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Presentacion acerca de los metodos de fracturamiento hidráulico así como sus variables y aspectos mas importantes
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Introduccin
A ) Qu es el fracturamiento hidrulico.
B) Evolucin.
C) Objetivos.
D) Beneficios.
E) Orientacin de la fractura.
F) Factores que influyen en la fractura.
G) Geometra de la fractura.
H) Hidrulica de fracturamiento.
Qu es un Fracturamiento Hidrulico
Es el proceso mediante el cual se inyecta un fluido al pozo, a una tasa y
presin que supera la capacidad de admisin matricial de la formacin
expuesta, originando un incremento de presin y la posterior ruptura.
El fracturamiento hidrulico se realiza debido a que la baja permeabilidad
natural y partculas del fluido de perforacin depositadas en el estrato,
imposibilitan que pueda existir flujo hacia el pozo.
Un tratamiento de fracturamiento consiste en el rompimiento de la formacin
mediante un fluido a una alta tasa y presin. La inyeccin continua de dicho
fluido permite ampliar y extender la fractura , cuando se alcanza una amplitud
tal, se le agrega un material slido al fluido para que lo conduzca y evitar al
termino del tratamiento cierre de la fractura. El fluido empleado recibe el
nombre de fluido fracturante y el slido es conocido como agente apuntalante .
Qu es un Fracturamiento Hidrulico
Este tipo de tratamiento se utiliza
bsicamente para:
formaciones de baja permeabilidad.
Permitir que los fluidos producidoso inyectados atraviesen un dao
profundo.
Mejoramiento del ndice deinyectividad del pozo y la creacin
de canales de flujo de alta
conductividad en el rea de drene
del pozo productor.
Qu es un
Fracturamiento
Hidrulico
2. Qu es un fracturamiento hidrulico y como realizarlo?Es un proceso que se lleva a cabo donde el yacimiento tiene baja permeabilidad*, el objetivo es aumentarla para que el pozo sea ms productivo.
la inyeccin de un fluido a presin, denominado fluido de fractura, hasta la profundidad a la que se encuentra la roca, que se quiere fracturar, expuesta en la cara del pozo, para lograr la falla de la misma, es decir, hasta fracturar o hacer fallar la formacin .
El fluido de fractura es el encargado de transmitir la presin hidrulica al yacimiento.
Despus de alcanzada la falla, el mantenimiento de la presin del fluido produce la extensin de la fractura ms all del punto de ruptura inicial.
Dicha fractura crea un canal de flujo nuevo y ms grande que cualquiera de los prexistentes, estos ltimos procedentes de las fracturas naturales o de la
comunicacin entre los poros.
http://www.oilproduction.net/cms/index.php?option=com_content&view=article&id=1812:fractura-hidraulica-en-qgas-a-oil-shalesq&catid=70:completacion&Itemid=89
Inicialmente se inyecta fluido fracturante al pozo y posteriormente esnecesario que el material soportante comience a ingresar en las fracturas.
Qu es un
Fracturamiento
Hidrulico
El diseo de concentracin de material soportante es importante para obteneruna excelente conductividad de los fluidos en el interior de la fractura.
Al final de un tratamiento, la fractura debe tener la concentracin adecuadade material soportante, para evitar el cierre de la fractura.
Finalmente, se bombea un volumen de fluido con el objeto de realizar lalimpieza del exceso del material soportante del pozo.
Para controlar la operacin, se deben
registrar continuamente los valores de:
1. Presin.
2. Gasto.
3. Dosificacin del apuntalante.
4. Dosificacin de aditivos.
5. Condiciones del fluido fracturante
(control de calidad).
Qu es un Fracturamiento
Hidrulico
Unidad de tubera flexible adaptada a las necesidades
de fracturamiento hidrulico.
El primer fracturamiento fue realizado en Kansas, a finales de 1940 y el
propsito fue incrementar la produccin de un pozo marginal.
En la dcada de 1950 realizar este tipo de tratamientos tiene gran impacto
tanto en pozos de petrleo como de gas.
A mediados de los 1980 incrementa, nuevamente la aplicacin del
fracturamiento hidrulico como resultado del conocimiento cientfico de los
modelos de comportamiento de la fractura en la formacin productora,
adems ayudo el hecho de realizar el fracturamiento hidrulico masivo
(mhf). La tendencia consista en fracturar formaciones con permeabilidades
muy bajas.
Evolucin
Inyeccin de volumenes de 200 a 400 galones de fluido con media libra de arena porgalon.
Velocidades de 2 a 4 barriles por minuto era considerado como un tratamiento promedio, yel doble de esas cantidades era ya un trabajo grande.
Muchas veces se inyectaban volumenes de 1500 a 2000 galones considerandose untrabajo arriesgado para la epoca.
Estos trabajos de inyeccin y fracking dieron como resultado el aumento paulatino de lastazas y presiones de fracturamiento.
Evolucin
A medida que las tasas aumentaban se experimenta con fluidos de menor viscosidad loque reduce los costos y da muy buenos resultados.
Los tratamientos realizados en 1975 mostraron en promedio 37000 a 45000 libras dearena, una relacion arena- fluido de de 1,25 libras por galon.
En el presente los tratamientos difieren mucho a los de hace 25 aos, se bombean200,000 a 500,000 galones de fluido y 500,000 o 1000,000 de libras de arena.
Evolucin
Evolucin
Hoy en da los fluidos defracturamiento gelatinosos son
preparado en superficie e
inyectados al pozo a presiones
mximas de unos 20 mil PSI
(libras por pulgada cuadrada)
en cabeza de pozo, esto es
666 veces ms que la presin
de una llanta de vehculo, que
es de 30 PSI
A cada pozo se puedeadicionar entre 30 mil y 70 mil
libras de arena, pero en
Estados Unidos se conocen
trabajos con la adicin de
hasta 1 milln 500 mil libras.
Mejora la produccin.
Desarrolla reservas adicionales.
Sobrepasa zonas altamente daadas.
Reduce la deposicin de asfaltenos.
Controla la produccin de escamas.
Conecta sistemas de fracturasnaturales.
Objetivos
Disminuye la velocidad de flujo en lamatriz rocosa.
Incrementa el rea efectiva de drenajede un pozo.
Disminuye el nmero de pozosnecesarios para drenar un rea.
Reduce la necesidad deperforar pozos horizontales.
Retarda el efecto de conificacin delagua.
Objetivos
Un buen candidato para el fracturamiento hidrulico son rocas de baja permeabilidad;
Esta puede ser provocada por:
Procesos diageneticos.
Perforacin de pozos.
Casing es colocado y cementado en su lugar.
El dao ocurre debido a que los fluidos de perforacin y/o completacin se filtran
dentro del reservorio y alteran los poros y el espacio poroso. Cuando un
fracturamiento hidrulico no es diseado adecuadamente, este podra ser
antieconmica si es que exitoso .
Objetivos
Disminucin del dao.
Aumento de la conductividad.
Mayor rea de flujo.
Mejoramiento de la produccin.
Beneficios
Orientacin de la fractura
La fractura se crea y se propaga siempre en sentido
perpendicular al de menor esfuerzo de la roca.
La orientacin
puede ser:
Horizontal
Vertical
Inclinada
Orientacin de la fractura
Factores con mayor influencia en la orientacin de la fractura:
Esfuerzos locales.
La presin de los poros.
El mdulo de Poisson.
El mdulo de Young.
Compresibilidad de la roca.
Orientacin de la fractura
Es importante resaltar que la
orientacin de la fractura est
ntimamente ligada al estado original de
esfuerzos in-situ y al mecanismo que la
genera. El caso que aqu nos ocupa es
donde el estado original de esfuerzos
cumple la siguiente condicin:
v H h
Bajo esta condicin y para el caso
particular donde la fractura hidrulica es
generada por tensin, la orientacin de
la fractura estar en direccin
perpendicular al esfuerzo mnimo.
Las fracturas hidrulicas se inician y propagan a lo largo de un plano
preferencial de fracturamiento. En la mayora de los casos, el esfuerzo
mayor se presenta en la direccin vertical, por lo que el PFP es vertical y
yace en la direccin del siguiente esfuerzo mayor, el esfuerzo horizontal
mximo.
Orientacin de la fractura
Si la tasa de bombeo se mantiene
superior a la tasa de prdida de fluido
en la fractura, entonces la fractura se
propaga y crece.
Si la formacin es homognea, el
crecimiento tiende a ser radial.
Orientacin de la fractura
Orientacin de la fractura
Factores que influyen en la fractura
Sistema Roca- Fluido
Humectabilidad
Gravedad API
Composicin del agua
Profundidad
Porosidad
Saturaciones
Permeabilidad
Presin del Yacimiento
WOC y GOC
Litologa
Espesor
Temperatura
Gradiente de fractura
Gradiente de fractura
Presin a la cual ocurre laruptura de una formacin .
Es esencial para optimizarel diseo del pozo, este,
puede estimarse a partir
de datos de los pozos de
referencia.
Factores que influyen en la fractura
Geometra de la fractura
Esfuerzos locales (In Situ
Stresses)
Presin de Sobrecarga
Presin de Poro
Normal
Anormal
SubnormalRelacin de
Poisson
Modelo de Young
Compresibilidad de la roca
Toughness
Factores que influyen en la fractura
Presin de sobrecarga
Presin ejercida por el peso total de las formaciones sobrepuestas por arriba del punto de inters
Es una funcin de:
La densidad total de las rocas
La porosidad
Los fluidos congnitos
Factores que influyen en la fractura
Presin de Poros
Presin que acta sobre los fluidos en los espacios porosos
de la roca. Se relaciona con la salinidad del fluido.
Presin Anormal de Poros < 0,465 psi/ft
Presin Normal de Poros = 0,465 psi/ft
Presin Subnormal de poros > 0,465 psi/ft
Factores que influyen en la fractura
Relacin de Poisson
Relacin de la expansin lateral a la
contraccin longitudinal de una roca
bajo de una fuerza uniaxial.
ro
Ho
Factores que influyen en la fractura
Modelo de Young
Relacin entre el esfuerzo a la deformacin causado por una
fuerza uniaxial.
Factores que influyen en la fractura
COMPRESIBILIDAD DE LA ROCA
Compresibilidad de la matriz de roca, Cr:
Cambio fraccional en el volumen del material slidos de la roca,
por unidad de cambio en la presin.
Compresibilidad de los poros, Cp:
Cambio fraccional en el volumen poroso de la roca por unidad de
cambio de presin
Compresibilidad de un Yacimiento
Ct= SoCo+SwCw+Sgcg+Cf
Valores promedio de compresibilidad
Arena Consolidada 4-5x10^-6 lpc-1
Calizas 5-6x 10^-6 lpc-1
Arenas semi-consolidadas 20x10^-6 lpc-1
Arenas no consolidadas 30x10^-6 lpc-1
Arenas altamente no
consolidadas
100x10^-6 lpc-1
Factores que influyen en la fractura
Factores que influyen en la fractura
Toughness (Dureza)
Medida de la resistencia de los materiales a la propagacin dela fractura, es proporcional a la cantidad de energa que puede
ser absorbida por el material antes de ocurrir la propagacin.
No es igual a la resistencia de la roca a la tensin.
To = Esfuerzo de tension de la roca.
Ac = Area del defecto mas grande.
Kic= Toughness de la fractura.
Factores que influyen en la fractura
Tambin se conoce como factor de intensidad de esfuerzos
crticos. Los valores mas frecuentes son:
GEOMETRIA DE LA FRACTURA
La geometra de la fractura creada puede ser aproximada por modelos
que tomen en cuenta:
Propiedades mecnicas de la roca.
Propiedades del fluido fracturante.
Condiciones a las cuales el fluido fracturante es inyectado (tasade inyeccin y presin).
Esfuerzo de la formacin.
Distribucin de esfuerzos en el medio poroso.
Estos conceptos son necesarios no solamente para la construccin del
modelo del proceso de la fractura en s, sino tambin en la prediccin
del crecimiento de la fractura.
GEOMETRIA DE LA FRACTURA
Los modelos de fracturamiento hidrulico los podemos dividir en tres
familias:
Modelos en dos dimensiones (2-D).
Modelos en pseudo tridimensional (p-3-D).
Modelos tridimensionales (3-D).
El clculo de la geometra de fractura es esencialmente una
aproximacin, debido a que se supone que el material es isotrpico,
homogneo y linealmente elstico, lo cual sucede slo en un
material ideal.
GEOMETRIA DE LA FRACTURA
Modelos en dos dimensiones: Determinan el ancho (W) y
la longitud de la fractura (XF) la hiptesis genera un
paraleleppedo.
PKN (Perkins - Kern y Nordgren)
Para longitudes de fractura mucho mayores que la altura de la fractura.
xf >> hf
KGD (Khristianovic-Zheltov y Geertsma de Klerk)
Para longitudes de fractura mucho menores que la altura de la fractura.
hf >> xf
Modelo radial
La altura es igual a dos veces la longitud de fractura.
2xf = hf
GEOMETRIA DE LA FRACTURA
Modelos en tres dimensiones
GEOMETRIA DE LA FRACTURA
Modelo PKN
Considera la fractura de una forma elptica en el eje vertical
del pozo.
Responde a las limitaciones de los modelos 2- D en relacin a la forma
de fractura en cuanto tiene que ver con la altura de esta.
GEOMETRIA DE LA FRACTURA
Caractersticas importantes :
En ambas direcciones el ancho es mucho menor que lasotras dimensiones de la fractura: altura y longitud.
La geometra elptica, aunque no es enteramenteverdadera, es una aproximacin acertada.
La altura de la fractura es constante.
La longitud es mayor que las otras dimensiones de la fractura: altura yancho.
Modelo KGD
GEOMETRIA DE LA FRACTURA
Supone una Altura mucho mayor que la longitud de la fractura
hf>>Xf. Este modelo es semejante al PKN pero con un giro de 90.El modelo KGD no ser recomendado para el caso donde grandes
fracturas en la formacin productora se generan con el tratamiento
de fracturamiento hidrulico.
Hidrulica de fracturamiento
Durante la operacin:
Bombear precolchn
de salmuera
Fluido que produce la
fractura
Bombeo del tratamiento
Para controlar la operacin:
Hidrulica de fracturamiento
Fluidos fracturantes:
Propiedades que debe
cumplir
Bajo coeficiente de prdida
Alta capacidad de
transporte del apuntalante
Bajas prdidas de P por
friccin en la tubera y altas
en la fractura
Fcil remocin
Compatibilidad con fluidos
Mnimo dao a k de la
formacin y fractura
Hidrulica de fracturamiento
Fluidos Apuntalantes:
Propiedades que debe
cumplir
Resistencia
Cantidad de finos e
impurezas
Densidad
Redondez y esfericidad
Distribucin y tamao del
grano
Hidrulica de fracturamiento
Presiones de estimulacin
Clculos de friccin
Nmero de Perforaciones
Tamao de las
perforaciones
Caudal de inyeccin
Factores influyentes
Hidrulica de fracturamiento
Durante el proceso se deben monitorear:
Presin de rotura
Es el punto enque la formacinfalla y se rompe.
Presin de bombeo
Es la necesariapara extender lafractura.
Presin de cierre instantnea
Es la que seregistra al pararel bombeo.
Hidrulica de fracturamiento
Presiones de Estimulacin
Presin de Fractura
Es la necesaria paramantener abierta la fisuray propagarla ms all delpunto de falla. Puedevarias durante laoperacin.
La presin para extenderla fractura se calcula deacuerdo a:
Pef = Pci + Ph
BHPF = GF * Profundidad
Hidrulica de fracturamiento
Presiones de Estimulacin
Presin Hidrosttica
Densidad del fluidomultiplicada por laprofundidad y un factor deconversin.
Ph= 0,052* Densidad F * Profundidad
Hidrulica de fracturamiento
Presiones de Estimulacin
Prdidas de presin por friccin
BHTP= STP + Ph - Pf
Pf = Ppipe + Pfper + Pfnwb
Hidrulica de fracturamiento
Presiones de Estimulacin
Friccin en tubulares
Regmenes de flujo:
- Flujo Tapn.
- Flujo Laminar.
- Flujo Turbulento.
- Flujo Transicional.
Nmero de Reynolds
Nmero de friccin de fanning.
Hidrulica de fracturamiento
Friccin en tubulares
Nmero de Reynolds
Fluidos Newtonianos
Hidrulica de fracturamiento
Factor de friccin de Fanning
Hidrulica de fracturamiento
Fluidos no Newtonianos
Nmero de Reynolds
Friccin en tubulares
Hidrulica de fracturamiento
Friccin en perforados
Correccin por efectos de erosin en la perforacin
C es conocida como coeficiente de descarga esta basado en los efectosdel tunel de la perforacin. Los valores varan entre 0.6 al inicio del
tratamiento hasta 0.9 al final del mismo.
Hidrulica de fracturamiento
Friccin cerca al pozo:
Friccin a travs de los disparos
Tortuosidad
Desalineamiento de fases
Hidrulica de fracturamiento
Presin de tratamiento en superficie:
Ps= Pef + Pfrict + Pfricp - Ph
Potencia Hidrulica:
Phid= (Ps*Q)/ 40.8
Hidrulica de fracturamiento
Camino retorcido queconecta el pozo al cuerpoprincipal de la fractura.Tortuosidad
Hidrulica de fracturamiento
Presiones de estimulacin
Presin a la cual lafractura se cierra.
Presin de cierre
Hidrulica de fracturamiento
Presiones de estimulacin
Variable que nos ayuda adeterminar la geometra de lafractura durante la operacin.
Presin Neta
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