Fracturamiento hidráulico.pdf

FRACTURAMIENTO HIDRAULICO Introducción.

En la industria petrolera petrolera se conoce como fracturar fracturar la formación productora productora para sobrepasar sobrepasar la zona dañada dañada en la vecindad vecindad del del pozo con la la finalidad de incrementar  incrementar  el área de flujo de los fluidos hacia el pozo. El resultado resultado del fracturamiento=incremen fracturamiento=incremento to de producción Defin Definici ición ón de fract fractur ura. a.

Es un proceso proceso mediante el el cual se inyecta inyecta un fluido fluido al pozo a caudal caudal y presión que supera la calidad de de admisión material de de la formación que expone, expone, originado originado un un incremento de la presión y su posterior ruptura, la fractura de una roca se realiza perpendicularmente perpendicularmente al mínimo esfuerzo esfuerzo por lo tanto tanto en la mayoría mayoría de los pozos pozos la fractura es vertical, vertical, si el caudal caudal de bombeo se mantiene mantiene superior superior al caudal de perdida de fluido en la fractura, la fractura se propaga y crece de tamaño, la perdida de fluido en la fractura es el resultado de un balance volumétrico una parte del volumen de fluido abre la factura y la otra invade las vecindades, inicialmente se inyecta solamente el fluido fracturante porque la mayor pérdida está en la vecindad del pozo, posteriormente comienza a abrirse la fractura y es necesario que el material soportante comienza a ingresar en ella para evitar que la fractura se cierra con el tiempo. Existen un sin número de modelos para el fracturamiento fracturamiento hidráulico, hidráulico, la geometría geometría de la fractura fractura puede puede tener una aproximación aproximación por modelos modelos que toman en en cuenta: cuenta: 1. 2. 3. 4. 5.

Propieda Propiedades des mecánic mecánicas as de de la roca Propi Propieda edades des de de los flui fluidos dos fract fractura uranté ntés s Condicio Condiciones nes a las las cuales cuales el el fluido fluido fractura fracturarte rte es inyecta inyectado( do(pres presión ión y cauda caudal) l) El esfu esfuerz erzo o de la la forma formació ción n La distrib distribució ución n de esfuer esfuerzos zos en el medio medio poros poroso o

Estos conc concepto eptos s son neces necesario arios s no solamen solamente te para la la constru construcci cción ón de la fractur fractura a si no también también debido al al crecimiento crecimiento de la fractura fractura existen existen varios varios modelos modelos a estudiar estudiar y son son las siguien siguientes tes tres familia familias: s: • • •

Modelo de 2 dimensiones(2D) Modelo de pseudo 3 dimensiones(3D) Modelo de 3 dimensione dimensiones(3D) s(3D)

La fractura puede propagarse lateral y verticalmente pero también puede cambiar  la dirección dependiendo del esfuerzo y de las propiedades mecánicas de la roca. Modelo de 2D.

Se denomina modelo de 2 dimensiones porque en ellas se determinan el ancho y la longitud de la fractura, son los dos parámetros que van a constituir las dimensiones de la fractura con base en la hipótesis que se considera como un paralelepípedo. Este modelo 2D son aproximaciones analíticas que suponen altura constante y conocida para las aplicaciones se utilizan 2 tipos: 1. Para longitudes de fracturas mucho mayores que la altura de la factura que se llama o repercute en el modelo PKN por autores (perkins, kern y nordgren) considera este método que la longitud de la fractura es >>>que la altura de la fractura. Xf>>>hf  2. Para longitudes de fractura mucho menores que la altura de la fractura, ese modelo se llama modelo KGD por sus autores (kristianovic, geertzma, dheltor) hf>>>Xf  En los trabajos de los modelos 2D son utilizados para calcular el ancho de la fractura, la presión de propagación de la fractura, velocidad, cuando el fluido fracturante es newtoniano y también es no newtoniano. Modelo de 3D.

En el modelo de 3 dimensiones solventan las limitaciones del modelo 2D con relación a la forma de la fractura especialmente con la altura de la fractura que varía en función de la inyección del fluido fracturante y también del material soportante, el tratamiento de la configuración de la fractura a través del tiempo se realiza con la aplicación de concepto de elementos finitos, un modelo 3D es muy complejo y por lo tanto se necesita una cantidad muy grande de datos para  justificar el uso de un análisis más detallado, su aplicabilidad es actualmente en el ámbito científico, no practico. Modelo PKN.

Este modelo tiene por características que considera la fractura de forma elíptica, em el eje verticaldel pozo la máxima amplitud esta la línea centraln de la elipse con cero de ancho en el tope y en el tope. Otras características importantes son: 1. En ambas direcciones el ancho es mucho menor que las otras dimensiones de la fractura 2. La geometría elíptica es solo una aproximación que es muy exacta 3. La longitud es > que las otras dimensiones de la fractura (L>h>w)

1− = 0.3

4

Donde: Wmax=ancho máximo de la fractura que se mantiene constante (pulg) Qi=caudal de inyección (BPD) U=viscosidad del fluido fracturante (cp) δ=módulo de relación de poisson característico para cada formación Xf=longitud de la fractura (ft) G=momento de corte o cizalla (psi) Modelo KGD.

Es aplicable para estimar la geometría de la fractura donde la altura es mucho mayor que la longitud por lo que no es recomendable para grandes fracturas en la formación productora el ancho promedio de la fractura se puede calcular de la siguiente manera: 1− = 2.53

ℎ

Fluido soportante.

Es aquel que no permite que la fractura se cierre. En un fracturamiento se debe inyectar fluidos en diferentes etapas de distintos tipos donde cada uno de ellos tiene un rol respecto a su comportamiento específico. Fluido de relleno (PAD).

Es un fluido fracturante que no tiene fluido o material sustentante en suspensión, su objetivo es iniciar y propagar la fractura. Durante la propagación el fluido entra en la formación productora, en esta operación se produce el fenómeno de LEAKOFF (perdida de filtrado), es decir que entra al yacimiento, crea la fractura y construye una costra a la pared de la fractura (filtercake). Agente de soporte, suspensión o lechada.

Después del fluido de relleno, se inyecta el fluido fracturante material de soporte o soportante incrementando su concentración hasta el final del tratamiento. La concentración depende de la facilidad de transporte y de la capacidad de aceptación del yacimiento y creación de la fractura, una concentración muy alta

puede crear fisuras laterales, la longitud de la fractura hidráulica es diferente de la longitud soportada por el material. Fluido de limpieza (FLUSH).

Este fluido tiene como objetivo desplazar la suspensión o lechada desde el pozo hasta la punta de la fractura. Se debe tomar la precaución para que no exista sobre desplazamiento porque puede estrangular la fractura lo que ocasiona una disipación de la presión de fracturamiento y como consecuencia el cierre de la fractura. La adición del material soportante se expresa por lo siguiente: − =

−

Donde: Cp=concentración de la suspensión del material soportante en la lechada (lb/gal) Cf=concentración final Tpad=tiempo de fluido de relleno Ti=tiempo total del tratamiento T= tiempo de limpieza Ε=relación de la eficiencia de fluido B=eficiencia de fluido En función de esta ecuación, la longitud y ancho de una fractura describe la geometría de la fractura. La conductividad de la fractura es simplemente el producto del ancho de la fractura por la permeabilidad de agente de soporte y la conductividad adimensional de la fractura que está definida de la siguiente ecuación: − =

Donde: Kf=permeabilidad del material W=ancho Xf=alto K=permeabilidad de la formación