FRACTURAMIENTO HIDRULICOCARLOS RUBIO RICARDO ANDRS PAREDES DIEGO FERNANDO ROA JUAN MANUEL SANTAMARA OSCAR ZAMORA SERGIO VELSQUEZ

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FLUIDOS FRACTURANTES

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TIPOS DE FLUIDOS FRACTURANTES

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

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c) Surfactantes y Alcoholes:

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Tipos de aditivos3/24/12

DISEO DE FRACTURAS

Cuando se realiza el diseo de un fracturamiento hidrulico, es necesario tener en cuenta los diferentes factores que determinan el xito o fracaso de la operacin. estos factores encontramos la seleccin de materiales, caractersticas reolgicas de los fluidos fracturantes, conductividad de los agentes apuntalantes, propiedades y especificaciones de equipos y herramientas, as como las condiciones de las tuberas.3/24/12

Entre

Seleccin de Materiales: Estos debern ser compatibles con el sistema rocafluidos, con el fin de prevenir un posible dao y lograr un efecto duradero de la estimulacin. reolgicas de los Fluidos Fracturantes y Conductividad de Agentes Apuntalantes: Importantes a tener en cuenta debido a que estos cambian por efecto de la presin y temperatura.

Caractersticas

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EXISTEN

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

El diseo de un tratamiento involucra un proceso de optimizacin por lo cual el costo del trabajo depende del tipo y volumen de fluidos de fractura, tipo y cantidad de agente sustentante, entre otros. fracturamiento requiere diferentes diseos hasta obtener la 3/24/12 mejor propuesta a sus objetivos.

Cada

Para

la realizacin de un trabajo de fracturamiento, debe contarse con una cantidad de informacin previa y con una serie de herramientas como:Registros elctricos. Anlisis pre y postfractura de pozos vecinos. Estudios de formacin laboratorio sobre propiedades de la

Caractersticas del fluido de fractura y del apuntalante. Resultados del anlisis de la presin transitoria del yacimiento para estimar su permeabilidad y dao. Simuladores del comportamiento de la produccin del 3/24/12 yacimiento.

CONSIDERACIONES DE DISEO

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

Se requiere de un conocimiento detallado de la geologa del yacimiento, su mecanismo de produccin y caractersticas de los fluidos de yacimiento. El anlisis petrogrfico de la roca de yacimiento es importante, por lo que deben considerarse los siguientes parmetros de diseo: Litologa y mineraloga de la formacin. Geometra de la fractura. Fluidos y energa 3/24/12 del yacimiento.

Litologa

y mineraloga de la formacin.

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

Geometra

de la fractura.

Una vez iniciada la fractura, la inyeccin de un volumen de fluido fracturante es necesario para abrir la amplitud mnima de fractura. A este volumen tambin se le conoce como bache inicial. Tiene como objeto propagar la fractura y al final de la operacin debe haber un diferencial de este volumen para que no haya una filtracin del fluido fracturante-agente apuntalante.3/24/12

Existen varios mtodos geometra de la fractura: Young:

para

determinar

la

Est relacionado con el ancho de fractura y con la posibilidad de obtencin de fracturas altamente conductivas. Se encuentra ligado al esfuerzo horizontal actuante sobre la roca y al gradiente de fractura. de Howard-Fast, Perkins-Kern y Smith de Gertsma-De Klerk

Poisson:

Modelo Modelo

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Fluidos y energa del yacimiento.

La viscosidad del crudo, tendencia a formar emulsiones, contenido de asfaltenos y caractersticas de formacin de parafinas deben considerarse en la seleccin y modificacin del fluido de fractura.

Debe tenerse conocimiento sobre la presin de yacimiento, ya que es la responsable de la expulsin del fluido de fractura despus de terminado el tratamiento.

Configuracin

fsica del pozo.

Los pozos a los que se les vaya a hacer un trabajo de fracturamiento deben contar con ciertas caractersticas en su terminacin y sistema de conexiones, que deben ser previstas con anticipacin y tomadas en cuenta para que permita la ejecucin del trabajo con seguridad y el 3/24/12 retorno del pozo a produccin despus del tratamiento.

OPTIMIZACIN ECONMICA DEL DISEO DE LA FRACTURA Lo

importante en el diseo de un tratamiento de fractura es optimizar el gasto de produccin y la recuperacin de la reserva de un pozo para maximizar su rentabilidad.

Un procedimiento bsico para la optimizacin econmica sera de la siguiente manera:1. Seleccin del sistema de fluidos aplicable a la formacin.

3/24/12 2. Seleccin del apuntalante basndose en su resistencia y

3. Determinacin del volumen a bombear y la programacin de inyeccin de material sustentante.

4. Determinacin del mximo gasto de bombeo permitido, basndose en la limitante de presin de los cabezales y tuberas. Deber ser considerada la degradacin de algunos fluidos fracturantes en el diseo.

5. Seleccin de un modelo apropiado de la propagacin de la fractura y conductividad (ejemplo 3D, P3D) o simuladores (Mfrac III Institucional) que permiten relacionar la productividad antes y despus de la fractura.

6. Determinacin de la entrada de datos requeridos para el modelo geomtrico seleccionado.3/24/12

7. Determinacin de la penetracin y conductividad de la fractura para una seleccin del tamao del tratamiento y concentracin del apuntalante por medio de un simulador.

8.

Los simuladores permiten realizar combinaciones y comparar el efecto de variables para tener un diseo ptimo. Generalmente se hace a travs del clculo del valor presente neto (VPN), comparando las ganancias de la produccin predicha con los costos del tratamiento.

9. Clculo del costo total del tratamiento, incluyendo los costos asociados con los fluidos, apuntalante y caballaje hidrulico.3/24/12

SELECCIN DE LAS VARIABLES DE DISEO Cuando

se disea un trabajo de fracturamiento hidrulico pueden variar diversos parmetros. Tpicamente, el volumen bombeado, el gasto de inyeccin, el tipo de sustentante y su programacin. Debern ser especificados, por lo que se deben considerar las siguientes variables: del fluido del fluido de prdida de filtrado

Base

Viscosidad

Propiedades Friccin

3/24/12 en la tubera

Gasto Tipo

de inyeccin del sustentante

de sustentante fsicas de la formacin del fluido en la fractura

Concentracin Propiedades Temperatura

Las limitaciones de la mayora de los factores presentados estn relacionadas con el ancho de fractura.

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PROCESO DE FRACTURAEvaluacin Pre Frac

Haga clic para modificar el estilo de subttulo la patrn El objetivo dedelevaluacin Pre-Frac es definir siel reservorio es un buen candidato para ser fracturado; esto implica determinar la factibilidad tcnica y econmica, disear la operacin del fracturamiento y establecer las bases de comparacin con los resultados. Es importante en este punto tener en cuenta el objetivo principal del fracturamiento, ya sea incrementar produccin, mitigar problemas de arenamiento o minimizar deposicin de asfaltenos.3/24/12

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Mini Frac

El MiniFrac es un fracturamiento previo de diagnstico y evaluacin, con un volumen menor pero representativo del tratamiento principal, es decir, al mismo caudal y con el mismo fluido de fractura, aunque con muy pequea cantidad de agente apuntalante.3/24/12

EVALUACIN DURANTE EL FRACTURAMIENTOEl diseo del fracturamiento incluye la seleccin de los fluidos de fractura, el tipo y tamao del agente apuntalante, el equipo de bombeo requerido y la preparacin del programa de bombeo. Durante la operacin de fracturamiento, principalmente en el MiniFrac, se obtienen los diferentes parmetros operativos, as como informacin cuantitativa de las propiedades mecnicas de las rocas y la propagacin vertical de la fractura. Tambin se obtienen indicaciones cualitativas de la calidad de la roca reservorio.3/24/12 Los nuevos sistemas que permiten el monitoreo y

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

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OPERACIONESPrograma de Bombeo1. Precolchn (si aplica) 2. Colchn (o Preflujo) 3. Dosificacin del Agente de Soporte 4. Desplazamiento

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A. Precolchn de salmuera o gelatina lineal.Fluido ligeramente gelificado o no gelificado es bombeado a alta presin hacia el fondo de pozo a una rata suficiente para aumentar la presin y que sea superior a la del gradiente de fractura. En muchos casos se utiliza un pequeo 3/24/12

B. Colchn de gelatina (Preflujo)Posteriormente se bombea un colchn de gelatina como fluido, el cualproduce la fractura y abre la roca lo suficiente para que pueda ingresar el agente de sostn. Luego se realiza el bombeo de tratamiento, que es un fluido cargado con 3/24/12 arena, el cual apuntala

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. 2. Absorber las mayores prdidas por 3/24/12 filtrado y reducir as las prdidas del

C. Dosificacin Soporte.

del

Agente

de

Concentraciones

escalonadas y

crecientesDistribucin Rango

final uniforme

de concentraciones muy variables3/24/12

D. DesplazamientoAl 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 tubera de produccin. La presin del agua se reduce y los fluidos se 3/24/12 transportan para su

MONITOREO Y CONTROL 1. PresionesPresin de fractura: Es el punto en que la formacin falla y se rompe. Presin de bombeo: Es la necesaria para extender la fractura,manteniendo el gasto constante.3/24/12

2. Registrar el gasto de operacin, el cual est relacionado con el tiempo de bombeo, representando el volumen total de fluido, el cual incide directamente en el tamao de la fractura creada. Por otra parte, el gasto relacionadocon lapresinresulta en la potencia hidrulica necesaria para el bombeo. De aqu la importancia de 3/24/12

EVALUACIN POST-FRAC Los principales objetivos evaluacin Post-Frac son: de la

Conocer lo que realmente se ha alcanzado con el fracturamiento; cmo es la fractura que se ha generado, dnde est localizada, cul es el nuevo comportamiento productivo del reservorio y del pozo3/24/12 Comparar los resultados operativos,

TIPOS DE FRACTURASHaga clic para modificar el estilo de subttulo del patrn FRACTURAS CIDASEl objetivo de este tipo de tratamientos es inyectar cido dentro de la fractura creada en la formacin a una presin lo suficientemente alta para abrir fracturas naturales o para fracturar (romper) la formacin. El mtodo es ampliamente utilizado en dolomitas.

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Inicialmente, un colchn de fluido es inyectado a un caudal superior, al que la matriz puede aceptar de manera que causa un incremento en la presin lo suficientemente alta para sobrepasar los esfuerzos compresivos de la tierra y los esfuerzos tensionales de la roca. En este punto, la formacin falla por ruptura y se forma una fractura. 3/24/12

El

caudal de inyeccin tiene que ser lo suficientemente alto y la permeabilidad de la formacin lo suficientemente baja para que la prdida de fluido no sea excesiva de manera que la presin pueda incrementar lo suficiente para fracturar la formacin o para abrir fracturas naturales existentes.3/24/12

FRACTURAMIENTO CON APUNTALANTE

Un tratamiento de fracturamiento consiste esencialmente en el rompimiento de la formacin productora mediante un fluido a un gasto mayor que pueda admitir matricialmente la roca. 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 se ajuste y evitar al trmino del tratamiento cierre la fractura dejando un empaque altamente permeable. fluido empleado recibe el nombre de fluido3/24/12

El

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APUNTALANTE

Del conjunto de materiales utilizados en el fracturamiento hidrulico el agente apuntalante o sustentante es el nico que permanecer en la fractura mantenindola abierta y estableciendo un canal conductivo para la afluencia de los fluidos de formacin hacia el pozo.

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Estos

materiales son diseados para soportar los esfuerzos de cierre de la formacin, sin embargo, se debe seleccionar de acuerdo a los esfuerzos a los cuales estar sometido y a la dureza de la roca, ya que si se tienen esfuerzos de cierre altos, este se podra triturar o en formaciones suaves este se puede embeber y el grado de ocurrencia de estos factores depende del tamao y resistencia del apuntalante y la dureza de la formacin.3/24/12

FRACTURAMIENTO CON ESPUMASPor sus propiedades la espuma es un fluido ideal para el fracturamiento de formaciones de baja permeabilidad, productoras de gas o sensibles al agua.3/24/12

DICHAS PROPIEDADES SON :Baja Alta

prdida de filtrado. de acarreo del

capacidad sustante.

Baja Alta El

perdida de presin por friccin. viscosidad en la fractura inducida.

dao a la formacin es prcticamente nulo debido a que el liquido filtrado es mnimo y sin residuos. rpida intervencin.3/24/12

Limpieza

despus

de

la

El

acido espumado exhibe un efecto del retardo del ritmo de reaccin, lo que es favorable para lograr fracturas con alta penetracin. 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 . pesar3/24/12

La

A

de

las

caractersticas

FRACTURAMIENTO CON GAS ALTAMENTE ENERGIZADOEsta

avanzada tecnologa esta basada en el uso del propelente cientfico desarrollado por la industria aeroespacial. Esta tcnica es una estimulacin dinmica desarrollada con el objeto de aumentar la permeabilidad de la formacin en la cercanas del pozo revirtiendo as el dao existente.3/24/12

La

combustin del propelente contenido dentro de un cilindro hueco, produce un pulso de presin controlado de 2500 a 25000 psi, originado por la expansin de gas (CO2), el cual esta confinado solamente a la zona de inters por la hidrosttica de la columna de fluido dentro del pozo, y por el diseo de la herramienta, que al deflagrar hace que la energa se discipe lateralmente.

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La

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

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