dependiendo del tamaño% comportamiento ) tipo de s#lidos% estos pueden remo+erse en contra flujo% sin emar$o muchas +eces no se alcanzan presiones diferenciales suficientes ) el daño puede ser más se+ero! 1dicionalmente las p(rdidas de +olúmenes considerales de fluidos de control% a tra+(s de fisura% ca+ernas o fracturas inducidas propician in+asi#n considerale de s#lidos a la formaci#n siempre son dif*ciles de remo+er!
.
D% &' %-' *% /' '+ % ()' /* +
"a producci#n de los pozos propicia camios de presi#n ) temperatura en o cerca de la +ecindad del pozo% pro+ocando un dese&uilirio de los fluidos de a$ua% aceite )3o $as% con la consecuente precipitaci#n ) deposito de s#lidos or$ánicos )3o inor$ánicos% $enerando oturamientos de los canales porosos ) por lo tanto% daño a la formaci#n! Otra fuente común de daño asociado con el flujo de los fluidos de la formaci#n es la mi$raci#n de los finos% presentándose $eneralmente en formaciones
poco consolidadas o mal cementadas% pro+ocando
oturamientos de los canales porosos! Otro tipo de daño es el lo&ueo de a$ua o $as por su canalizaci#n o conificaci#n% pro+ocando una reducci#n en la producci#n del aceite e incluso dejando de aportar el pozo!
7!!
EL1"U1CIMN DE" D1HO
Todo pozo a su inicio de su e2ploraci#n o durante la misma% se encuentra dañado en menor o ma)or $rado ) se hace imprescindile la 12
remoci#n del mismo para restituir las condiciones naturales de producci#n! Esta remoci#n puede resultar dif*cil ) costosa% por lo &ue el enfo&ue ásico dee ser su pre+enci#n o por lo menos su minimizaci#n! -ara lo$rar la remoci#n del daño es necesario a+aluarlo ) esto se puede realizar tomando en consideraci#n los si$uientes puntos>
R0,*-*+ /0 '(0)%*'+0- ()0,*%- % % %8% /0 (' esto desde la terminaci#n hasta las condiciones actuales% inclu)endo el análisis de las prueas de formaci#n ) producci#n! "o anterior se dee comparar con el comportamiento de los pozos +ecinos!
P)0:%- /0 %:')%8')*' "os estudios de laoratorio permitirán definir la mineralo$*a ) la distriuci#n de los minerales de la roca ) reproducir las condiciones de daño! -ara la determinaci#n del daño proale de la formaci#n ) del tipo de tratamiento para la remoci#n del mismo!
C%+8**%*+ /0 /%&' 'e hace con la finalidad de definir las condiciones del daño en la formaci#n ) perforaciones! -ara tal efecto dee tomarse en consideraci#n de datos de producci#n as* como de cur+as de +ariaci#n de presi#n ) del análisis nodal% herramientas con lo cual se podrá cuantificar el daño ) estimar el efecto de su remoci#n!
1>.
DISEÑO
DEL
FRACTURAMIENTO 'elecci#n de las Lariales de Diseño> 13
TRATAMIENTO
DE
'e dee e+aluar lo si$uiente> ♦
/luido de fracturamiento apropiado!
♦
1dec uada "on$itud 'opor tada!
♦
Espesor de la /ractura creada!
♦
Ran$o de la Tasa de in )ecci#n!
♦
Tipo% Tamaño )
Concentraci#n
del 1$ente de 'oporte! ♦
Introducir% cotejar ) ajustar todos los parámetros
&ue definen el diseño del tratamiento en un 'imulador
11.
FLUIDOS $ SOPORTANTES
Una ejecuci#n de fractura consiste de la in)ecci#n en diferentes etapas de distintos tipos de fluido% donde cada uno tiende a realizar su correspondiente comportamiento dentro de su rol espec*fico! a.
Fluido de Relleno (Pad)
Es el fluido fracturante &ue no tiene material sustentante en suspensi#n! 'u ojeti+o es iniciar ) propa$ar la fractura!
Durante la
propa$aci#n de la fractura% el fluido entra en la formaci#n productora% ) se tiene el fen#meno conocido como filtrado o
- Tamaño de los granos "os $ranos deen tener un diámetro uniforme deido a &ue un $rano mu) +ariado formara un empa&ue poco permeale!
- Redondez y esfer!dad Estas caracter*sticas son mu) importantes% )a &ue se ha comproado &ue mientras más redondo ) esf(ricos sean los $ranos% resistirán ma)ores esfuerzos!
- Ress"en!a del agen"e de so#or"e! "a fuerza &ue se ejerce sore el a$ente de soporte o sost(n una +ez &ue la fractura se asienta es denominada presi#n de cierre ,closure stress.! Entre los a$entes de soporte más usado tenemos> ? 15
"a arena
? ?
"as olas de +idrio au2ita sintetizado
c.
Fluido de i"pie#a
El /luido de "impieza ,flush.
tiene por ojeti+o desplazar la
suspensi#n desde el pozo hasta la punta de la fractura! Deerá cuidarse de &ue no e2ista un sore desplazamiento )a &ue podr*a presentarse un estran$ulamiento de la fractura% &ue ocasionará una disipaci#n de la presi#n de fracturamiento ) el consi$uiente cierre de la fractura!
$$.$. Progra"a del Material Soportante "a adici#n de material soportante tiene un punto de inicio ) sus concentraciones se las realiza a$re$ando soportante% &ue depende del tiempo ) de la eficiencia del fluido! $$.%. Anc!o de Fractura Creada. "a lon$itud% altura ) ancho de la fractura creada descrie la $eometr*a de fractura &ue controla la producci#n post tratamiento de un pozo! "a conducti+idad de fractura es simplemente el producto del ancho de la fractura por la permeailidad empa&uetada a$ente
soporte ) la
conducti+idad adimensional de la fractura
12.
DISEÑO DE TRATAMIENTOS DE FRACTURA
HIDRÁULICA -ara el diseño de una fractura hidráulica as* como tami(n de un tratamiento de simulaci#n de pozo se re&uieren seleccionar lo si$uiente>
16
♦
/luido fracturante ) aditi+os apropiados!
♦
El material soportante adecuado!
"a cantidad de estos fluidos ) materialesG as* como el modo en &ue se realiza la in)ecci#n de los mismos se refleja en la tasa de in)ecci#n ) en la presi#n de in)ecci#n% parámetros &ue están relacionados estrechamente entre s* para determinar el dimensionamiento de la fractura en la formaci#n $eol#$ica productora de crudo! Un criterio apropiado para la optimizaci#n del diseño es la producci#n con su correspondiente impacto econ#micoG de all* &ue se ten$a &ue ma2imizar los eneficios% de tal manera &ue se pruee una adecuada sore la in+ersi#n realizada en el tratamiento de fracturamiento hidráulico! Otros criterios &ue se deen considerar en la selecci#n del fluido fracturante son los si$uientes> ♦
Transportar
en
forma
#ptima
el
material
soportante% tanto en el sistema de tuer*as como dentro de la fractura! ♦
E+itar cual&uier empa&uetamiento del material
soportante &ue cause daño en la fractura! -ara ello% se deerá prestar atenci#n a la adecuada +iscosidad aparente del fluido! -or eso es &ue la ma)or *a de los fl uidos fracturante son de tipo No?Ne5toniano! -or otro lado% la selecci#n del material soportante se enfocará en ma2imizar el producto de la permeailidad del empa&uetamiento por el ancho de la fractura! Referentes a la tasa de in)ecci#n% se puede indicar &ue> ♦
1l ta s tas as de in)ecci#n de flui do fr ac tu ran te dan
como resultado altas
presiones netas ) por lo tanto la
posiilidad de fracturar formaciones ad)acentes o al menos% tener un ineficiente desarrollo de fractura!
17
♦
'i la altura es toleraleG entonces% una ma)or tasa
de in)ecci#n resultará en un menor tiempo de tratamiento% conclu)endo una eficiente propa$aci#n de fractura! -or lo &ue el f en #men o de f il tra do es pr opor ci onal a la r a*z cuadrada del tiempo de ejecuci#n de la fractura! "as consideraciones anteriores están afectadas por +arias +ariales &ue interrelacionadas entre ellas% permite otener un diseño #ptimo!
13.
PROPIEDADES DEL FLUIDO FRACTURANTE $
DE LOS ADITIVOS "as principales propiedades &ue deen caracterizar a un fluido fracturante son las si$uientes> 6! Compatiilidad con el material de la formaci#n! @! Compatiilidad con los fluidos de la formaci#n! B! Capacidad de suspender ) transportar el material soportante! 8! Capaz de desarrollar el ancho de la fractura necesaria para poder aceptar el material soportante! ! Eficiente% es decir tener ajas p(rdidas de fluido en la formaci#n! ! -oder remo+erlo fácilmente de la formaci#n 9! "o$rar &ue las p(rdidas de presi#n por fricci#n sean las más ajas posiles! ! -reparaci#n del fluido en el campo% fácil ) sencilla! 7! 'er estale para &ue pueda retener su +iscosidad durante el tratamiento! 6F! Costos ajos! Casi todas las propiedades deseales e indeseales del fluido fracturante% están relacionadas con su +iscosidad% lo cual es funci#n de la car$a de pol*meros primordialmente!
18
Uno de los pol*meros más utilizados en ases acuosas es el 0-: ,0idro2ipropil :uar. &ue pro+ee una +iscosidad adecuada para el fluido fracturante ) por ende al rol &ue este desempeña el tratamiento del fracturamiento hidráulico! "as concentraciones de pol*mero frecuentemente está dada en liras de pol*mero por cada 6FFF $alones de fluido ,l36FFF $al. ) su ran$o oscila entre @F a F l36FFF $al ) la más común es de 8F l! 36FFF $al! "a +iscosidad del fluido fracturante se de$rada con el incremento de la temperatura! "a ma)or de$radaci#n será e2perimentada por la primera parte del fluido de fractura in)ectado% deido a &ue e2perimentará la ma)or temperatura ) el menor ancho de fractura ,es decir% el ma)or corte.! Un fluido fracturante ideal es a&uel &ue tiene mu) aja +iscosidad en el momento &ue es in)ectado en el pozo% situaci#n &ue pro+oca una aja ca*da de presi#n por fricci#n en el sistema de tuer*asG ) tiene la +iscosidad re&uerida en el fondo del pozo% para transportar adecuadamente el material soportante dentro de la fractura!
14.
?U@A
PARA
LA
SELECCIÓN
DEL
FLUIDO
FRACTURANTE El fluido fracturante transmite la presi#n hidráulica de las omas a la formaci#n% crea la fractura ) acarrea el material soportante dentro de ella! "os fluidos &ue in+aden la formaci#n son posteriormente remo+idos o limpiados con la producci#n de hidrocaruros! "os factores &ue se deen considerar para la selecci#n del fluido fracturante inclu)en la disponiilidad% se$uridad% facilidad para mezclar ) usar caracter*sticas de +iscosidad% compatiilidad con la formaci#n% disponiilidad de limpieza ) el costo! "os fluidos fracturantes son clasificados en la si$uiente cate$or*a>
- $ase Ag%a& 19
'on los más utilizados en el tratamiento de pozos con fracturamiento hidráulico con más frecuenciaG cerca del 7F de los tratamientos de estimulaci#n se ejecutan ho) en d*a con fluidos ase acuosa! Tienen +entajas de ser fáciles de preparar en el campo ) poseen e2celentes propiedades de transporte de a$entes de sost(n ) control de filtrado!
- $ase A!e"e& 'e dee a &ue determinados tipos de $eles re&uieren este tipo de ase para preparar el fluido fracturante! 'e puede utilizar crudo o sus deri+ados ) condensados! "os fluidos ase aceites se utilizan en formaciones e2tremadamente sensiles al a$ua para reducir la hidrataci#n de la arcilla o la mi$raci#n de part*culas de la formaci#n!
- $ase Al!o'ol& En fracturamiento hidráulico% el alcohol reduce la tensi#n superficial del a$ua ) tiene un amplio uso como estailizador de temperatura!
? Em%lsones& En presencia de $eles reducen las p(rdidas por fricci#n!
- $ase es#%ma& Es una nue+a tecnolo$*a donde las urujas de $as pro+een alta +iscosidad ) una e2celente capacidad de transporte del material soportante!
15.
ADITIVOS QUI MICOS UTILIADOS CON LOS
FLUIDOS DE FRACTURAS &actericidas o &ió'idos Controla la contaminaci#n por acteria! "a ma)or*a de a$uas con las &ue se prepara los $eles fracturantes contienen 20
acterias &ue tienen su ori$en en la fuente o en el tan&ue de almacenamiento! "as acterias producen encimas &ue pueden destruir la +iscosidad mu) rápidamente! En amientes fa+orales las acterias lieran enzimas! "as enzimas de$radan el $el de azúcar% las acterias asoren el azúcar a tra+(s de las paredes de sus c(lulas! "as enzimas lieradas son mu) similares al rompedor de temperaturas ajas! "os actericidas más usados son> adocida soda c*ustica e !ipoclorito de sodio. &u++ers "os uffer preferidos son los &ue contienen ácidos or$ánicos ) el ojeto es pro+ocar hidrataci#n de los fluidos! Estabili#adores El o2*$eno lire ataca a los pol*meros ) como deer*a esperarse% esta reacci#n de de$radaci#n aumenta con el incremento de temperatura! 1diti+os tales como metanol es utilizado
para atrapar el
o2*$eno ) remo+erlo de la ruta de reacci#n! Aditi,os para el control de p-rdidas de +luido> "os fluidos &ue se utilizan tienen como rol el control de las p(rdidas de el la+ado ácido% &ue tiene como prop#sito remo+er los dep#sitos de las paredes del pozo o para arir los inter+alos perforados oturados% $eneralmente tapados con escalas! Otro tipo de acidificaci#n% es la estimulaci#n matricial% &ue no es más &ue la in)ecci#n de un ácido a la formaci#n a una presi#n menor a la presi#n de fractura en forma radial! /inalmente% la fractura ácida% &ue consiste en in)ectar ácido a una presi#n lo suficientemente alta para producir una fractura hidráulica dentro de la formaci#n! Con este tipo de acidificaci#n% se otienen canales de flujo de alta conducti+idad &ue con un uen a$ente de sost(n puede permanecer por un lar$o per*odo de tiempo despu(s de haer aplicado el tratamiento!
3.
TIPOS DE ÁCIDO
a?
/undam ent ale s
1cido clorh*drico% 0Cl! 1cido fluorh*drico% 0/ 1cido ac(tico C0B?COO0 27
1cido f#rmico 0CO0
?
Cominaciones ) formulaci ones especiales
Aud?1cid> Aezcla de 0Cl ) 0/ Aud 1cid secuencial> Etapas alternas de 0Cl ) N08/ ,Cla)?'ol. Qcidos alcoh#licos Aud acid retardado con cloruro de aluminio Qcidos dispersos 1cido fluo#rico ,Cla) 1cid.
4.
APLICACIONES
"a acidificaci#n sir+e muchas +eces como colch#n de fracturamiento hidráulico% para disol+er finos ) part*culas formadas en el proceso de cañoneo% rompe las emulsiones en las formaciones &ue son sensiles a p0 ajos o &ue están estailizadas por part*culas &ue el ácido pueda disol+er! Es usado tami(n para romper fluidos del tipo $el +iscoso sensiles al ácido en los tratamientos de fracturas hidráulicas% &ue no se ha)an roto despu(s de finalizar un tratamiento! En las operaciones de cementaci#n se utiliza antes del proceso como preflush!
5.
PROCEDIMIENTO
PARA
EL
DISEÑO
DE
AC ID IFICAC ION "os pasos ásicos para el diseño de una acidificaci#n son ásicamente los si$uientes>
28
a. 'eleccionar los candidatos de pozos más adecuados% e+aluando la se+eridad del daño% su localizaci#n% radio de penetraci#n del daño ) si un ácido puede remo+er el mencionado daño! . Diseñar el tratamiento más adecuado de acuerdo a> el ti po de ácido &ue puede remo+er el daño de la formaci#n ) su compatiilidad con la formaci#n ) los fluidos contenidos en ella% caudal má2imo de operaci#n! c. Control de calidad! d. Aonitoreo del tratamiento! e. E+aluaci#n de resultados! Entre los daños remo+iles por el ácido tenemos> s#lidos ) filtrado de lodo durante la perforaci#n% in+asi#n de filtrado durante el proceso de cementaci#n ,a causa del efecto del p0.% compactaci#n de la zona cañoneada ) formaci#n de deris% taponamiento de dep#sitos or$ánicos% caronato de calcio% mi$raci#n de fluidos ) #2idos de hierro durante la producci#nG in+asi#n de s#lidos% hinchamiento de arcillas durante traajos de reacondicionamientoG desprendimiento de arcillas ) finos% precipitaci#n de s#lidos formados por las reacciones &u*micas entre los fluidos tratamiento?formaci#n ) camio de mojailidad durante un traajo de estimulaci#n!
.
EN LA ACIDIFICACION
:eneralmente el procedimiento operacional en un traajo de acidificaci#n es el si$uiente> a. -ic4lin$> consiste en in)ectar a$entes de control de hierro tanto en la tuer*a de producci#n% casin$ ) coiled tuin$% para e+itar posile contaminaci#n del tratamiento principal! . Desplazamiento del crudo ,sol+ente. 6F?9 $al3pie c. Desplazamiento del a$ua de formaci#n 6@?@ $al3pie d. Reflujo de ácido ac(tico para limpieza @?6FF $al3pie e. Reflujo de 0Cl con el ojeti+o de e+itar reacciones secundarias @? @FF $al3pie
29
f. Tratamiento principal ,0Cl?0/% ácido or$ánico% 0/ de acuerdo al tipo de formaci#n. @?@FF $al3pie $. O+erflush ,&ue dee ser el mismo ácido para mantener el e&uilirio del sistema! h. Desplazamiento! El tratamiento principal +a a depender de la soluilidad &ue ten$a este con los minerales presentes! :eneralmente las concentraciones a usar ,esto no se dee usar como una receta de cocina. son las si$uientes> /ormaciones con permeailidades 6FF mD Cuarzo F% 1rcillas S 6@ 0Cl ? B 0/ 1rcilla S % /eldespato S 6F 9! 0Cl ? 6! 0/ /eldespato 6 6B! 0Cl ? 6! 0/ 1rcillas 6F ! 0Cl ? 6 0/ /eldespato 6% 1rcillas 6F 7 0Cl ? 6 0/ -resencia de hierro% Clorita 6F C0BCOO0 ? F! 0/ /ormaciones con permeailidades @F ? 6FF mD 1rcilla 0Cl ? 6! 0/ 1rcilla S 9 7 0Cl ? 6 0/ /eldespato 6F 6@ 0Cl ? 6! 0/ /eldespato 6F% 1rcilla 6F 7 0Cl ? 6 0/ -resencia de hierro% Clorita 6F C0BCOO0 ? F! 0/ -ermeailidades S al @F mD 'ol! 0Cl S 6F% 1rcillas S 0Cl ? 6! 0/ 1rcillas B 0Cl ? F! 0/ Clorita 6F C0BCOO0 ? F! 0/ /eldespato 6F 7 0Cl ? 6 0/ El tratamiento principal +a a depender de la soluilidad &ue ten$a este con los minerales presentes!
30
!6!
1CIDI/IC1CIMN EN C1RON1TO'
"a acidificaci#n consiste en atacar el )acimiento% cuando está formado por caronatos% mediante un ácido $eneralmente Pácido clorh*dricoP! El Qcido Clorh*drico es el ácido más utilizado en la estimulaci#n de pozos% ) el más fuerte% al 6 se le conoce como ácido re$ular% si comparamos la misma concentraci#n% es el más corrosi+o de los ácidos% reacciona con la caliza ) la dolomita Este ácido disuel+e la caliza con rapidez% ) al$o más lentamente% la dolom*a% formándose Cl@Ca ) Cl@A$ solules respecti+amente ) desprendi(ndose $randes cantidades de $as car#nico! No es con+eniente emplear Pácido sulfúricoP% )a &ue con el Ca forma 'O8Ca% de soluilidad limitada% por lo &ue se deposita en el )acimiento! "a acidificaci#n se aplica a rocas permeales por fisuraci#n )a &ue poco se consi$ue en las rocas porosas% si no es ensanchar un poco el sondeo o efectuar una limpieza local% &ue únicamente tiene inter(s cuando durante la perforaci#n el lodo o el detritus ha taponado el )acimiento o cuando se han producido incrustaciones en el )acimiento! En los )acimientos fracturados% en especial cuando el pozo corta unas pocas fisuras de anchura pe&ueña% las p(rdidas de car$a de circulaci#n son ele+adas% en especial cerca del pozo! "a acidificaci#n a)uda mucho a la limpieza ) ensanchamiento de las fisuras a condici#n de &ue el ácido penetre una distancia considerale! -or ello se re&uiere &ue se introduzca $ran cantidad de ácido de forma rápida% a fin de &ue penetre suficientemente antes de a$otar su capacidad de disoluci#n% a)udándolo con la introducci#n de un +olumen ma)or de a$ua! El desarrollo &ue )a produce el ácido al lle$ar al )acimiento% facilita la introducci#n de las si$uientes cantidades de ácido ) del a$ua% a +eces de forma mu) espectacular% puesto &ue si el pozo no se ha limpiado pre+iamente con cuidado% se produce una rápida descolmataci#n!
31
F%8')0- 60 %08%+ % )0%*+ /0 =*/' '+ '- %):'+%8'-. E2isten al$unos factores &ue influ)en en el efecto de reacci#n del ácido con las formaciones% entre los más importantes>
a( Relaci#n Lolumen? Qrea de contacto a ma)or superficie de roca e2puesta por unidad de +olumen de ácido% (ste se $astará más rápido!
)( -resi#nG 1rria de 9F psi la presi#n tiene un menor efecto en la reacci#n del ácido con rocas calcáreas &ue la ma)or*a de los otros!
E08' /0 % P)0-*+ -':)0 0 8*09(' /0 )0%*+ /0 HC C%CO3. a( Temperatura 1 medida &ue la temperatura se incrementa% el ácido reaccionará más rápido con el material calcáreo!
)( Concentraci#n del ácido ) productos de reacci#n Aientras más fuerte sea un ácido más tiempo le tomará terminar la reacci#n! Con s#lo a$re$ar cloruro de calcio o i#2ido de Carono a cual&uier ácido fuerte retardará li$eramente su reacci#n! Un ácido or$ánico le toma más tiempo $astarse &ue el 0C" por&ue solo está parcialmente ionizado!
!( Composici#n de la Roca "a composici#n &u*mica de la roca influirá en la reacci#n del ácido% las dolomitas $eneralmente reaccionan más lentamente con el 0C" &ue con las calizas!
d( Liscosidad 1 medida &ue la +iscosidad se incrementa disminu)e el tiempo de reacci#n del ácido!
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!@!
E'TIAU"1CIMN A1TRICI1" EN 1REN1'!
-ara las formaciones de 1reniscas el tipo de Qcido &ue puede usarse es> Qcido /luorh*drico ,0/.% mezclado con 0Cl o con ácidos or$ánicos! 'e puede mezclar (ste ácido con 0Cl o con ácidos or$ánicos para disol+er minerales arcillosos% feldespatos ) arenas% deido a &ue los minerales arcillosos ) los feldespatos tienen ma)or área de contacto% la ma)or*a del 0/ se $astará más rápido en estos materiales &ue en el cuarzo o en las arenas! Es el único ácido &ue reaccionará con arena ) otros minerales silicios como la arcilla! "a principal raz#n para acidificar una formaci#n de areniscas es remo+er el daño causado por la in+asi#n de part*culas s#lidas ) al hinchamiento% dispersi#n% mi$raci#n o floculaci#n de finos! Estos tratamientos están limitados para daños someros de 6 a B pies de la +ecindad del pozo% el 0/ puede ser retardado para mejorar la distancia de penetraci#n del ácido! Un daño por arcillas puede ser una mezcla tanto de hinchamiento como mi$raci#n de finos% cuando eso ocurre se dee acidificar la formaci#n con un sistema &ue disuel+a arcillas finos con contenido de s*lice En la mezcla de Qcido /luorh*drico ,0/. ? Qcido Or$ánico ,1c(tico o /#rmico.% se puede utilizar para retardar la reacci#n con la arena ) las arcillas% ) disminuir el ata&ue corrosi+o% de esta manera se puede penetrar más profundamente la formaci#n ) remo+er más daño! 1 menores temperaturas son más se+eros los productos secundarios de los productos de la reacci#n de esta mezcla de ácidos% por lo &ue se dee usar en pozos de @FF / de temperatura # ma)or! "a mezcla se dee preparar con a$ua dulce% nunca dee usarse salmuera o a$ua corriente para tratamiento con 0/ )a &ue estas a$uas contienen sodio o potasio! En la estimulaci#n de areniscas e2isten tres etapas ásicas de omeo>
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a ) El precolc!ón siempre se omea por delante del 0/% proporciona un arrido entre la mezcla del ácido +i+o ) $astado ) los fluidos de la formaci#n% este arrido reduce la posiilidad de formar fluosilicatos ) fluoaluminatos de potasio! En el caso de usar 0C" como precolch#n este remo+erá el CaCOB ) e+itará su reacci#n con el 0/! "os más comunes son> ♦ ♦ ♦ ♦ ♦
Qc ido Clorh*drico ,0C". Cloruro de 1monio ,N08Cl. Diesel ;erosina 1c ei te
Estos se seleccionan en funci#n de la Temperatura ) de la composici#n mineral#$ica de la roca! b) E +luido de trata"iento re"o,er* el da7o por arcillas% para completar esto% el sistema ácido deerá contener iones de fluoruro! "os surfactantes en un fluido de tratamiento para un )acimiento de areniscas deen ser de tipo no i#nico ? ani#nico )3o ani#nico! "a hailidad del 0/ para remo+er el daño en arcillas se $enera en una distancia de @ pies en la +ecindad del pozo% ma)or se +uel+e econ#micamente incosteale! c ) El +luido despla#ante se utili#a para despla#ar el 8F % ase$ura &ue la ma)or*a del 0/ reaccione en la formaci#n ) contriuirá a los resultados del tratamiento! El cloruro de amonio es el más común ) es una de las pocas sales &ue no precipitará con el 0/ o con el 0/ $astado% el diesel se utiliza tami(n en pozos de aceite! a &ue el 0/ reacciona mu) rápidamente% no se recomienda un lar$o per*odo de cierre% dee empezar a re$resarse los fluidos tan pronto como sea posile% especialmente en pozos con formaciones de aja permeailidad!
!.
ÁCIDOS OR?ÁNICOS
El 1c(tico ) el /#rmico son otros dos ácidos &ue lle$an a utilizarse% solos o con el 0C"! 'on mucho más d(iles &ue el 0C" ) por lo tanto 34
reaccionarán más lentamente con la ma)or*a de los minerales en el pozo ) por lo tanto permiten una penetraci#n más profunda ) mejores propiedades de $raado en al$unas formaciones! El Qcido 1c(tico reacciona más lentamente &ue el /#rmico! Un 6F de soluci#n de ácido ac(tico disol+erá la caliza tanto como un de soluci#n de 0C"! Un 6F de soluci#n de ácido f#rmico disol+erá la caliza tanto como un de soluci#n de 0C"!
".
ADITIVOS
E2iste una $ran cantidad de aditi+os utilizados en los tratamientos ácidos% &ue facilitan el uso de los sistemas permitiendo una ma)or efecti+idad% ásicamente estos pueden a$ruparse en> a?
Inhi ido res de corr osi#n
T*picamente son materiales fuertemente cati#nicos% con una fuerte afinidad con la superficie metálica% para ser efecti+os deen tener la capacidad de adherirse al interior de la tuer*a% formando una del$ada cuierta protectora a medida &ue el ácido es omeado% deido a su fuerte car$a cati#nica dee ser usado cuidadosamente para cumplir su funci#n% )a &ue un e2ceso de este inhiidor puede influir en la matriz e inducir un daño a la permeailidad relati+a% causado por un camio de mojailidad!
?
'ur factan tes
"os surfactantes son comunes en todos los tratamientos ácidos ) ellos son el elemento ásico en las estimulaciones no reacti+asG las funciones de un surfactante usado en una acidificaci#n inclu)en> "a desemulsi#n% dispersi#n% pre+enci#n del slud$e% penetraci#n ) reducci#n de la tensi#n superficial% e+itar el hinchamiento o dispersi#n de arcillas% mojar de a$ua a la roca% ser compatile con los fluidos de tratamiento ) de la formaci#n% ser solule a los fluidos de tratamiento a temperatura de )acimiento! 35
En un tratamiento ácido en arenas% especialmente% la incompatiilidad de inhiidores de corrosi#n ) surfactantes ani#nicos puede ser un prolema si no se manejan apropiadamente c?
'ol +entes mut uos
"os sol+entes mutuos o mutuales como el Etilen :licol Aono util Ether , E:AE. o materiales similares% son otros aditi+os frecuentemente utilizados en los sistemas ácidos% a menudo son utilizados por su soluilidad tanto en fluidos ase a$ua o aceite! "os sol+entes mutuos se desarrollaron hace al$unos años para facilitar la reacci#n del ácido en superficies cuiertas de aceite deido a su hailidad para a)udar a disol+er mas allá de la cuierta de aceiteG tami(n a)udan a disminuir la tensi#n superficial del ácido reacti+o lo &ue facilita la recuperaci#n del ácido $astado ) la limpieza del pozo! Deido a sus propiedades% tienden a limitar la efecti+idad de los inhiidores de corrosi#n ) frecuentemente la concentraci#n de estos últimos dee ser incrementada en el sistema de tratamiento cuando se usan sol+entes mutuos! "os sol+entes mutuos para ser efecti+os% deen ser a$re$ados en concentraciones de apro2imadamente 6F del +olumen de ácido!
d?
1dit i+os de contr ol de fier ro
Auchas formaciones contienen 'iderita% hematita ) otros minerales ricos en fierro% además del fierro &ue puede ser desprendido de la misma tuer*a% por lo tanto los a$entes secuestrantes de fierro son un aditi+o común en los tratamientos ácidos! "a ma)or*a de las a$uas de formaci#n contienen menos de 6FF ppm de fierro% &ue puede +erse incrementada sustancialmente por corrosi#n% o por contacto de ma$netita o de hematita! Aientras el ácido no está $astado su -0 es F # cercano a F% en estas circunstancias nin$ún i#n fierro precipitará% sin emar$o% a medida &ue el ácido se +a $astando% su -0 tiende a suir% ) arria de @ # más% los prolemas con precipitaci#n de hierro e2isten ) a$ra+an el prolema en el
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