Fracturamiento final

FRACTURAMIENTO P.II

Daniel Osorio CastroDiego Rodríguez SuárezNatalia Verano GarzónSebastián Zorro SuanchaManuela Posada Henao Miguel Ángel Prieto SalasCarlos Mario Díaz

Índice

Fluidos de fractura

Metodología del diseño

Selección del fluido de fractura

Proceso de fractura

Tipos de fractura

Conclusiones

FLUIDOS DE FRACTURA

El fluido fracturante transmite la presiónhidráulica de las bombas a la formación, creala fractura y acarrea el material soportantedentro de ella.

Propiedades de los fluidos fracturantes

Bajo coeficiente de perdida por filtrado

Alta capacidad de transporte

Fácil remoción después del tratamiento

Ser estable para que pueda retener suviscosidad durante el tratamiento.

Mínimo daño a la permeabilidad de laformación y fractura.

Propiedades de los fluidos fracturantes

Compatibilidad con los fluidos de formación.

Capaz de desarrollar el ancho de la fracturanecesaria

Preparación del fluido en el campo, fácil ysencilla.

Manipulación segura.

Bajos costos

Fluido de Relleno

Es el fluido fracturante que no tiene materialsustentante en suspensión. Su objetivo esiniciar y propagar la fractura.

Fluido con agente de soporte en suspensión

Después de la inyección del fluido de relleno,se agrega al fluido fracturante materialsoportante, incrementando la concentracióndel mismo hasta el final del tratamiento. Losvalores de concentración del materialsoportante en suspensión dependen de lahabilidad de transporte del mismo con elfluido y/o la capacidad de aceptación delyacimiento y la creación de la fractura.

Fluido Apuntalante

Es el material soportante se opone al mínimoesfuerzo en el plano horizontal, con el objetode mantener abierta la fractura después queha pasado la acción de la presión neta; de allíque la resistencia del material es de unaimportancia crucial para el éxito de unfracturamiento hidráulico.

Propiedades Físicas

Resistencia y Densidad

Distribución y tamaño del grano

Cantidad de finos e

impurezas

Redondez y esfericidad

Materiales de soporte mas utilizados

Arena Natural

• Es el materialsoportantecomúnmenteutilizado,especialmenteen formacionescon esfuerzosbajos.

Baucitas

• Se utilizan ensituaciones dealtos esfuerzosen lasformaciones

Cerámicos

• Varían sudensidaddependiendode lasnecesidades delfracturamiento.

Máximo esfuerzo de cierre a resistir el material soportante

Fluido de Limpieza

El Fluido de Limpieza (flush) tiene por objetivo desplazar la suspensión desde el pozo hasta la punta de la fractura.

TIPOS DE FLUIDOS

Ventajas Desventajas

Bajo costoAlto

desempeño

Fácil manejo de

fluidos

No es inflamable

Causa daño a la

formación

Base Agua

Base Aceite

Ventajas

Altos valores de viscosidad (mejor

Transporte)

El flujo de retorno es

incorporado directamente a la

producción

No causan daño a la formación

Base Aceite

Desventajas

Inflamables

Impacto ambiental

severo

Su manejo y almacenamient

o requieren condiciones muy seguras

Transportan arenas a bajas concentracione

s (3 ó 4 lbs/gal)

Pérdidas por

fricción muy altas

Conductividad de la fractura es baja

Base Alcohol

• el alcoholreduce latensiónsuperficial delagua y tiene unamplio usocomoestabilizador detemperatura.

Emulsiones

• En presencia degeles reducenlas pérdidas porfricción.

Base Espuma

• Es una nuevatecnologíadonde lasburbujas de gasproveen altaviscosidad yuna excelentecapacidad detransporte delmaterialsoportante.

ADITIVOS

Se usan para

Romper el fluido una vez que el trabajo finaliza

Controlar la perdida de fluidos

Minimizar el daño a la formación

Ajustar el pH

Control de bacterias

Mejora la estabilidad con la temperatura

*Debe cuidarse que uno no interfiera en la función de otro.

ADITIVOS

* ACTIVADORES DE VISCOSIDAD

* QUEBRADORES

* ADITIVOS PARA PÉRDIDA DE FILTRADO

* BACTERICIDAS

* ESTABILIZADORES

* SURFACTANTES

* CONTROLADORES DE PH (BUFFERS)

* ESTABILIZADORES DE ARCILLA

ADITIVOS


Son agentes reticuladores que unen las cadenas formadas por el polímero y elevan considerablemente la viscosidad, activando el fluido

Entre los más comunes :

Boratos Aluminatos Zirconatos

La selección del activador dependerá:

Polímero utilizado para generar el gel lineal

Temperatura de operación

pH del sistema

ADITIVOS


ADITIVOS


Concentración del activador

<>

1. Ritmo de la activación más lenta 2. Viscosidad más baja que la esperada

1. Ritmo de la activación más rápido2. Viscosidad final mucho más baja debido a la “syneresis” *precipitación de la solución polimérica causada por el colapso de la

red polimérica. En casos más severos, provoca “agua libre”.

Factores para controlar el ritmo de activación:

1. Temperatura2. pH del fluido3. Condiciones de deformación4. Tipo de activador5. Presencia de otros componentes orgánicos que reaccionan con el activador.

ADITIVOS

* QUEBRADORES

Reducen la viscosidad del sistema fluido- apuntalante, partiendo el polímero en fragmentos de bajo peso molecular.

Los más usados son:

OXIDANTES ENZIMAS

Su descomposición térmicaproduce radicales de sulfatosaltamente reactivos que atacanel polímero, reduciendo su pesomolecular y su habilidadviscosificante

Utilizadas como rompedorespara reducir la viscosidad decualquiera de los fluidos baseagua. Se usan en ambientesmoderados en rangos de PH de3.5 a 8 y temperaturas menoresde 150 °F*Especificas

TIPO ENCAPSULADO

ADITIVOS

* QUEBRADORES

ADITIVOS

* ADITIVOS PARA PÉRDIDA DE FILTRADO

Un buen control de pérdida de filtrado es esencial para un tratamiento eficiente. Laefectividad de los aditivos dependerá del tipo de problema de pérdida:

1. Pérdida por una matriz de permeabilidad alta

2. Pérdida por baja microfracturas

La harina sílica es un aditivo efectivo de pérdida de filtrado y ayuda a establecer unenjarre.

Las resinas solubles en aceite también son usadas como control de pérdida defiltrado, ya que pueden puentear y sellar los poros para reducir la pérdida de fluido.Tienen la ventaja sobre la harina sílica y los almidones en que son solubles en aceite yse disuelven en hidrocarburos líquidos producidos.

ADITIVOS

* BACTERICIDAS

Previenen la pérdida de viscosidad causada por bacterias que degradan el polímero.

Materiales como :

Es común agregar el bactericida a los tanques de fractura antes de que se agregue el agua, para asegurar que el nivel de enzima bacterial se mantendrá bajo.

Glutaraldehidos

Clorofenatos

Aminas Cuaternarias

Isotiazolinas

Control de Bacterias

ADITIVOS

* ESTABILIZADORES

Se adicionan al gel lineal (fluido fracturante sin activar) para proporcionar mayor estabilidad al fluido, cuando se tienen altas temperaturas de operación, normalmente arriba de 200 °F.

Suelen ser compuestos salinos:

Tiosulfato de Sodio (Na2S2O3)

ADITIVOS

* SURFACTANTES

Es un material que, a bajas concentraciones, absorbe la interfase de dos líquidos inmiscibles, como pueden ser dos líquidos (aceite y agua), un líquido y un gas o un líquido y un sólido.

Usos

- Estabilizar emulsiones de aceite en agua

- Reducir las tensiones superficiales o interfaciales.

- Promover la limpieza del fluido fracturante de la fractura

ADITIVOS

* CONTROLADORES DE PH (BUFFERS)

Se utilizan por dos razones específicas:

1. Facilitar la hidratación

2. Proporcionar y mantener un rango de pH

Los buffers de hidratación:

*Acetato de sodio

*Bicarbonato de sodio

Permita el proceso de reticulación (activación).

Facilitar la formación del gel lineal (fluido sin activar), mejorando la hidratación

Los buffers para control de pH:

*Carbonato de potasio.

Activar el agente reticulante y poder formar los enlaces

entrecruzados entre las cadenas poliméricas

ADITIVOS

* ESTABILIZADORES DE ARCILLA

Utilizados para la prevención de migración de arcillas.

Se usan soluciones del 1 al 3% de cloruro de potasio para :

También los cationes orgánicos de tetrametil cloruro de amonio son usadoscomo efectivos estabilizadores.

Estabilizar las arcillas

Prevenir su hinchamiento

METODOLOGÍA DEL DISEÑO

Fundamentos

Existen dos razones por las cuales se realiza untratamiento de fractura en un pozo:

- Incrementar su producción

- Incrementar su inyectividad

Cada fracturamiento requiere diferentes diseños hastaobtener la mejor propuesta a sus objetivos, se debecontar con información previa y con una serie deherramientas.

Consideraciones de Diseño

El diseño de un trabajo de fracturamiento es exclusivopara un determinado pozo y no debe ser aplicado aotro.

El análisis petrográfico de la roca de yacimiento es unfactor clave de éxito, por esto se consideran losparámetros de diseño:

1. Litología y Mineralogía de la formación

2. Geometría de la fractura

3. Fluidos y energía del yacimiento

4. Configuración física del pozo


Parámetros de Diseño:

1. Litología y Mineralogía de la formación

Analizar los valores de porosidad y permeabilidadpara determinar la conductividad y longitud dela fractura.



2. Geometría de la fractura

Se tiene en cuenta el modulo de Young (ancho defractura) y la relación de Poisson (esfuerzohorizontal y gradiente de fractura)



3. Fluidos y energía del yacimiento

La viscosidad del crudo, su tendencia a formaremulsiones, el contenido de asfaltenos y lascaracterísticas de formación de parafinas sedeben considerar en la selección y modificacióndel fluido de fractura.



4. Configuración física del pozo

Los pozos a los que se les vaya a realizar un trabajode fracturamiento deben contar con ciertascaracterísticas en su terminación y sistema deconexiones.

La idea principal en el diseño de un tratamiento defractura es optimizar el gasto de producción y larecuperación de la reserva de un pozo paramaximizar su rentabilidad.

Un procedimiento básico para la optimización escomo sigue:

Procedimiento para optimizar económicamente el diseño de la fractura

Procedimiento básico para la optimización:

1. Selección del sistema de fluidos aplicable a laformación

2. Selección del apuntalante (resistencia yconductividad)

3. Determinación del volumen a bombear y laprogramación de inyección del material sustentante

4. Determinación del máximo gasto de bombeopermitido, basándose en la limitante de presión(cabezales y tuberías)



5. Selección de un modelo apropiado de la propagaciónde la fractura y conductividad para las característicasde la formación.

6. Determinación de la entrada de datos requeridos parael modelo geométrico seleccionado

7. Determinación de la penetración y conductividad de lafractura para una selección del tratamiento yconcentración del apuntalante por medio de unsimulador.



8. Determinación del gasto de producción y recuperación acumulada en un determinado periodo seleccionado para una penetración de apuntalante y su correspondiente conductividad

9. Cálculo del valor presente de los ingresos netos de la producción basada en un gasto discontinuo.

10. Cálculo del costo total del tratamiento, incluyendo los costos asociados con los fluidos, apuntalante y caballaje hidráulico



11. Cálculo del VPN para la fractura, pero sustrayendo elcosto del tratamiento del ingreso neto descontado delpozo (paso 9 menos paso 8)

12. Repetición del ciclo del proceso computacional hastaque el VPN decrece o se llega a la máxima longitud

13. Construcción de curvas mostrando el VPN de la fracturacon otros criterios económicos apropiados contra lapenetración de la fractura.


Selección de las variables de diseño

Cuando se diseña un trabajo de fracturamiento hidráulico pueden variar diversos parámetros, por lo que se deben considerar las siguientes variables:

-Base del Fluido-Viscosidad del Fluido-Propiedades de Pérdida de filtrado-Fricción en la tubería-Volumen de fluido-Gasto de inyección

-Tipo de sustentante-Concentración del sustentante-Propiedades físicas de la formación-Temperatura del fluido de fractura

SELECCIÓN DE FLUIDO DE FRACTURA

Disponibilidad Costo Calidad técnica BHT Capacidad de transporte del sustentante Perdida de fluido

SELECCIÓN DEL APUNTALANTE

Optimizar la permeabilidad o conductividad con la mejor relación costo/beneficio asociado.

El apuntalante con la permeabilidad mas alta no siempre es la mejor opción.

Se debe considerar el volumen de apuntalante y el costo.

Esfuerzo de cierre VS conductividad

Esfuerzo de cierre VS costo relativo apuntalante

Selección del tamaño del tratamiento

Cuanto mayor es la longitud apuntalada de la fractura y mayor es el volumen del apuntalante , mayor es la producción.

Se tienen ciertos limitantes tales como:. Diámetro de tubería producción..Limite de conductividad realizable a la

fractura..Crecimiento de la altura de la fractura..Radio de drenaje del pozo.

Valor presente neto vs penetración para varios tipos y concentraciones de apuntalante

Selección del gasto de inyección

Altos gastos de inyección Incrementar eficiencia.

Disminuir tiempo bombeo.

Incrementar ancho y altura de fractura.

Mejorar transporte de apuntalante.

Disminuir pérdida de fluido.

Selección del modelo geométrico

Asegurarse de que la adición de apuntalante no cause un arenamiento no deseado

Determinar el fluido de tratamiento y volumen de apuntalante requerido.

Asegurar que la concentración de apuntalante proporcione una adecuada conductividad.

PROCESO DE FRACTURAS

El fracturamientohidráulico es elproceso por el cual seinyecta un fluidofracturante despuésdel cañoneo del pozocreando canales deflujo con el fin deaumentar laproducción de gas ypetróleo.

Objetivos

Mejorar la producción

Desarrollar reservas adicionales.

Evitar zonas altamente dañadas.

Reducir la deposición de asfáltenos.

Controlar la producción de escamas.

Conectar sistemas de fracturas naturales.

Disminuir la velocidad de flujo en la matriz rocosa.

Incrementar el área efectiva de

drenaje de un pozo.

Disminuir el numero de pozos necesarios para drenar un área.

Reducir la necesidad de perforar pozos horizontales.

Retardar el efecto de conificación de lagua.

Información PreviaCaracterísticas del Sistema Roca - Fluido

Tipos de Fluidos

Humectabilidad

Gravedad API

Composición del Agua

Profundidad

Gradiente de Fractura

Porosidad

Saturaciones

Permeabilidad

Presión de Yacimiento

Contactos Gas-Petróleo y Petróleo-Agua

Litología

Mineralogía

Espesor

Temperatura

Datos del Pozo

Integridad del Revestidor y del Cemento

Intervalos abiertos a Producción

Registros disponibles

Configuración mecánica

Características del Cañoneo

Trabajos anteriores en el pozo y en pozos vecinos

Geometría de la Fractura

Esfuerzo mínimo en sitio

Relación de Poisson

Módulo de Young

Presión de Poro (Presión de Poro (yacimiento)

Información y Datos Requeridos

Evaluación pre fractura

El objetivo es definir si el yacimiento es un buen candidato para ser fracturado.

Determinar la factibilidad técnica y económica.

Diseñar la operación del fracturamiento y establecer las bases de comparación con los resultados.

Mini Frac

Es un fracturamiento previo de diagnóstico y evaluación.

Objetivos: Conocer las condiciones específicas del

fracturamiento de cada reservorio.

Determinar los parámetros operativos como: presión de fractura, eficiencia del fluido fracturante, tortuosidad y restricciones del completamiento, presión de cierre y tiempo de cierre de la fractura.

Estimar la altura de la fractura mediante el perfil de temperatura.

Análisis durante el fracturamiento

Información cuantitativa de las propiedades mecánicas de las rocas.

La propagación vertical de la fractura.

Se obtienen indicadores cualitativas de la calidad de la roca reservorio.

Equipo

Equipos de almacenamiento de fluidos.

Equipos de almacenamiento de agentes de soporte.

Equipos mezcladores.

Equipos de bombeo de alta presión.

Centro de control.

Líneas de superficie y de distribución

Proceso de bombeo y fractura

Pre-colchón

Pre-flujo

Dosificación de agentes

Lavado

Producción

Durante el proceso se debe tener controlen superficie las presiones siguientes:1. Presión de rotura.2. Presión de bombeo.3. Presión de cierre instantánea.

Presión de fractura

Pef= Pci + Ph

Donde:

Pci: presión de cierre instantánea

Ph: presión hidrostática

Ph= 0,4334*d*D

Pre-colchón

Acid Stage

Se inyecta agua y acido diluido con el fin de limpiar la cavidades del pozo.

Pre-flujo

Se inyecta un mezcla de agua, arena y agentes químicos, los cuales al inyectarse con una presión mayor a la de fracturamiento genera una ampliación de las cavidades hechas por el cañoneo

Dosificación de apuntalante

Con las fracturas ya extendidas se emplea un fluido con agentes apuntalantes, que actúan como columnas, evitando el cierre de la fisura, pero permitiendo el paso de los fluidos de la formación.

Lavado

Antes de la extracción de los fluidos del yacimiento se debe realizar un lavado de la formación removiendo los residuos de acido de acido y de químicos usados.

Producción

Una vez se acondicionado el pozo se procede a la producción de fluidos. Tasa la cual ha de aumentar con la estimulación hecha

Aspectos que se deben tener en cuenta durante el proceso

Se debe tener un registro continuo de:

1. Presión2. Gasto3. Dosificación del

apuntalante4. Dosificación de

aditivos5. Condiciones del fluido

fracturante (control de calidad)

Evaluación post-fractura

Estado y posición de la fractura

Comparar los resultados operativos, productivos y económicos con los pronósticos realizados anteriormente.

Realizar pruebas de flujo, pruebas PLT:

El incremento de la producción

La nueva capacidad productiva del yacimiento

La geometría de la fractura creada

Efectos de la temperatura en el estado de esfuerzos

Cuando se inyecta un fluido a menortemperatura que los fluidos contenidosen el yacimiento, se origina un súbitocambio de temperatura que altera elestado de esfuerzos de la roca.

Efectos de la temperatura en el estado de esfuerzos

El enfriamiento ocasionado a laformación con el fluido fracturantedisminuye el esfuerzo efectivo de laroca y facilita el inicio de la fracturahidráulica.

TIPOS DE FRACTURAS

Calcificación de las fracturas según el fluido

Fracturamiento con espuma

Por sus Propiedades las espumas son un fluido ideal para formaciones de

Baja permeabilidad

Sensibles al agua

Productoras de gas


La utilización de espumas es una técnica muy eficiente gracias a que cuenta con propiedades como:

Baja perdida del filtrado.

Baja perdida de presión por fricción.

Alta capacidad de transporte del apuntalante.

De fácil limpieza después del fracturamiento.

El daño a la formación es prácticamente nulo, debido a que el liquido filtrado es mínimo y sin residuos.

Abajo del 65% de calidad, la espuma es

propiamente agua con gas atrapado y arriba

del 95% se convierte en niebla.


Características

Fracturamiento acido

Es un proceso de estimulación de pozos en el cual elacido, generalmente acido clorhídrico es inyectado ala formación carbonatada a una presión suficientepara fracturar la misma o abrir fracturas naturalesexistentes.

El acido fluye de manera no uniforme en la fractura,disolviendo la roca en la cara de la misma, la longitudde la fractura depende del volumen de acido, ritmode reacción, y perdidas de filtrado.

Factores que controlan la efectividad de un fracturamiento ácido:

• Longitud de fractura efectiva: estácontrolado por pérdida de fluido, ritmo dereacción, y gasto de ácido en la fractura.

• Conductividad de la fractura: La efectividadde la fractura, depende del ritmo de reaccióndel ácido con la formación y la forma en queeste grava las caras de la fracturas al terminarel tratamiento.



Factores para realizar un fracturamiento acido:

En pozos con alta temperatura, la distancia de penetración es el factor mas importante, que se

afecta por el alto ritmo de reacción y como solución ácidos retardados.

Otro factor importante es la mecánica de roca, el parámetro es el modulo de Young, la relación de

poisson y esfuerzos sometidos a la formación.

En pozos con baja o moderada temperatura la perdida es el factor mas importante.

Fracturamiento con gas altamente energizado

Esta avanzada tecnología está basada en el uso depropelente científico, fabricado por la industriaaeroespacial.

Se da la combustión del propelente en una herramientahueca (RadialFrac) que produce una presión de 2500 a25000 psi, originando la expansión del gas (CO2), el cualesta confinado en la zona de interés, lo cual hace que laenergía se disipe lateralmente hacia la formación.


La velocidad de propagación del gas estácontrolada, de esta manera alcanzapenetraciones efectivas de 5 a 53 pies entodas las direcciones.

Fractura dinámica: en este caso es realizada por el RadialFrac y la fractura es controlada.

Fractura estática: causada por fracturamiento hidráulico, la longitud de fractura no puede ser controlada.

Fractura explosiva: causada cuando la formación no absorbe toda la energía y produce que se pulverice ocasionando compactación,

reduciendo la permeabilidad casi en totalidad.

La velocidad de propagación de energía brinda la característica al tipo de fractura originada, existen tres tipos:

Consta de un cilindro hueco relleno de un propelente sólido, barra de ignición

Radialfrac

Remoción del daño causado por

disparos

El propelente es más seguro que cargas explosivas, ya que

combustiona cuando la barra de ignición se activa.


Ventajas

• Bajo costo

• Tratamiento a zonas especificas.

• No contaminante

• Crea fracturas multidireccionales

• No daña la tubería ni lacementación

• Opera a través del aparejo deproducción.

Fracturamiento con apuntalante

El rompimiento de la formación productora mediante un flujo que pueda admitir matricialmente la roca, la

inyección continua de dicho fluido permite ampliar y extender la fractura cuando se alcanza una amplitud tal

se le agrega un material solido al fluido para evitar el cierre de la fractura .

Consiste en

Tipos de apuntalante

Naturales Sintéticos

Son apuntalantes de gran resistencia a

cierres de formación, en la actualidad pueden resistir

esfuerzos de cierre hasta de 14000psi

Principalmente se encuentran las arenas

de sílice y soportan bajos esfuerzos de

cierre de la fractura, hasta un limite de

4000 psi



Los factores que afectan la conductividad de fractura son:

Composición

Propiedades físicas

Permeabilidad del apuntalante.

Efectos de la concentración de polímeros después de la culminación del proceso.

Movimientos de finos de formación en la fractura.

La degradación del apuntalante a lo largo del tiempo


Características:

Será el único que permanecerá en la fractura manteniéndola abiertay estableciendo un canal conductivo para la afluencia de los fluidoshacia el pozo.

Están diseñados para soportar los esfuerzos de cierre de laformación

Se deben seleccionar de acuerdo con los esfuerzos a que estará

sometido y a la dureza de la roca. El tamaño y el tipo se determina en términos de costo-beneficio.

Los apuntalantes de mayor tamaño proporcionan un empaque máspermeable.

Los apuntalantes de tamaño grande pueden ser menos efectivos enpozos profundos porque son más susceptibles a ser aplastados

CONCLUSIONES

Los aditivos utilizados para cada tipo de fluido dependen de las necesidades del mismo, teniendo en cuenta características como la temperatura y pH entre otras.

El óptimo funcionamiento de un fluido fracturante se basa en el cumplimiento de las propiedades necesarias para crear una fractura con el menor costo y minimizando el daño ambiental

Para tener éxito en un trabajo de fracturamiento, es de vital importancia contar con toda la información previa y tener un conocimiento detallado de todo lo relacionado con el yacimiento, sus fluidos y su mecanismo de producción, ya que así además de incrementar la producción (en el caso de un pozo productor), se obtienen retornos rápidos de inversión debido a que las reservas son recuperadas en un período de tiempo más corto.

La realización de un análisis previo al fracturamiento es indispensable para conocer o interpretar el posible comportamiento del yacimiento durante y después del proceso.

En el diseño de un fracturamiento se debe tener en cuenta principalmente la selección del fluido de fractura ya que este es el principal elemento de este proceso.

Es necesario saber que tipo de agente fracturante se va utilizar en el procedimiento para establecer el tipo de fractura que se va obtener y tener una relación en cuanto a los costos de la operación.

El fracturamiento hidráulico es un proceso fundamental al momento de poner a producir un pozo ya sea petrolero o de gas, lo cual nos permite mayor facilidad al paso de fluidos, y mayor area de drenaje.

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Fracturamiento final