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Fracturamiento Hidráulico en Pozos de Shale Gas

Juan Bernardo Nieto A.

Reservoir Stimulation Engineer

© 2007 Weatherford. All rights reserved. 1

Agenda

• Introducción al Fracturamiento Hidráulico.

• Fracturamiento Hidráulico en Shale Gas.

• Shale Gas en Colombia.

•Equipos Fracturamiento Hidráulico y Coiled Tubing.

• Laboratorios Estimulación.


Fracturamiento Hidráulico

• Es el proceso de producir un camino/canal para

incrementar la conductividad desde el yacimiento al

wellbore.

– La fractura se genera aplicando presión de fluido a

la formación.

– La conductividad se crea ubicando un material

resistente al “crush” dentro de la fractura.


Características Básicas de una Fractura

Altura

Longitud Ancho


Características 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.


• En Formaciones de Alta Permeabilidad se requieren

fracturas cortas y anchas.

– Productividad limitada por la conductividad de la

fractura.

– Fracturas diseñada para un máximo ancho

apuntalado.

– Longitud apuntalada es menos importante.

Alta vs. Baja Permeabilidad


Alta vs. Baja Permeabilidad

• En Formaciones Baja Permeabilidad ‘Shale’ se requieren

fracturas largas y delgadas.

– Productividad limitada por la capacidad de la formación

para entregar hidrocarburos a la fractura.

– Fácil para hacer fracturas significativamente más

conductivas que la formación.

– Fracturas diseñadas para un área de flujo máxima

(ejemplo, máxima longitud).


Factores del Diseño

• Permeabilidad

– Permeabilidad de la Formación.

– Apuntalante en la Fractura.

• Permeabilidad del Apuntalante.

• Condiciones de Producción Post-Tratamiento.

– Fracturas Acidas

• Conductividad de la Fractura.

LA PERMEABILIDAD DE LA FORMACION ES LA PIEZA

MAS IMPORTANTE QUE SE NECESITA PARA DISEÑAR

UN TRABAJO DE FRACTURAMIENTO HIDRAULICO



• Compatibilidad con Fluidos de Formación

– No deben reaccionar con minerales de la formación.

– No deben afectar la humectabilidad y la permeabilidad

relativa.

– No debe dejar residuo de polímero en la formación o

en el paquete apuntalado.

– El líquido no debe formar bloques inmóviles de fluidos

en la formación.



• Perforaciones, tienen mucha influencia en el éxito de

los trabajos de fracturamiento hidráulico:

– Minimizar la tortuosidad.

– Controlar la iniciación de la fractura.

– Eliminar múltiples fracturas.


Fluidos Fracturamiento Hidráulico

10

FRACTURAM

IENTO

Dyna frac

Acid frac

Aqua Vis

N2 FF

Magnum frac

CMHPG + Zirconatos

Hasta 375°F

Oil Vis

Diesel o crudo

gelificado

CO2 FF

Base agua

Goma Guar refinada

Boratos

70-250°F

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 225°F


Apuntalante


• 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


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 Desempeño, con 40-150% más Conductividad

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

Mayor Conductividad


Diagrama de Flujo Fracturamiento Hidráulico

14

Obtain Well Data:

Logs, DST’s, 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


Proyectos de Shale Gas en el Mundo


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 América

Norte América

• Más de 2000

rigs en 2009-2010

• 53% de todos

los rigs perforan

en shale


Proyectos de Shale Gas en Colombia

AREAS CON MAYOR POTENCIAL EN SHALE GAS

•Valle del Magdalena Medio

•Cundinamarca

•Catatumbo

COMPAÑIAS OPERADORAS

•Ecopetrol S.A.

•Nexen

•Occidental de Colombia

POZOS PERFORADOS

•Pozo La Luna-1 de Ecopetrol S.A.

•Pozo Sueva-1 de Nexen

•Pozo Junín-1 de Nexen


Proyectos de Shale Gas en Colombia

MAGDALENA MEDIO (VMM)

Formación La Luna, miembros

Pujamaná y Salada

CUNDINAMARCA

Formación Chipaque

Formación Villeta

CATATUMBO

Formación La Luna


Características Yacimientos de Shale Gas

• Por lo general cubren grandes áreas onshore (hasta ahora).

• La mayoría de los shales son yacimientos naturalmente fracturados.

• Permeabilidad de la matriz baja.

• Se requiere análisis de núcleos.

• Los pozos horizontales se usan

para desarrollo.

• Los pozos requieren múltiples

etapas a fracturar.


• La selección de candidatos significa garantizar suficientes

reservas para justificar el tratamiento:

– Radio de drenaje

– Espesor neto

– Porosidad

– Saturación

– Presión de Yacimiento

Selección de Pozos Candidatos


Fracturamiento Hidráulico en Shale Gas

21

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Fracturamiento Hidráulico en Shale Gas


Fluido de Fractura

• El fluido de fractura desempeña 2 funciones durante el

tratamiento:

– Transferir energía desde las bombas de fractura a la

formación, creando la fractura.

– Transportar y mantener en suspención el apuntalante.


• Con el fin de generar el incremento máximo de

producción posible, un fluido de fractura debe:

– Ser compatible con minerales de la formación.

– Minimizar el daño en el paquete apuntalado y que

rodea la formación.

– Recuperarse fácilmente después del tratamiento.

Fluido de Fractura


Fluidos vs. Tipos de Shale

25

Shales Isotrópicos-Frágil

• Fluidos de baja

viscosidad o agua

• Concentraciones bajas

de arena

Shales Anisotrópicos-

Dúctil

• Incrementar viscosidad o

fluidos híbridos

• Necesita más

conductividad

• Schedules alternativos

con fluidos y apuntalantes


Fracturas Híbridas

• Fracturas Híbridas

Opción A (Formación Isotrópica - Frágil):

– Consiste en bombear agua en el pad.

– Después del pad bombear gel lineal.

– Carga de gel mínima (10-15 #).

– Concentración de apuntalante adicionado hasta 2.5

ppa.

26


Opción B (Formación Anisotrópica - Dúctil):

– Consiste en bombear agua en el pad.

– Después del pad bombear fluido de fractura

convencional.

– Carga de gel mínima (15-30#) dependiendo de la

temperatura.

– Concentración de apuntalante adicionado hasta 6-8

ppa.

– Hasta 10,000 lb/ft.

27

Fracturas Híbridas


Fluidos de Tratamiento

• Trabajos con 100% agua fueron usados inicialmente.

• Slickwater - Agua fresca o salmuera con Reduc. Fricción.

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

• Fluido Entrecruzado “Crosslink”: Dynafrac 10# a 20#.

• Fluidos Híbridos: Incrementar la viscosidad con el incremento de la

concentración de apuntalante:

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

• Acido (típicalmente HCl 15% con surfactantante, inhibidor y control

de hierro):

– Desplazar el ácido antes de comenzar con el tratamiento

principal.


Sistemas Propuestos para Fracturar Shale

29

Composición 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




WIC-641L, Iron seq 0.2

Fluidos Lineales


Fluidos Entrecruzados

30

DYNAFRAC HT 20 Gel entrecruzado

WGA-15L, Slurried Gelling Agent 5

WIC-641L, Iron Control Agent 0.5



WXL-101L, Crosslinker 0.8


WPB-584L, pH Adjusting Agent 1.5


WBK-143L, Delayed Breaker 0.5

DynaFrac HT 35 Gel entrecruzado

WGA-15L, Slurried Gelling Agent 8.75


WCS-631LC, KCl Substitute 1



WPB-584L, pH Adjusting Agent 1.5


WBK-145L, Delayed Breaker 1

WZZ-905L, Breaker Catalyst 0.1


Prácticas en Formaciones de Shale


Equipos Fracturamiento Hidráulico


Equipos Fracturamiento Hidráulico


Equipos de Coiled Tubing


Equipos de Coiled Tubing


LABORATORIOS WEATHERFORD


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


Capacidades norteamérica

Servicios Integrados de Laboratorio

Capacidades latino norteamérica

•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


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. John’s, Newfoundland

Anchorage

Calgary

Bakersfield

Casper

Denver

Corpus Christi

Jackson

New Orleans Midland

Houston

Situación Geográfica Actual en laboratorios

Trondheim

Oslo

Bergen

Stavanger

Tripoli Kuwait

Dhahran

Abu Dhabi

Muscat

Winfrith


Rio de Janeiro


Maracaibo

Poza Rica


Anchorage

Calgary

Bakersfield

Casper

Denver

Corpus Christi

Jackson

New Orleans Midland

Houston

Trondheim

Oslo

Bergen

Stavanger

Tripoli Kuwait

Dhahran

Abu Dhabi

Muscat

Winfrith


Rio de Janeiro


Maracaibo

Poza Rica


Anchorage

Calgary

Bakersfield

Casper

Denver

Corpus Christi

Jackson

New Orleans Midland

Houston

Trondheim

Oslo

Bergen

Stavanger

Tripoli Kuwait

Dharan

Abu Dhabi

Muscat

Winfrith


Rio de Janeiro

Port of Spain

Villahermosa

Maracaibo

Poza Rica


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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