Embed Size (px)
DESCRIPTION
Fracturamiento
Citation preview
1
CONGRESO MEXICANO DEL PETROLEO 2010
FACTORES DE ÉXITO EN OPERACIONES DE FRACTURAMIENTO ÁCIDO A POZOS
Autores: Ing. Yuri de Antuñano Muñoz/ Ing. Michael Lysandrou Costa
Coautores: Dr. Jorge A. Arévalo Villagrán/ M. en I. Miguel A. Lozada Aguilar
Resumen
Cada vez con mayor frecuencia, la explotación de yacimientos carbonatados de baja
permeabilidad juega un papel importante para dar frente a las demandas energéticas
a nivel mundial, requiriéndose para ello la aplicación de tratamientos de estimulación
por fracturamiento ácido, para producir hidrocarburos a regímenes económicamente
rentables. El éxito de este tipo de tratamiento, depende de la identificación y control
de cada uno de los factores que intervienen en todo el proceso, antes, durante y
después.
En este trabajo se presentan el desarrollo de una metodología y procedimientos para
la toma de decisiones en el diseño, implementación y evaluación de fracturamientos
ácidos a pozos, basados en pruebas de laboratorio y experiencias de especialistas
de diversas disciplinas, para asegurar la efectividad y el éxito de estas operaciones.
Introducción
El Fracturamiento ácido en formaciones carbonatadas de baja permeabilidad (k<10
md), es una práctica común aplicada para mejorar los índices de productividad de
los pozos, su objetivo principal es incrementar la conductividad de la roca
productora, mediante la creación de una fractura grabada, producto de la inyección
de sistemas ácidos a gastos de bombeo por arriba de la presión del gradiente de
fractura de la formación.
La experiencia de expertos y especialistas en fracturamientos ácidos han
establecido que la longitud de la fractura es un factor predominante y decisivo en lo
que respecta al incremento de la productividad y la recuperación de hidrocarburos
en formaciones de baja permeabilidad1. Por lo que, el contar con el conocimiento de
las dimensiones de las fracturas (longitud grabada, altura y amplitud) y la orientación
de las mismas es crucial para determinar la producción esperada y establecer sus
2
esquemas de explotación, así como, permitir mejorar el modelado de yacimientos
con base al comportamiento obtenido de las fracturas realizadas en un campo.
La mayoría de los tratamientos de fracturamientos ácidos son muy costosos, pero
sus beneficios económicos pueden ser muy atractivos si se selecciona
correctamente el pozo candidato y los sistemas químicos óptimos en base a pruebas
de laboratorio con núcleos de roca y fluidos de la formación.
El éxito de las operaciones de fracturamiento ácido depende de muchos factores,
pero quizás algunos de los más importantes sea la selección del sistema ácido y las
reacciones químicas secundarias obtenidas entre la roca y el ácido utilizado como
fluido principal para el grabado de la roca, ya que de esto depende el incremento de
la conductividad de la formación productora y el mejoramiento de la producción2.
La heterogeneidad del grabado realizado a las paredes de la fractura de la roca por
el sistema ácido después de ser liberada la presión de bombeo y él cierre de la
fractura, permite determinar el grado de conductividad de la fractura creada y el
potencial de producción del pozo3.
Para seleccionar el tipo de fracturamiento a aplicar en un yacimiento de baja
permeabilidad y lograr obtener el éxito esperado, se requiere de un análisis detallado
de información técnica de diversas áreas, entre los cuales destacan, la geología de
la formación, estudios geomecánico de la roca, selección de sistemas químicos,
reacciones químicas, diseño, simulación y establecimiento de controles de calidad a
lo largo de todo el proceso de fracturamiento, antes, durante y después, así como, la
interacción de diversas disciplinas para obtener una visión integral de la solución y
del diseño a aplicar al pozo candidato.
Con base a lo anterior y para aumentar la efectividad de los fracturamientos ácidos,
la productividad de los pozos y recuperación de los hidrocarburos, es necesario que
los ingenieros encargados de este tipo de operaciones cuenten con una
metodología de análisis, procedimientos y guías que le ayuden a tomar decisiones
de manera oportuna en la selección, diseño y ejecución.
3
Objetivo
Este artículo está orientado con la finalidad de incrementar el éxito de las
operaciones de fracturamiento ácido a pozos en yacimientos carbonatados de baja
permeabilidad, así como, apoyar a los ingenieros en la selección, diseño y ejecución,
con base a la aplicación de una metodología para fracturamientos ácidos,
procedimientos y guías que permitan alcanzar el objetivo y los beneficios
establecidos para el mejoramiento de la productividad de los pozos.
Problemática
Con la finalidad de determinar las causas del bajo porcentaje de éxito obtenido en
operaciones de fracturamientos ácidos a pozos en formaciones carbonatadas de
baja permeabilidad, se realizó un análisis estadístico a 212 pozos fracturados
usando este tipo de tratamiento de estimulación. Del análisis se determinó que
únicamente el 57% de estos trabajos presentaron resultados satisfactorios, con base
a los pronósticos de producción estimados, no siendo así, para el 43% de los pozos,
quienes presentaron en algunos casos disminuciones de la producción,
producciones muy marginales y altos costos de inversiones por los tratamientos
aplicados, figura 1.
Fig.1.- Estadística de operaciones de fracturamientos ácidos en México
Considerando el relativo reducido éxito obtenido a la fecha en este tipo de
operaciones en México (57%) y partiendo que en un futuro será una práctica común
para la explotación de yacimientos carbonatados de baja permeabilidad, se
consideró importante el desarrollo de una metodología en base a las experiencias
57% 43%
Pozos éxitosos
Pozos sin éxito
Estadística de Pozos Fracturados con Ácido
42, 46%
30, 33%
19, 21%
Sin manifestar producción
Con disminución de producción
Con producción económicamente no rentable
Diagnóstico de los pozos sin éxito
4
adquiridas, la cual incluye procedimientos y controles de calidad a lo largo de todo el
proceso, a fin de ser una guía para los ingenieros en la toma de decisiones, con el
objetivo de incrementar el porcentaje de éxito y la efectividad de los tratamientos
aplicados a los pozos.
Procedimiento de análisis
Para lograr determinar los factores que ocasionaron que el 43 % de las operaciones
de fracturamientos ácidos no lograran obtener los resultados esperados de acuerdo
a lo diseñado, se realizó una recopilación y análisis de la información técnica a nivel
nacional de 212 pozos fracturados en yacimientos carbonatados de baja
permeabilidad. La información recopilada consistió en determinar las características
del yacimiento, composición mineralógica de la formación, tipo de pozo y
terminación, tipo de sistemas químicos utilizados, diseño propuesto y aplicado,
operación en campo y evaluación de los resultados.
Una vez recopilada la información y con base a la experiencia de expertos y
especialistas en este tipo de operaciones, se definieron 12 factores que influyen en
el éxito de un fracturamiento ácido, los cuales son:
1.- Objetivo Bien Definido (OBD), 2.- Selección del Pozo Candidato (SPC), 3.-
Información Oportuna, Validada y Actualizada (IOVA), 4.- Caracterización Litológica
y Petrofísica (CLP), 5.- Análisis Geomecánico (AG), 6.- Caracterización de Fluidos
Producidos (CFP), 7.- Selección de Sistemas Ácidos Óptimos (SSAO), 9.- Pruebas
de Laboratorio (PL), 10.- Diseño y Simulación (DS), 11.- Supervisión en Campo (SC)
y 12.- Parámetros de Controles de Calidad a lo largo del proceso antes, durante y
después (PCC). Los factores fueron aplicados a los 91 pozos no exitosos, con la
finalidad de identificar las variables críticas que contribuyeron al fracaso de las
operaciones, para ello, se desarrollo una matriz de análisis de orden 91 (pozos) x 12
(factores), obteniendo con ello 1091 datos para el análisis. Posteriormente, se aplicó
como herramienta de análisis el Diagrama de Pareto, también conocida como curva
80/20, el cual es una herramienta que se utiliza para priorizar los problemas o las
causas que lo generan, figura 2.
5
Fig.2.- Variables críticas en operaciones de Fracturamientos Ácidos
De acuerdo a los resultados obtenidos, figura 2, se pudo identificar que las causas
de mayor incidencia en el éxito de las operaciones de fracturamientos ácidos fueron:
1.- Análisis Geomecánico, 2.-Selección del Sistema Ácido Óptimo, 3.- Diseño y
Simulación de la fractura, 4.- Parámetros de Control de Calidad y 5.- Pruebas de
Laboratorio. Con base a los resultados del análisis, las variables de mayor incidencia
se agruparon en cuatro categorías de condiciones favorables de éxito, fig. 3
Fig.3.- Condiciones favorables para un Fracturamiento Ácido
Factores Frecuencia Acumulada Porcentaje AcumuladoAG 47 47 18% 18%
SSAO 42 89 16% 33%
DS 36 125 13% 47%
PCC 35 160 13% 60%
PL 27 187 10% 70%
IOVA 26 213 10% 79%
CFP 20 233 7% 87%
OBD 13 246 5% 92%
CLP 10 256 4% 96%
SC 9 265 3% 99%
SPC 3 268 1% 100%
Total 268 100%
Análisis de Pareto
Condiciones favorables para un
Fracturamiento Ácido
Características del Yacimiento y Petrofísicas
de la Roca
Tipo de Terminación del pozo
Selección de Fluidos Fracturantes/ Diseño
Control de Calidad
• Energía suficiente para producción del pozo
• Contenido de Reservas
• Baja permeabilidad (< 10 md pozos de aceite y < 1.0 md pozos de gas).
• Solubilidad de la roca en HCl mayor a 80%
• Perforación con el mínimo daño a la formación.
• Buena cementación de las tuberías de revestimiento.
• Selección óptima del intervalo productor.
• Terminación en agujero entubado.
• Diseño de tuberías de producción.
• Diseño optimo de disparos
• Características y propiedades de fluidos de fracturamiento.
• Fluidos fracturantes que no dañen a la formación
• Baja pérdida de fluido.
• Poder de acarreo.
• Residuos removibles de la fractura.
• Fácil de Preparar y bombeable.
• No peligroso al medio ambiente y de bajo costo.
• Establecimiento de estándares de control de calidad en:
• Pruebas de Laboratorio
• Supervisión durante todo el proceso (antes, durante y después).
• Evaluación de la efectividad de la fractura (Esperado vs Real).
0%
20%
40%
60%
80%
100%
0
50
100
150
200
250
AG SSAO DS PCC PL IOVA CFP OBD CLP SC SPC
Fre
cu
en
cia
Ac
um
ula
da
de
Po
zos
Factores de causa no considerados
Determinación de variables críticas en operaciones deFracturamientos Ácidos
Causas de Mayor Impacto
6
Metodología
Partiendo del conocimiento que en un Fracturamiento Ácido intervienen muchos
factores para poder lograr el éxito esperado, se consideró importante desarrollar una
Metodología de análisis para la
selección, diseño y ejecución de fracturamientos ácidos a pozos. La Metodología
desarrollada considera 5 procesos fundamentales:
1.- Recopilación y análisis de la información, 2.- Pruebas de Laboratorio, 3.- Diseño,
4.- Ejecución y 5.- Evaluación, figura 4.
Fig.4.- Metodología de análisis para fracturamientos ácidos
Recopilación y análisis de información
En este proceso se realiza toda la recopilación de la información técnica referente al
yacimiento y el pozo, tales como:
a) composición mineralógica de la formación, b) parámetros petrofísicos de la
formación a fracturar, c) propiedades Geomecánicas de la roca (módulo de Young,
relación de Poisson y perfil de esfuerzos), factores claves para el dimensionamiento
de la fractura a crear, d) tipo de terminación, e) hermeticidad del pozo, f) intervalo
disparado y g) tipo de pistolas utilizadas. Estos datos deben ser adquiridos,
procesados e interpretados, a fin de tomar la decisión de, si el pozo es candidato a
un fracturamiento y qué tipo debe ser aplicado4, figura 5.
Yacimiento
•Composición Litología de laformación (Caliza, Dolomías,Arenas, Arcillas)•Parámetros Petrofísicos dela roca (Permeabilidad (k),Porosidad (f), Conductividad(kh) y Saturaciones(So,Sw,Sg) )•Propiedades Geomecánicas(Módulo de Young, Relaciónde Poisson, Compresibilidadde la roca y Perfil deEsfuerzos)•Presión y Temperatura
Metodología para Fracturamientos Ácidos
Pozo
•Terminación delpozo(Estado Mecánico,Hermeticidad delpozo, selecciónóptima del intervalo,selección de tipo depistola).
Recopilación y análisis de información
Pruebas de Laboratorio
Selección de Sistemas Químicos
•Caracterización Físico-Químico de los fluidos delpozo.•Identificación del tipo ymecanismo de daño.•Pruebas de Solubilidad denúcleos de roca con HCl15%.•Pruebas de Solubilidad denúcleos de roca consistemas ácidos a evaluar.•Pruebas de Compatibilidadpor emulsión entre losfluidos del pozo y lossistemas propuestos.•Prueba de Lodo Asfáltico.•Pruebas de Grabado.•Pruebas de Velocidad deReacción.
Toma de Información adicional
Selección óptima de Sistemas
Diseño
Objetivo y geometría de la fractura
•Visión Integrada (Trabajoen equipo)•Conocimiento yexperiencia•Simulación de lageometría de la fracturacon apoyo deherramientas de software.•Análisis de Riesgo eIncertidumbre•Interpretación
Cédula de Tratamiento
Ejecución
Control de Calidad (Antes y Durante)
•Revisión de Reporte deHoja Técnica y deSistemas químicos.•Inspección de líneas debombeo, equipo debombeo y pipas dealmacenamiento desistemas químicos.•Toma de muestras desistemas químicos yverificación en laboratorio.•Prueba de Minifrac paraajuste de cédula detratamiento.•Supervisión y Monitoreode la operación
Informe Técnico de la Operación
Evaluación
Control de Calidad (Después)
•Apertura adecuada delpozo.•Recolección de muestrasde fluidos de retorno.•Pruebas de laboratorio.
Reporte Post-fractura
Mejora Continua
7
Figura 5.- Proceso de toma de decisión
La utilización de los datos en forma oportuna posee diversos beneficios económicos,
los cuales permiten minimizar los riesgos y maximizar las oportunidades de
incremento de producción con la aplicación de este tipo de tratamientos de
estimulación.
Pruebas de Laboratorio
La base fundamental de un fracturamiento ácido es la conductividad creada por el
ácido a lo largo de la fractura grabada en la roca y de esta depende del sistema
ácido a emplear, las principales pruebas de laboratorio que se deben realizar para la
selección óptima del sistema ácido son5:
a) Caracterización Físico-Química de los fluidos producidos
b) Pruebas de Solubilidad de la roca (núcleo de formación) con los sistemas
ácidos a evaluar.
c) Pruebas de compatibilidad por emulsión entre el aceite del pozo y los
sistemas ácidos a evaluar.
d) Pruebas de lodo asfáltico.
No
No
Si
Si
No
Si
Si
No
No
Selección del pozo para un fracturamiento ácido (carbonatos)
¿Pozo con potencial > 3 ó 5 veces Qoi?
¿Permeabilidad menor a 10 md?
¿Solubilidad al HCl > al
80%?
Well TestingIdentificación del tipo de mecanismo de
daño y/o causa de la baja producción
Determinar beneficios a obtener mediante unAnálisis Nodal considerando tres escenarios:
1.- Reparación (redisparo, ampliaciónintervalo y/o sistema artificial).
2.- Tratamiento Matricial.3.- Fracturamiento Ácido
¿Máximo beneficio
alcanzado por la Reparación?
¿Máximo beneficio
alcanzado por Tratamiento
Matricial?
Efectuar Fracturamiento Ácido
Reparación
Tratamiento Matricial
Reparación(Redisparar, ampliar,
limpieza, etc.)
Tratamiento Matricial
Fracturamiento Apuntalado
Si
8
e) Pruebas de grabado de la roca con los sistemas ácidos a evaluar.
f) Pruebas de velocidad de Reacción.
Para el éxito de cualquier tratamiento con ácido es importante contar con
información precisa sobre las reacciones químicas relacionadas con los minerales
de la formación. La mayoría de los datos sobre la cinética de las reacciones
químicas disponibles al público provienen de pruebas realizadas a temperaturas
inferiores a las condiciones de acidificación de la matriz en el campo, de ahí la
importancia de efectuar pruebas con núcleos de formación a condiciones de
temperatura de yacimiento.
La comprobación de nuevos tratamientos y técnicas en el laboratorio ofrecen
numerosa ventajas, incluyendo la simplicidad, el costo y la prevención de posibles
problemas en el campo. La disponibilidad de buenos datos de laboratorio permite
seleccionar adecuadamente los sistemas de tratamiento óptimos a aplicar al pozo.
El uso adecuado de las pruebas de laboratorio permite optimizar los volúmenes de
los sistemas químicos a emplear en fracturamientos ácidos, así como, identificar los
posibles problemas que se pueden dar durante el proceso de acidificación de la
roca.
En las figuras 6, 7, 8 y 9 se presentan los procesos de las pruebas de laboratorio
antes descritos.
Fig.6.- Caracterización Físico-Química
Caracterización de los fluidos producidos
•Densidad (ºAPI)•Contenido de Asfaltenos (%P)•Contenido Parafinas APM (%P)•Contenido Parafinas BPM (%P)
Aceite (%) Agua (%)Sólidos
(%)Emulsión
(%)
•Densidad (g/cm3).•Aspecto•Salinidad (ppm)•Dureza (Ca+Mg) (ppm)•pH
•Tipo de sólido (Orgánico/Inorgánico)•Solubilidad
•Contenido de Fases•Fase continua•Fase Discontinua•Solubilidad
9
Estas pruebas permiten identificar el tipo y mecanismo de daño presente en el pozo
y/o en el yacimiento, en caso de existir.
Para determinar si la formación es susceptible a la aplicación de un fracturamiento
ácido, la prueba de solubilidad de la roca con los sistemas ácidos a evaluar, permite
definir si la roca es soluble al contacto con ácido y en qué proporción, figura 7.
Fig.7.- Procedimiento de Prueba de solubilidad de la roca con sistemas ácidos
Si al aplicar la prueba a la muestra de roca de formación a fracturar con ácido se
obtienen porcentajes de solubilidad menores al 80%, es indicativo que la roca no es
susceptible a la disolución del ácido y no es candidata a un fracturamiento ácido, ya
que se obtendrá un grabado deficiente. En caso contrario, se seleccionarán aquellos
sistemas ácidos que hayan obtenido el mayor porcentaje de solubilidad de la roca.
Para definir si los sistemas ácidos y ácidos gastados en contacto con los fluidos del
yacimiento no formarán y/o crearán un daño adicional en la fractura creada, la
prueba de compatibilidad por emulsión permite determinar el grado de
compatibilidad de los sistemas ácidos-gastado y el aceite del pozo. En la figura 8 se
muestra el procedimiento.
Procedimiento de Prueba de solubilidad de la roca con ácido
Utilizar 100 ml del sistema ácidoseleccionado, incluyendo todos susaditivos
Pesar 1.0 g de muestra de núcleode formación (limpio noimpregnado de aceite)
Colocar en baño María a temperaturade 180 ºF (82 ºC) por un tiempo de 1 hr
Colocar en un vaso de precipitadolos 100 ml del sistema ácidopropuesto y 1.0 g de muestra denúcleo (roca)
Filtrar muestra con apoyo de una bombade vacio y un papel filtro No 41 y lavarresiduos del sistema
Secar muestra por 1 hora en una mufla
Pesar muestra y determinar elporcentaje de peso disuelto por elsistema ácido evaluado
Nota.- para el caso de núcleos contaminados con aceite, elprocedimiento es muy similar, únicamente se agregan 25 mlde crudo y 75 ml del sistema ácido . Cabe señalar, que enestas pruebas el poder de disolución se reduceconsiderablemente en comparación a núcleos limpios.
%CaCO3 soluble = Peso muestra ‐ Residuos
10
Fig.8.- Prueba de Compatibilidad por emulsión
El tiempo de separación de las fases no deberá ser mayor a los 30 minutos, para
garantizar que el sistema ácido reaccionará eficientemente con la roca y no
ocasionará un daño adicional. Sistemas ácidos que no rompan en este intervalo de
tiempo no deberán ser aceptados para su aplicación.
La prueba de lodo asfáltico permite definir si el sistema ácido en contacto con el
aceite del yacimiento no tiende a formar sludge o lodo asfáltico, que dañé a la
formación de manera irreversible, en la figura 9 se muestra el procedimiento de
prueba.
Fig.9.- Prueba de Lodo Asfáltico
Procedimiento de Prueba
Tomar 50 ml del aceite crudo del pozo
Preparar 50 ml del Sistema ácido a probar
Mezclar durante 35 seg en un frasco de prueba, 50 ml de aceite crudo y 50
ml del sistema ácido a probar
Colocar la mezcla a Baño María precalentado a la temperatura de
fondo de pozo
Registrar tiempo y volumen de separación de fases (ácido/aceite)
Tiempo Relación Aceite / Ácido %
Observaciones
Tiempo de Rompimiento (min) % de Rompimiento
2
4
6
8
10
15
30
60 (1 hr)
120 ( 2 hr)
% Fase Aceite
% Fase Ácido
% Emulsión
Volumen de la Emulsión (ml)
Sólidos *
Interface (Clara –Obscura-Difusa)
Procedimiento de Prueba
Una vez rota la emulsión al 100%(Prueba de Compatibilidad por
emulsión)
Pasar sistema /crudo por una malla 100
El sistema puede ser usado con confiabilidad, ya que no genera ningún
precipitado ni lodo asfáltico
No
Si
Precipitado Observación
Trazas Pocos sólidos retenidos en la malla
Moderado Mayor cantidad de sólidos retenidos
Alto Severa cantidad de sólidos retenidos
Lavar sólidos con agua caliente
Lavar sólidos con Xileno
Material Orgánico (Parafinas)
Material Orgánico (Asfaltenos)
No
Si
No
Si
Lodo Asfáltico
Sistema no compatible con el crudo, reacondicionar sistema
La probeta deprueba deberáestar limpia unavez vaciado por lamalla 100
Hay presencia
de sólidos?
11
En lo que se refiere a las pruebas de grabado de la roca y velocidad de reacción,
estas pruebas en la mayoría de los casos no se realizan y son de vital importancia
en la selección del sistema ácido, ya que éstas definen: el grado de grabado de la
roca, la heterogeneidad de la disolución de la roca y el tiempo de reacción del
sistema ácido. Considerando que un fracturamiento ácido requiere de una alta
inversión, es justificable que este tipo de pruebas de laboratorio sean solicitadas a
las compañías de servicio, con los sistemas ácidos aprobados en las pruebas de
laboratorio anteriormente descritas.
La prueba de grabado permite predecir la distancia que el ácido vivo penetrará a lo
largo de la fractura ácida inducida y la cantidad de reacción que ocurrirá en cada
segmento de la fractura, así mismo, mide la conductividad creada y la fractura ácida
grabada. La composición mineralógica de la roca es el factor más importante para
este tipo de prueba, ya que determinará el patrón de grabado heterogéneo. En la
figura 10, se muestra el equipo y los resultados que se obtienen con los núcleos de
formación.
Fig.10.- Equipo de laboratorio y muestras de roca grabada con ácido
La determinación del tiempo de velocidad de reacción del ácido con la roca, permite
definir los parámetros de diseño del Fracturamiento Ácido, tales como: volúmenes
del sistema ácido, gastos de inyección y patrones de flujo.
Todas las pruebas de laboratorio deben realizarse usando como base, el sistema
HCl al 15%, sin aditivos, a fin de que sirva como patrón de evaluación de los
sistemas ácidos a evaluar.
Los yacimientos carbonatados son, en su mayoría, solubles al ácido clorhídrico, el
cual dentro de sus funciones principales es la de crear conductos altamente
conductivos ramificados, denominados agujeros de gusano. La velocidad de
12
reacción es limitada principalmente por la difusión del HCl en la superficie de la
formación. Los agujeros de gusano en formaciones de muy baja permeabilidad
permiten mejorar en gran medida la producción de los pozos, no a través de la
remoción del daño, sino mediante a la efectiva disolución de la roca y la creación
ramificada de canales de flujo que la atraviesan.
Diseño
Una vez definido el sistema ácido óptimo a utilizar en el tratamiento de
fracturamiento ácido, se procede a realiza la simulación de las dimensiones de la
fractura a crear (longitud de fractura grabada, ancho y altura), mediante la aplicación
de herramientas de software y el empleo de toda la información recopilada y
validada del yacimiento y del pozo. En este proceso se determinan los volúmenes de
los sistemas a utilizar, los gastos de inyección y el programa de bombeo, figura 11.
Figura 11.- Diseño y simulación de la fractura
El diseño de fracturamiento y el pronóstico de producción deben realizarse en forma
interactiva, considerando para la producción post-fractura: a) la contribución
productiva con fracturamiento del espesor neto de la formación que estará
conectada a la fractura diseñada y b) la contribución normal de otros intervalos
abiertos.
Control de Calidad antes del Fracturamiento
Antes de efectuar el Fracturamiento Ácido en campo, es necesario establecer
parámetros de control de calidad que permitan asegurar que la preparación de los
sistemas químicos (fluido fracturante y ácido), cumplen con las características y
Cédula de Bombeo
Sistemas m3 gal Gasto (bpm)
AQUAVIS 20 8 2000 15
Shut‐in 0 0 0
SOLVENTE 8 2000 15
AQUAVIS 20 8 2000 15
15%HCL+10%ACETICO 80 21134 15
20%HCL 10 2642 15
SOLVENTE 6 1600 10
AQUAVIS 20 15 4000 5
13
propiedades determinadas a nivel laboratorio, para ello, se deben recuperar
muestras de los sistemas preparados y verificar en el laboratorio la efectividad de
estos, en caso de que no pasen se deberán reacondicionar los sistemas hasta lograr
el cumplimiento total de las pruebas de laboratorio. Por otra parte, se debe realizar
una inspección de todos los equipos, tanto de trasportación de fluidos como de
bombeo, tales como, líneas de conexión limpias, tanques de bombeo sin presencia
de residuos de otros tratamientos y funcionamiento de instrumentación de medición,
figura 12.
Fig.12.- Proceso de Control de Calidad antes de Fracturar
Ejecución y Control de Calidad durante la Operación
Durante la operación del fracturamiento, principalmente en la prueba de MiniFrac, se
obtienen los parámetros operativos, información cualitativa de las propiedades
mecánicas de la roca y la propagación de la fractura, así como, también indicadores
cualitativos de la calidad de la roca del yacimiento. Esta información obtenida en
tiempo real, son de gran ayuda para rediseñar el fracturamiento final a aplicar al
pozo.
Aplicar tratamientode Fracturamiento Ácido
Control de Calidad Antes del Fracturamiento
ácido
Revisar hoja de reportetécnico y químico
Inspección de sistemas y líneas de bombeo(se encuentren limpias)
Recuperar de las pipas presentes en el pozo, muestra de los sistemas a bombearse. Así
también recuperar una muestra de aceite del pozo a fracturar, si no se tiene correlacionar
con un pozo vecino.
Analizar lo siguiente:•Determinar concentración del ácido•Verificar que el sistema esté libre de sólidos•Realizar pruebas de compatibilidad poremulsión
¿La calidad de los
sistemas cumple?
No Sí
Cía. de servicios debeajustar el sistema
14
A fin de asegurar que la operación se ejecute de acuerdo a lo diseñado y planeado,
de igual manera se deben establecer parámetros de control de calidad durante este
proceso, figura 13.
Fig.13.- Proceso de Control de Calidad durante el fracturamiento
En la medida que se establezcan indicadores de control de calidad a lo largo de todo
del proceso del fracturamiento, será el reflejo de los resultados que se obtendrán.
Consideraciones de éxito o fracaso
El primer factor de éxito para obtener una fractura ácida es conseguir la creación de
una longitud de grabado de la roca apropiada; sin embargo, el ácido posee
características propias que hacen que no sea fácil alcanzar este objetivo. La primera
de ellas es su viscosidad, básicamente la del agua, lo cual ocasiona que el ácido se
filtre muy rápidamente a través de las paredes de la formación o peor aún, a través
de las fracturas naturales propias de un carbonato; de esta manera es imposible
generar geometría de fractura y menos aún poder extender la misma.
La segunda característica del ácido que trabaja en contra de conseguir una longitud
de fractura apropiada es la velocidad de reacción del mismo con las formaciones
carbonatadas. Esta característica hace que el ácido se consuma rápidamente en las
Monitorear Presiones y Volúmenes de Fluidos
Control de Calidad Durante el Fracturamiento
ácido
Realizar análisis de bombeo de inyección
previo al Fracturamiento
Continuar con programa de Fracturamiento Ácido
¿Diseño requiere ajuste?
No
Sí
Si
Ajustar Volúmenes de Sistemas Gel de Fractura
y Sistemas Ácidos
Verificar cambios de fluidos (gel, ácido, divergentes, etc)
Adquisición en tiempo real del tratamiento de
fractura
Cerrar pozo y desconectar protector de árbol y líneas de bombeo
Elaborar reporte de bombeo de Fractura
Entregar registros “ASCII” de la operación
15
cercanías del pozo perdiendo su capacidad de continuar grabando las paredes de
las caras de la fractura a mayor distancia6.
Para contrarrestar estos efectos existen tres tipos de formas para retardar la
velocidad de reacción del ácido, la primera es mediante el uso de gelificantes, la
segunda es mediante el uso de emulsiones y la tercera es mediante el uso de
sistemas ácidos orgánicos (mezclas de ácidos orgánicos e inorgánicos)7.
La segunda consideración de éxito es el grabado de las paredes de la roca;
conforme el ácido es bombeado hacia lo largo de la fractura creada, porciones de las
caras de la fractura son disueltas. A partir de que el ácido contacta a la roca tiende a
grabarla de una manera no uniforme para crear canales de flujo conductivos, los
cuales usualmente permanecerán abiertos hasta que la presión de bombeo sea
liberada y la fractura se cierre. Para que esto se dé estará en función de la
heterogeneidad de la roca, es decir, minerales que reacciones con diferentes
velocidades al paso del ácido.
La mayoría de los fracasos obtenidos de los fracturamientos ácidos se debió a que
se tenían formaciones muy homogéneas y el grabado fue uniforme, es decir, se
crearon canales en ambas caras de las fracturas paralelas, reduciendo con ello, en
gran medida la conductividad de la fractura al liberarse la presión de inyección.
Evaluación Post-Fractura
Los principales objetivos de la evaluación post-fractura son: 1) conocer lo que
realmente se alcanzó con el fracturamiento: cómo es la fractura grabada generada,
orientación y comportamiento de la producción del pozo y 2) comparar los resultados
operativos, productivos y económicos con los pronósticos diseñados, a fin de
mejorar el proceso de selección de candidatos, el diseño y la capacidad de
pronósticos a fracturamientos futuros.
Las dimensiones de la geometría de la fractura, es decir, su longitud, altura y
conductividad, pueden ser obtenidas mediante el análisis de los perfiles de
temperatura después del MiniFrac para determinar la altura, para la longitud y
conductividad se pueden determinar a partir de las pruebas de incremento de
presión y la aplicación de modelos de simulación de yacimiento con fractura de
conductividad finita. El patrón de flujo bi-lineal y lineal impuesto por la fractura tiene
16
una expresión típica en el comportamiento de la derivada de presión, que la
diferencia del flujo radial, previo al fracturamiento.
La otra forma de dimensionar la geometría de la fractura es mediante el ajuste de los
gastos y presiones registrados durante el tratamiento.
Control de Calidad después del Fracturamiento.
Para establecer si los sistemas empleados durante es tratamiento de fracturamiento
ácido lograron reaccionar totalmente con la formación y alcanzaron su objetivo, es
necesario realizar una vez terminada la operación y abierto el pozo para su limpieza,
tomar muestras de fluidos de reacción cada 3 horas, para su análisis a nivel
laboratorio, así como, dar un seguimiento en el comportamiento de la presión del
pozo y de los volúmenes de fluidos desalojados.
En la figura 14 se muestra el proceso de control de calidad a aplicarse después de
realizado el fracturamiento al pozo.
Fig. 14.- Proceso de control de calidad después de fracturar.
El administrar la energía del yacimiento será un factor clave para el desalojo de los
fluidos de reacción y la limpieza del pozo.
Resultados
Con base al análisis de la información obtenida de los 212 pozos fracturados con
ácido en formaciones carbonatadas de baja permeabilidad, se logró:
1. Identificar las variables que afectan el éxito o fracaso de un fracturamiento ácido.
Control de Calidad Después del tratamiento
Abrir pozo inmediatamente después de la inyección de los
fluidos bombeados
Recuperar muestras de fluidos de retorno, cada 3 hrs hasta que
estabilice y limpie el pozo
Efectuar en Laboratorio análisis de los fluidos recuperados y determinar:
•Concentración del ácido•pH•Contenido de fierro•Presencia de emulsiones•Cantidad, tamaño y tipo de sólidos•Evidencia de alguna precipitación
Elaborar un reporte final de evaluación,incluyendo informe post-fractura, y pruebas defluidos de retorno
17
2. Desarrollar una metodología de análisis para este tipo de operaciones.
3. Establecer procedimientos de pruebas de laboratorio y procesos de análisis en
base a resultados de pruebas de sistemas ácidos con aceites crudos y núcleos
de formación representativos de las formaciones productoras en carbonatos y
pruebas especiales (grabado y velocidad de reacción), permitiendo con ello
definir los estándares de aceptación para la selección óptima de los sistemas
químicos.
4. Para incrementar el éxito de las operaciones de fracturamientos ácidos en
campo, se definieron procesos de control de calidad antes, durante y después,
los cuales involucran una serie de actividades a realizar para minimizar el riesgo
y/o fracaso de las operaciones.
5. Así mismo, se determinó que la utilización de datos de campo en forma oportuna
permite obtener diversos beneficios económicos y aplicar rápidos procedimientos
de toma de decisiones para minimizar las pérdidas y maximizar las
oportunidades de incremento de producción.
6. Por otra parte, se estableció la importancia de dar un seguimiento a las
actividades operativas que realizan las compañías de servicios vía convenios
marco, con el objeto de correlacionar los costos operativos con los resultados y
beneficios obtenidos en el sostenimiento y/o incremento de la producción.
Conclusiones
El desarrollo de esta metodología, la elaboración de procedimientos de pruebas de
laboratorio y los procesos de control de calidad servirán como guía para:
Mejorar el porcentaje de éxito de operaciones de fracturamientos ácidos en
México.
Establecer toma de decisiones oportunas en las operaciones de
fracturamientos ácidos.
Seleccionar si el pozo es candidato a este tipo de tratamiento.
Seleccionar óptimamente los sistemas ácidos con base a los resultados de
pruebas de laboratorio con fluidos del pozo y núcleos de la formación, para
crear una longitud de fractura grabada apropiada.
Generar fracturas grabadas no uniformes en la roca para crear canales de
flujo altamente conductivos que permanezcan abiertos cuando la presión de
bombeo sea liberada y la fractura se cierre.
18
Tener un control de calidad a lo largo de todo el proceso (antes, durante y
después), que permita asegurar la ejecución de las operaciones de acuerdo a
los programas de diseño.
Diseñar fracturamientos ácidos con una visión integrada.
Incrementar el factor de éxito en este tipo de tratamiento en yacimientos de
baja permeabilidad.
Referencias
1. Meng HZ “Design of propped Fracture Treatments” Economides MJ y Nolte KG (eds):
Reservoir Stimulation.
2. Al-Anzi E, Al-Mutawa M, Al-Habib N, Al- Mumen A, Nasr-El-Din, Alvarado O, Brady
M, Davies S, Fredd C, FuD, Lungwite B, Huidobro E, Jemmali M, Samuel M y Sandhu
D “Reacciones positivas en la estimulación de yacimientos carbonatados”, Oilfield
Review 15, No. 4 (primavera de 2004):30-47 pag.
3. Sierra José, Halliburton Energy Services, Ortega Luis, PDVS Exploración y
Producción “Técnicas de Evaluación del Fracturamiento Hidráulico Oriente de
Venezuela” INGEPET 99 Expl-5-JS-15.
4. Peter Greaves “Well Productivity”, January 1995.
5. API Recommended Practices for Laboratory Testing of Surface Active Agents for Well
Stimulation”, API-RP-42 second edition, January 1977. And Manual of petroleum
Measurement Standards Chapter 10- Sediment an Water, first edition, April 1981.
6. Juan C. Antoci, Luis A. Anaya “Experiencias de fracturas ácidas en el yacimiento
Lindero atravesado, Neuquén, Argentina
7. B.B. William & D.E. Nierode “Design of Acid Fracturing Treatments”- paper SPE No.
3720.
