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  • 2007 Weatherford. All rights reserved.

    Fracturamiento Hidrulico en Pozos de Shale Gas

    Juan Bernardo Nieto A.

    Reservoir Stimulation Engineer

  • 2007 Weatherford. All rights reserved. 1

    Agenda

    Introduccin al Fracturamiento Hidrulico.

    Fracturamiento Hidrulico en Shale Gas.

    Shale Gas en Colombia.

    Equipos Fracturamiento Hidrulico y Coiled Tubing.

    Laboratorios Estimulacin.

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    Fracturamiento Hidrulico

    Es el proceso de producir un camino/canal para incrementar la conductividad desde el yacimiento al

    wellbore.

    La fractura se genera aplicando presin de fluido a la formacin.

    La conductividad se crea ubicando un material resistente al crush dentro de la fractura.

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    Caractersticas Bsicas de una Fractura

    Altura

    Longitud Ancho

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    Caractersticas de la Fractura

    Conductividad de la Fractura Apuntalada:

    Capacidad de flujo de la fractura.

    Igual a la permeabilidad del apuntalante por el ancho promedio apuntalado.

    A mayor conductividad, mayor productividad hasta un punto.

    Longitud de la Fractura Apuntalada:

    A mayor longitud, mayor productividad siempre que exista suficiente conductividad.

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    En Formaciones de Alta Permeabilidad se requieren fracturas cortas y anchas.

    Productividad limitada por la conductividad de la fractura.

    Fracturas diseada para un mximo ancho apuntalado.

    Longitud apuntalada es menos importante.

    Alta vs. Baja Permeabilidad

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    Alta vs. Baja Permeabilidad

    En Formaciones Baja Permeabilidad Shale se requieren fracturas largas y delgadas.

    Productividad limitada por la capacidad de la formacin para entregar hidrocarburos a la fractura.

    Fcil para hacer fracturas significativamente ms conductivas que la formacin.

    Fracturas diseadas para un rea de flujo mxima (ejemplo, mxima longitud).

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    Factores del Diseo

    Permeabilidad

    Permeabilidad de la Formacin.

    Apuntalante en la Fractura.

    Permeabilidad del Apuntalante.

    Condiciones de Produccin Post-Tratamiento.

    Fracturas Acidas

    Conductividad de la Fractura.

    LA PERMEABILIDAD DE LA FORMACION ES LA PIEZA

    MAS IMPORTANTE QUE SE NECESITA PARA DISEAR

    UN TRABAJO DE FRACTURAMIENTO HIDRAULICO

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    Factores del Diseo

    Compatibilidad con Fluidos de Formacin

    No deben reaccionar con minerales de la formacin.

    No deben afectar la humectabilidad y la permeabilidad relativa.

    No debe dejar residuo de polmero en la formacin o en el paquete apuntalado.

    El lquido no debe formar bloques inmviles de fluidos en la formacin.

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    Factores del Diseo

    Perforaciones, tienen mucha influencia en el xito de los trabajos de fracturamiento hidrulico:

    Minimizar la tortuosidad.

    Controlar la iniciacin de la fractura.

    Eliminar mltiples fracturas.

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    Fluidos Fracturamiento Hidrulico

    10

    FRACTURAM

    IENTO

    Dyna frac

    Acid frac

    Aqua Vis

    N2 FF

    Magnum frac

    CMHPG + Zirconatos

    Hasta 375F

    Oil Vis

    Diesel o crudo

    gelificado

    CO2 FF

    Base agua

    Goma Guar refinada

    Boratos

    70-250F

    HCl gelificado

    Gel lineal

    Goma Guar o CMHPG

    Sistemas de

    fractura nitrificados

    y espumados

    Sistemas carbonatados

    y espumados

    Solo Vis

    1 sfte en 4% KCl

    Espumado con N2 o CO2

    Hasta 225F

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    Apuntalante

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    Use la Mejor Calidad de los Apuntalantes Disponibles

    0 2000 4000 6000 8000 0

    600

    Closure Stress, psi

    Permeabilidad de los Apuntalantes

    0 2000 4000 6000 8000 0

    100

    200

    300

    400

    500

    600

    Perm

    eabili

    ty, darc

    ies

    20/40 Carbolite

    20/40 Econoprop

    20/40 Frac Sand

    Flujo Darcy Una Fase

    Closure Stress, psi

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    0

    200

    400

    600

    800

    1000

    1200

    1400

    1600

    1800

    0 2000 4000 6000 8000 10000 12000Stress (psi)

    Refe

    ren

    ce C

    on

    du

    cti

    vit

    y (m

    D-f

    t)

    40/80 CARBOHydroprop

    40/70 Premium Resin Coated Sand

    40/70 Resin Coated Sand

    40/70 White Sand

    40-120%

    Improvement

    40-150%

    Improvement

    Mayor Desempeo, con 40-150% ms Conductividad

    entre Arena y Resina Sintticas 40/70 a 6k y 8k psi

    Mayor Conductividad

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    Diagrama de Flujo Fracturamiento Hidrulico

    14

    Obtain Well Data:

    Logs, DSTs, Mud Logs,Production History

    (If Any), PVT Data,

    Completion Diagram,

    Previous Treatment

    Use Nodal

    Analysis or Similar

    History Match

    Production Data

    Establish Base

    Case Production

    Input Speculative Fracture

    Geometry into Production

    Simulator

    Run Production

    Simulation with Fracture

    Optimum

    Fracture

    Geometry?

    Design Treatment for

    Optimum Fracture Geometry

    Using Fracture Simulator

    Preliminary

    Treatment

    Schedule

    SRT Schedule

    Minifrac Schedule1

    NO

    YES

    1

    Mobilize Equipment.

    Material and

    Personnel

    Rig Up, Mix Fluids,

    Pressure Test

    Pre-Job Safety

    Meeting

    Pump Step Rate

    Test (Step Up and

    Step Dow)

    Real Time

    Data Modeling

    Analyze SRT

    Data

    Fracture Extension

    Pressure, Near

    Wellbore Friction Is NWF

    Significant?

    Pump Minifrac

    With Proppant Slugs

    Pressure Rise

    due to Prop.

    Slugs?

    Pump Proppant Slugs

    as per SPE 25892

    Real Time Data

    ModelingPump Minifrac

    2

    NO

    YES

    NO YES

    2

    Pressure Match Simulator

    Output to Minifrac Data

    E, v, Klc,

    Pnet; Pclosure; n fracFinal Treatment

    DesignRe-Design

    Treatment

    Load Proppant & Additives. Mix

    Fluids

    Pre-Job

    Safety

    Meeting

    Pump

    Treatment

    Premature

    Screenout?

    Real Time

    Data

    Modeling

    Monitor Pressure until

    Closure

    Shut in Well &

    Bleed Off Pressure

    Wait for Fluid

    Sample to Break

    Flow Back

    Well

    Analyze

    Treatment

    Data

    Rig Down

    Post Job

    Report

    YES

    NO

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    Proyectos de Shale Gas en el Mundo

  • 2007 Weatherford. All rights reserved.

    R. Fulks Oct 2010 GBD

    Barnett Marcellus Montney Horn River Haynesville Eagle Ford Woodford Fayetteville Utica Niobrara

    Antrim Monterey Mancos

    Regiones con Shale Gas en Norte Amrica

    Norte Amrica

    Ms de 2000 rigs en 2009-2010

    53% de todos los rigs perforan

    en shale

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    Proyectos de Shale Gas en Colombia

    AREAS CON MAYOR POTENCIAL EN SHALE GAS

    Valle del Magdalena Medio Cundinamarca Catatumbo

    COMPAIAS OPERADORAS

    Ecopetrol S.A. Nexen Occidental de Colombia

    POZOS PERFORADOS

    Pozo La Luna-1 de Ecopetrol S.A. Pozo Sueva-1 de Nexen Pozo Junn-1 de Nexen

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    Proyectos de Shale Gas en Colombia

    MAGDALENA MEDIO (VMM)

    Formacin La Luna, miembros

    Pujaman y Salada

    CUNDINAMARCA

    Formacin Chipaque

    Formacin Villeta

    CATATUMBO

    Formacin La Luna

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    Caractersticas Yacimientos de Shale Gas

    Por lo general cubren grandes reas onshore (hasta ahora).

    La mayora de los shales son yacimientos naturalmente fracturados.

    Permeabilidad de la matriz baja.

    Se requiere anlisis de ncleos.

    Los pozos horizontales se usan

    para desarrollo.

    Los pozos requieren mltiples

    etapas a fracturar.

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    La seleccin de candidatos significa garantizar suficientes reservas para justificar el tratamiento:

    Radio de drenaje

    Espesor neto

    Porosidad

    Saturacin

    Presin de Yacimiento

    Seleccin de Pozos Candidatos

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    Fracturamiento Hidrulico en Shale Gas

    21

  • 2007 Weatherford. All rights reserved. Slide 22 of 69

    Fracturamiento Hidrulico en Shale Gas

  • 2007 Weatherford. All rights reserved. Slide 23 of 69

    Fluido de Fractura

    El fluido de fractura desempea 2 funciones durante el tratamiento:

    Transferir energa desde las bombas de fractura a la formacin, creando la fractura.

    Transportar y mantener en suspencin el apuntalante.

  • 2007 Weatherford. All rights reserved. Slide 24 of 69

    Con el fin de generar el incremento mximo de produccin posible, un fluido de fractura debe:

    Ser compatible con minerales de la formacin.

    Minimizar el dao en el paquete apuntalado y que rodea la formacin.

    Recuperarse fcilmente despus del tratamiento.

    Fluido de Fractura

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    Fluidos vs. Tipos de Shale

    25

    Shales Isotrpicos-Frgil

    Fluidos de baja viscosidad o agua

    Concentraciones bajas de arena

    Shales Anisotrpicos-

    Dctil

    Incrementar viscosidad o fluidos hbridos

    Necesita ms conductividad

    Schedules alternativos con fluidos y apuntalantes

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    Fracturas Hbridas

    Fracturas Hbridas

    Opcin A (Formacin Isotrpica - Frgil):

    Consiste en bombear agua en el pad.

    Despus del pad bombear gel lineal.

    Carga de gel mnima (10-15 #).

    Concentracin de apuntalante adicionado hasta 2.5 ppa.

    26

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    Opcin B (Formacin Anisotrpica - Dctil):

    Consiste en bombear agua en el pad.

    Despus del pad bombear fluido de fractura convencional.

    Carga de gel mnima (15-30#) dependiendo de la temperatura.

    Concentracin de apuntalante adicionado hasta 6-8 ppa.

    Hasta 10,000 lb/ft.

    27

    Fracturas Hbridas

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    Fluidos de Tratamiento

    Trabajos con 100% agua fueron usados inicialmente.

    Slickwater - Agua fresca o salmuera con Reduc. Friccin.

    Gel lineal : 10# a 20# goma guar (WGA-15L).

    Fluido Entrecruzado Crosslink: Dynafrac 10# a 20#.

    Fluidos Hbridos: Incrementar la viscosidad con el incremento de la concentracin de apuntalante:

    Slickwater > Gel lineal 10# > Gel lineal 20# > Dynafrac 20#

    Acido (tpicalmente HCl 15% con surfactantante, inhibidor y control de hierro):

    Desplazar el cido antes de comenzar con el tratamiento principal.

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    Sistemas Propuestos para Fracturar Shale

    29

    Composicin por 1000 gls

    SLICKWATER

    WFR-55LA, Friction Reducer 1

    WNE-342LN, Surfactant 1

    Bio-Clear 5000, Bactericide 0.2

    AQUAVIS 10G Gel lineal

    WGA-15L, Slurried Gelling Agent 2.5

    WIC-641L, Iron Control Agent 0.2

    WFR-55LA, Friction Reducer 1

    Bio-Clear 5000, Bactericide 0.2

    WNE-342LN, Surfactant 1

    WIC-641L, Iron seq 0.2

    Fluidos Lineales

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    Fluidos Entrecruzados

    30

    DYNAFRAC HT 20 Gel entrecruzado WGA-15L, Slurried Gelling Agent 5

    WIC-641L, Iron Control Agent 0.5

    WFR-55LA, Friction Reducer 1

    Bio-Clear 5000, Bactericide 0.2

    WXL-101L, Crosslinker 0.8

    WXL-105L, Crosslinker 0.2

    WPB-584L, pH Adjusting Agent 1.5

    WNE-342LN, Surfactant 1

    WBK-143L, Delayed Breaker 0.5

    DynaFrac HT 35 Gel entrecruzado

    WGA-15L, Slurried Gelling Agent 8.75

    Bio-Clear 5000, Bactericide 0.2

    WCS-631LC, KCl Substitute 1

    WXL-101L, Crosslinker 1.4

    WXL-105L, Crosslinker 0.5

    WPB-584L, pH Adjusting Agent 1.5

    WNE-342LN, Surfactant 1

    WBK-145L, Delayed Breaker 1

    WZZ-905L, Breaker Catalyst 0.1

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    Prcticas en Formaciones de Shale

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    Equipos Fracturamiento Hidrulico

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    Equipos Fracturamiento Hidrulico

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    Equipos de Coiled Tubing

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    Equipos de Coiled Tubing

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    LABORATORIOS WEATHERFORD

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    Wellsite Core Handling & Preservation ,Rock Properties - Sorption Characterization -

    Unconventional Reservoir Engineering

    Geochemical Testing and Database Management

    TICORA Geosciences Denver, CO

    OMNI Laboratories Houston, TX ResLab

    Norway

    Humble Instruments & Services Houston, TX

    Hycal Energy Research Laboratories

    Canada

    Tesseract Corporation Denver, CO Baseline Resolution

    Houston, TX InfoLogic Houston, TX

    _______________

    ACS Laboratories Australia

    SERVICIOS INTEGRADOS DE LABORATORIO

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    Capacidades norteamrica

    Servicios Integrados de Laboratorio

    Capacidades latino norteamrica

    Wellsite Services Reservoir Fluids - Sampling Services Coal In-situ Wellsite Permeability (Injection Fall Off Test) Sample Handling & Preparation Routine Core Analysis - Laboratory Services Shale Rock Properties Shale Gas Content and Composition Coal Bed Methane Analysis Petrography and Reservoir Geology Fluid Inclusions Stratigraphy Biostratigraphy Organic Petrography Organic Geochemistry

    SCAL: Electrical Properties / Capillary Pressure at elevated P & T SCAL: Relative Permeability Ambient & elevated P & T SCAL: Relative Permeability Reservoir conditions / live fluids SCAL: Mercury Injection Capillary Pressure Advanced Reservoir Studies Formation Damage Studies Rock Mechanics NMR Services PVT Services Sand Control Consultancy; Geology, Production, Reservoir Engineering Storage, Logistics & Viewing Services.

    Wellsite Services Wellsite Analysis - Reservoir Fluids Reservoir Fluids Sampling Services Coal In-situ Wellsite Permeability (Injection Fall Off Test) Tracer Wellsite Measurement of Mud Filtrate Invasion Sample Handling & Preparation Routine Core Analysis - Laboratory Services

    Petrography Biostratigraphy SCAL: Electrical Properties / Capillary Pressure at elevated P & T SCAL: Relative Permeability Ambient & elevated P & T SCAL: Mercury Injection Capillary Pressure Formation Damage Studies PVT Services Sand Control Storage, Logistics & Viewing Services

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    Trondheim

    Oslo

    Bergen

    Stavanger

    Tripoli Kuwait

    Dhahran

    Abu Dhabi

    Muscat

    Winfrith

    East Grinstead (London)

    Rio de Janeiro

    Port of Spain Villahermosa

    Maracaibo

    Poza Rica

    St. Johns, Newfoundland

    Anchorage

    Calgary

    Bakersfield

    Casper

    Denver

    Corpus Christi

    Jackson

    New Orleans Midland

    Houston

    Situacin Geogrfica Actual en laboratorios

    Trondheim

    Oslo

    Bergen

    Stavanger

    Tripoli Kuwait

    Dhahran

    Abu Dhabi

    Muscat

    Winfrith

    East Grinstead (London)

    Rio de Janeiro

    Port of Spain Villahermosa

    Maracaibo

    Poza Rica

    St. Johns, Newfoundland

    Anchorage

    Calgary

    Bakersfield

    Casper

    Denver

    Corpus Christi

    Jackson

    New Orleans Midland

    Houston

    Trondheim

    Oslo

    Bergen

    Stavanger

    Tripoli Kuwait

    Dhahran

    Abu Dhabi

    Muscat

    Winfrith

    East Grinstead (London)

    Rio de Janeiro

    Port of Spain Villahermosa

    Maracaibo

    Poza Rica

    St. Johns, Newfoundland

    Anchorage

    Calgary

    Bakersfield

    Casper

    Denver

    Corpus Christi

    Jackson

    New Orleans Midland

    Houston

    Trondheim

    Oslo

    Bergen

    Stavanger

    Tripoli Kuwait

    Dharan

    Abu Dhabi

    Muscat

    Winfrith

    East Grinstead (London)

    Rio de Janeiro

    Port of Spain

    Villahermosa

    Maracaibo

    Poza Rica

    St. Johns, Newfoundland

    Anchorage

    Calgary

    Bakersfield

    Casper

    Denver

    Corpus Christi

    Jackson

    New Orleans

    Midland

    Houston

    Brisbane

    Perth

    Dunedin

    Kolkata

    Gebung

    Songhkla

    Ahmedabad

    Ayutthaya

    38 Laboratorios en 18 Paises

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