Presentacion Fracturamiento IP

8/19/2019 Presentacion Fracturamiento IP

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El fracturamiento hidráulico que utiliza un material sustentante se haconvertido, en la última década, en una de las operaciones más

importantes en la terminación de pozos. En México, su uso más

frecuente se ha dado en la cuenca de Burgos, cuyos pozos de gas

producen en formaciones de arenisca de baja permeabilidad; aunque

también se ha usado en pozos del paleocanal de Chicontepec y en

algunos de la Cuenca de Veracruz, donde predominan las formacionescarbonatadas


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Mecanismo del Fracturamiento HidráulicoEl Fracturamiento hidráulico permite aumentar considerablemente la producción de los pozos.

Consiste en aplicar presión a la formación hasta lograr su ruptura.

El fluido utilizado para transmitir la presión hidráulica, denominado fluido fracturarte, penetra

ala formación, ampliando y extendiendo la fractura.

La fractura se inicia y extiende en un plano

normal ala dirección del mínimo esfuerzo.

La geometría de la fractura queda definida por

Altura (Hf)

Amplitud(W)

Radio de penetración(rf)

r = Radio de penetración (ft)

v = Vol. Bombeado (gal)

h = Altura de la zona a tratar (ft)Ø = Porosidad (fracción)


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Junto con el fluido fracturante se introduce a la

formación un agente sustentante, a fin de mantener

abierta la fractura al terminar el tratamiento y establecer

un conducto de alta permeabilidad entre la formación y

el pozo.

El sustentante se adiciona al fluido fracturante, cuando la fractura en la pared del pozo es lo

suficientemente amplia para permitir su introducción libremente, sin que se “arene el pozo”.

La velocidad de flujo de la lechada disminuye al penetrar ésta en la fractura, iniciándose la

depositacion del sustentante.

La velocidad máxima que adquiere el sustentante, en su caída en el seno de un fluido, al

igualarse la fricción con su peso, se define como velocidad final de asentamiento(vs).

El sustentante se acumula en el fondo de la fractura, formando un banco que crece en

longitud y en altura, a medida que la altura del banco aumenta, disminuye el área disponible

al flujo de la lechada, aumentando su velocidad hasta alcanzar un valor que permite

mantener en suspensión al sustentante, impidiendo su depositacion y el crecimiento del

banco.

(la velocidad de la lechada que permite evitar la depositacion del sustentante se define comovelocidad de equilibrio(Veq))


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En estas condiciones el sustentante se deposita a mayor distancia del pozo,

incrementando la longitud del banco.

La altura máxima del banco a la velocidad de equilibrio se denomina altura del banco en

equilibrio (heq).

El tiempo correspondiente a esta condición se define como tiempo de equilibrio(teq).

El sustentante colocado en la fractura proporcionara y mantendrá, un conducto altamente

permeable para facilitar el flujo de los fluidos del yacimiento al pozo.

Al terminar el tratamiento la formación presiona al sustentante y si este no ha sido

seleccionado adecuadamente, puede triturarse en la formación, disminuyendo la

capacidad de flujo de la fractura.


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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DEL GOLFO DE MÉXICO

MÉTODO Y PROGRAMA DE COMPUTO

Los métodos que se emplean para el diseño y predicción de

resultados de un tratamiento de fracturamiento hidráulico se

determinan de la combinación de:

• Teoría del mecanismo del proceso.

• Estudios de laboratorio.

• Análisis de los resultados obtenidos en innumerables

fracturamientos.


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La información que se requiere para procesar el programa de cómputo,

incluye los siguientes datos:

• Del yacimiento.

• Del pozo.

• De laboratorio.

Todos estos obtenidos de muestras representativas de la formación por

estimular u obtenidas por correlaciones. El Apéndice B enlista los datos

necesarios para procesar el programa de cálculo.


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Una vez suministrados al programa los datos necesarios, y

considerando un tipo de sustentante y de fluido fracturante, se

seleccionan varias combinaciones de gastos de inyección,

volúmenes de fluido fracturante y concentraciones de agente

sustentante. El número de combinaciones queda limitado por las

características del equipo y material disponible para el tratamiento.


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Para cada una de las combinaciones seleccionadas se efectúa la

predicción de sus resultados y se determinan, a partir de un balance de

ingresos y egresos, varios factores económicos de decisión, a fin deseleccionar la combinación óptima desde el punto de vista económico.

El programa es aplicable para todo tipo de fluido fracturante

convencional y de agente sustentante disponible.


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En algunos casos los resultados que se obtengan en una aplicación

de campo pueden diferir ligeramente de los calculados. Esto se debe

a tres causas principales:

1. El modelo matemático utilizado está formado por modelos

parciales basados en ciertas suposiciones

2. Los valores de los parámetros y de las variables utilizados en los

cálculos no pueden obtenerse con precisión absoluta, ya que en

realidad presentan una distribución de probabilidad.

3. Condiciones de operaci6n en el campo, pueden diferir de las

establecidas en el diseño.


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El procedimiento de diseño desarrollado es aplicable cuando la

fractura es vertical o aproximadamente vertical, que es el caso más

general. Además, incluye los casos en que se utilice un fluido

fracturante convencional, Newtoniano o no Newtoniano, y los casos

en que el tratamiento se efectué a través de la tubería de

revestimiento, a través de la tubería de producción, por el espacio

anular, o por el espacio anular, y la tubería de producción.


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LOS DATOS REQUERIDOS SON:DATOS DEL POZO:

1. Nombre, campo, formación y localización del pozo.

2. Presión de fracturamiento.

3. Presión máxima permisible en el cabezal del pozo.

4. Diámetros nominales y tipos de tubería de revestimiento y producción.

5. Profundidad del intervalo a tratar.

6. Número de perforaciones.

7. Diámetro de las perforaciones.

8. Radio de drene.

9. Gasto actual del pozo o su índice de productividad.

10.Gasto de abandono.


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DATOS DE LA FORMACION POR FRACTURAR:

1. Espesor.

2. Permeabilidades.

3. Relación de daño.

4. Saturaciones de fluidos.5. Porosidad.

6. Viscosidad de los fluidos.

7. Compresibilidad de los fluidos.

8. Temperatura.9. Módulo de elasticidad.


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DATOS DE MATERIALES Y EQUIPO

Uno de los aspectos más importantes en el diseño óptimo de unfracturamiento radica en la selección de los fluidos fracturantes,

aditivos y agentes sustentantes. Esta selección se basa en pruebas de

laboratorio con núcleos representativos de la formación. Si se carece

de datos de laboratorio, el programa de diseño trabaja con datosobtenidos de correlaciones publicadas.

Los datos sobre materiales y equipo que utiliza el programa de

cómputo son:

1. Características reológicas del fluido fracturante.

2. Coeficiente de pérdida de fluido.

3. Pérdida inicial de fluido.

4. Densidad del fluido fracturante.


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1. Tipo y tamaño de agentes sustentantes.

2. Potencia disponible o rango de gastos de bombeo deseado.

3. Rango de volúmenes de fluido fracturante disponibles.

4. Rango de concentraciones de agente sustentante deseado.

5. Costo unitario del fluido fracturante se deben incluir todos los aditivos

utilizados en su preparación).

6. Costo unitario de agentes sustentantes.

7. Costo unitario por potencia hidráulica

8. Costo unitario por mezclado.

9. Costo por almacenaje de productos en el pozo.

10. Costo por mano de obra, planeación y supervisión.



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Calculo de los datos básicos


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COEFICIENTE TOTAL DEL FLUIDO

FRACTURANTE ()

Indica la efectividadde un fluidofracturante

Controlada por tres

tipos de mecanismos

I

(Efecto combinadode)

Viscosidad del fluido

fracturante

Permeabilidad

efectiva de laformación

II

(efectos de)

Viscosidad del fluidofracturante

Compresibilidad delos fluidos delyacimiento

IIIUtilización deaditivos para evitarpérdidas del fluido

Es referido al efectode pérdida del fluidohacia la formación.


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IPara cuantificar este efecto se utiliza la sig ecuación.

= 0.0469[ ∅]1000Donde.

= = ()∅ = = ∅(1 )Si no se dispone de los medios necesarios para .esta determinación, puede

estimarse su valor como propone Smith, corrigiendo la permeabilidad al aire

por un factor de 0,6.


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IIControlan la pérdida del fluido fracturante. La ecuación utilizada es la sig.

= 0.0374 ∅1000En esta ecuación

,

y

se determinan con las siguientes expresiones.

= =

=


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IIIEs para controlar la pérdida del fluido. La evaluación de este efecto se basa en

pruebas de laboratorio. Se ha demostrado que:

= 0.0164

Siendo el coeficiente de Pérdida del flujo experimental. El valor de puede corregirse de condiciones experimentales a reales utilizando lasiguiente ecuación.

= ()∆


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La combinación de los mecanismos secomplementa para incrementar la efectividad delfluido. Sin embargo, para la ecuación que se utilizapara el calculo del área de la fractura, se considera

aisladamente cada mecanismo; por lo que seselecciona, como coeficiente total del fluidofracturante, , el menor valor obtenido de lostres coeficientes.

En el caso de no disponer de datos suficientes paracalcular los coeficientes el valor que seconsidera es el determinado experimentalmente


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Volumen inicial de inyección

En la etapa inicial de un tratamiento por fracturamiento, se bombea

contra la formación fluido fracturante sin sustentante. La presión de

inyección debe ser lo suficientemente alta para provocar la falla de

la roca y obtener así una fractura.

É É


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Una vez iniciada la fractura, la inyección de fluido fracturante amplia susdimensiones. El volumen de fluido que se inyecta en esta etapa, debe

aumentar la amplitud de la fractura en la pared del pozo, lo suficiente para

permitir la libre entrada de la mezcla fluido fracturante-agente sustentante,

sin que se «arene» el pozo. En le método se considera que la amplitud mínima

de la fractura (), requerida para evitar problemas de este tipo , debe serigual a 3 veces el diámetro máximo del agente sustentante.

É É


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Al final de un tratamiento, la fractura se encuentra llena del material

soportante en una adecuada concentración, tal que no permita elcierre de la fractura.

Finalmente, para concluir el proceso de tratamiento por

fracturamiento en un pozo se bombea un volumen de fluido con el

objeto de realizar la limpieza del exceso del material soportante del

pozo.

É É


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El calculo del volumen necesario de fluido fracutrante, libre de sustentante,

se hace por ensayo y error. Se supone un tiempo de inyección inicial y secalcula, la ecuación desarrollada por R.D. Carter, el radio de penetración de

la fractura,

= 301.59() erfc 1.128 1

= Radio de penetración de la fractura = Coeficiente total del fluido fracturante = Amplitud mínima de la fracturac

erfc = función complementaria de error = se proporciona a la computadora como dato y se estimaconsiderando la presencia y posición de barreras en el intervalo

por fracturar

É É


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Donde: = 24 = Amplitud mínima de la fractura

= Coeficiente total del fluido fracturante

Siendo:

erfc = 2∞

− Conocida como función complementaria de error

(8)

É É


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A continuación se calcula la amplitud de la fractura, en

función del valor de

contenido con la ecuación (7). Para ello se

utilizan las siguientes expresiones, desarrolladas por Perkins y

Kern(6):

Tiene por característica considerar para la fractura una forma

elíptica en el eje vertical del pozo.



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Para flujo laminar en la fractura:

= 0.38

.

5.615 (10)

Se calcula la amplitud de la fractura, en

función del valor de

Para flujo turbulento en la fractura:

= 0.60 .

(5.615)



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Las ecuaciones anteriores se utilizan para fluidos Newtonianos. Para fluidosno-Newtoniános se emplea la siguiente ecuación, para el caso de flujolaminar.

= (23)(′ 1)(2′ 1′ )′(0.9775144 )(5.6160 )′(

′−

5.61 )

+

n’= Índice de comportamiento del fluido

k’= Índice de consistencia de fluido



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n ' y K' son las constantes reologicas del fluido que intervienen en. El

modelo matemático emperico conocido como Ley de Potencia. Losvalores n ' y K' pueden determinase con un viscosímetro- Fann.

SI el valor de

es diferente a

, se supone otro tiempo de

inyección y se calcula otro valor de , con el que se obtiene otra .

Este proceso se repite hasta que el valor de sea igual al . Para eltiempo en que resulta igual a , se calcula, con el gasto deinyección, el volumen inicial de fluido fracturante, sin sustentante,necesario para crear una amplitud de fractura, en la pared del pozo,

suficiente para permitir la entrada del sustentante.


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Las dimensiones de la fractura a condiciones dinámicas difieren de las dimensiones finales de lafractura sustentada. Esto se debe al asentamiento del sustentante en la fractura. Sin embargo las

dimensiones dinámicas sirven para calcular la geometría de la fractura sustentada.

Con este volumen y el gasto de inyección se obtiene el tiempo

total de inyección del fluido fracturante. Con este tiempo ysuponiendo una amplitud de fractura, se calcula su radio depenetración.

DIMENSIONES DE LA FRACTURA DURANTE ELFRACTURAMIENTO


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Este valor se compara con el supuesto dela amplitud de la fractura. En el caso de

que estos valores no sean iguales, se

supone una nueva amplitud. Los cálculos

se repiten hasta que la amplitud calculada

sea igual a la supuesta. En esta forma se

obtienen los valores de la amplitud y el

radio de penetración de la fractura durante

el tratamiento.

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