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Marzo 2012
Curso
Fracturas Hidráulicas
Nivel básico
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Hidráulica de Fracturas
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Hidráulica
Hay (5) valores de presión requeridos para evaluar un tratamiento de fractura:
• STP – Presión superficial del tratamiento (observada)• PH – Presión hidrostática en la parte media de los disparos• DPf – Caída de presión por fricción en la tubería• DPNW – Caída de presión en la vecindad del agujero• Pbhfp – Presión de fondo
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Donde:
STP = Presión Tratamiento Superficial
DPNW = Caída de presión en la
vecindad del agujero
DPf = Fricción en la tubería
PH = Presión Hidrostática
Pbhtp = Presión de fondo
Pfrac= STP + PH - DPf - DPNW
Hidráulica
5
Presión Hidrostática
PH = 1.42*SG*Prof (m)
Donde:
PH = Presión Hidrostática en psi
SG = Gravedad específica de la
mezcla
Prof= Profundidad en metros
PH = 0.052*ppg* prof (ft)
Donde:
PH = Presión Hidrostática en psi
SG = Densidad de la mezcla en
ppg
Prof= Profundidad en Ft
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Fricción en tubería
• Normalmente es obtenida de laboratorio por la compañía de servicio
• Condiciones en campo pueden dar valores de fricción diferentes
• >> Solución : usar una “sarta muerta” o directamente medida por el
BHTP
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Caída de presión en la vecindad del agujero
Hay 2 partes para el cálculo de DPNW
• Fricción en disparos• Fricción en la cercanía del pozo (tortuosidad)
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Fractura Hidraulica
Perforación o Disparos
• A) Fase de las pistolas
• B) Densidad de los disparos
• C) Diametro de la perforacion
• D) Alcance de la penetracion
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Fractura Hidraulica
• Propósito
– Establecer una comunicación efectiva entre el yacimiento y el wellbore.
– Cargas
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Fractura Hidraulica
• Perforación en una Fase
1 ft
11
Fractura Hidraulica
• Perforación Multifase
12
Fractura Hidraulica
• Fricción en los Disparos• Depende de:
– Número de perforaciones– Tamaño de perforaciones– Gasto de Inyección
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Fricción en disparos
rQ2 0.323N2D4
DPpf =
Donde:
DPpf = Fricción en las perforaciones
Q = Gasto de la bomba en bpm
N = Número de perforaciones
D = Diámetro de la perforación en pulgadas
r = Densidad de la mezcla en gr/cc
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Tortuosidad en la vecindad del agujero
• La tortuosidad se contabiliza en la caída de presión debido a la conexión restringida a la fractura principal
• Múltiples fracturas
• Orientación en la vecindad del pozo diferente de la dirección del mínimo esfuerzo
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Prueba “ Step Down”
La caída de presión en la vecindad del pozo (DPNW) es medida con una Prueba “Step Down”
• La inyección es establecida en el gasto de tratamiento de fractura propuesto
• El gasto es reducido en una serie de pasos
• Un ISIP es realizado y la caída es registrada
• DPNW es calculada para cada
paso
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Prueba “Step Down”
• Prueba errada • Prueba OK
De GRI-AST Abril 1996
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Presión Neta
Pnet= Pfrac - Pc
Con la presión dentro de la fractura (Pfrac), podemos definir la Presión Neta de Fracturamiento:
Donde:
Pnet: es la presión neta de fracturamiento
Pc: es la presión de cierre
La presión neta en la fractura es una herramienta importante de diagnóstico
En el cierre, esta presión neta representa una cantidad de energía almacenada en la fractura
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Arenamiento
¿Fractura empacada o arenamiento en la vecindad del agujero?
PPA PPA
Pre
sión
Su
per
fici
e (p
si)
Pre
sión
Su
per
fici
e (p
si)
Tiempo de Bombeo Tiempo de Bombeo
Arenamiento cerca el pozo Arenamiento dentro la fractura (packed-frac)
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Requerimientos de Potencia
HHP = P*Q/40.8
Donde:
HHP = Potencia hidráulica
P = Presión de tratamiento superficial (psi)
Q = Gasto de la mezcla (bbl/min)
APUNTALANTES
Comportamiento de la arena dentro de la Fractura.
Propiedades a tomar en cuenta del Apuntalante.
Relación de Apuntalante con respecto a la Conductividad.
APUNTALANTES
El movimiento de las partículas del Apuntalante están afectados por los siguientes parámetros:
Densidad del Apuntalante.
Velocidad del fluido.
Viscosidad del fluido.
Filtrado (Perdida de fluido a la formación).
Densidad del fluido.
Forma del Apuntalante.
Concentración del Apuntalante.
APUNTALANTES
En general, excesiva concentración puede dificultar el transporte del apuntalante.La creación de la longitud de fractura hidráulica, difiere de la longitud apuntalada, por que esta no puede ser transportada a los puntos donde el ancho de fractura es menor a tres veces el diámetro del Apuntalante.
APUNTALANTES
Apuntalante Apuntalante Pad
El “Asentamiento” del Apuntalante es básicamente función de las características del fluido de fractura y del mismo Apuntalante
APUNTALANTES
3000 3500 4000 4500 5000 6400
6360
6320
6280
6240
6200
6160
6120
6080
6040
6000
Stress Profile
Closure Stress (psi)
Permeability
Low High
Proppant Concentration (lb/ft²)
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00
Concentration of Proppant in Fracture (lb/ft²)
Mercer #4-11
0 100 200 300 400
Length (ft)
Dep
th (
ft)
3000 3500 4000 4500 5000 6400
6360
6320
6280
6240
6200
6160
6120
6080
6040
6000
Stress Profile
Closure Stress (psi)
Permeability
Low High
Proppant Concentration (lb/ft²)
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00
Concentration of Proppant in Fracture (lb/ft²)
Mercer #4-11
0 100 200 300 400
Length (ft)
Dep
th (
ft)
En la “Conveccion”, las etapas de fluidos mas pesadas (ej.Etapas con Apuntalante) se desplazan rapidamente desde los punzados hacia el fondo de la fractura
APUNTALANTES
Las principales propiedades medibles a tomar en cuenta de un Apuntalante son los siguientes:
Tamaño de los granos.
Redondez y Esfericidad de los granos.
Calidad (cantidad de impurezas que contenga el material Apuntalante).
Resistencia al Cierre.
APUNTALANTESAPI RP 56 “Practicas Recomendadas Para Pruebas De Arenas Usadas En Operaciones De Fracturamiento Hidráulico”
APUNTALANTES
Tamaño de los granos.
APUNTALANTES
Tamaño de los granos.
APUNTALANTES
Comportamiento de la conductividad de la fractura al variar la malla del Apuntalante para igual concentración
FRACTURA HIDRÁULICA
Distribucion
Uniforme No uniforme
APUNTALANTESAPI RP 56 “Practicas Recomendadas Para Pruebas De Arenas Usadas En Operaciones De Fracturamiento Hidráulico”
Redondez
Esfe
ricid
ad
.
Grafica de Comparacion Visual de Referencia a la Macrofotografia.
Redondez y Esfericidad de los granos.
FINOS E IMPUREZAS
DOC / CEO (AIATG)
Slide #32
Calidad (cantidad de impurezas que contenga el material Apuntalante).
APUNTALANTESAPI RP 56 “Practicas Recomendadas Para Pruebas De Arenas Usadas En Operaciones De Fracturamiento Hidráulico”
Prueba
API RP 56 (Arena de Fractura)
API RP 58 (Grava de Empaque)
API RP 60 (Propante del
alta resistencia)Redondez >0.6 >0.6 >0.7 Esfericidad >0.6 >0.6 >0.7
Distribución del GranoTamiza Arriba <0.1% <0.1% <0.1%
Tamizas Designadas >90 % >96 % >90 %Pan <1% <2% <1%
Finos e Impurezas <2 % <1% -Turbidez <250 FTU <250 FTU -
Requerimientos
FINOS E IMPUREZAS
DOC / CEO (AIATG)
Slide #34
APUNTALANTES
Al cerrar una fractura atrapa el Apuntalante y aplica un esfuerzo el mismo:
• Depositado.• Supendido. En este ultimo el Apuntalante permanece
suspendido hasta que el cierre ocurre o el gel se rompe.
Mecanismo de Cierre: Natural: Por filtración del fluido hacia la formación. Inducido: Consiste en provocar un retorno controlado.
Resistencia al Cierre.
Tipo de Apuntalante vs Esfuerzo de Cierre
APUNTALANTES
6
8
10
15
20
0 5 10 15 20 25
Arena
Arena Resinada
Apuntalante IntermedioCeramica
Apuntalante Intermedio Bauxita
Apuntalante Resistencia Alta Bauxita
Esfuerzo de Cierre (X 1000 psi)
API RP 56 “Practicas Recomendadas Para Pruebas De Arenas Usadas En Operaciones De Fracturamiento Hidráulico”
APUNTALANTESAPI RP 56 “Practicas Recomendadas Para Pruebas De Arenas Usadas En Operaciones De Fracturamiento Hidráulico”
APUNTALANTESProveedores de Apuntalantes:
FRACTURA HIDRÁULICA
APUNTALANTES La selección del apuntalante es crítico
para el éxito de la fractura Apropiada cantidad de apuntalante Tipo de apuntalante
FRACTURA HIDRÁULICA
Factores que afectan la conductividad de la fractura
Propiedades físicas Concentración Permeabilidad generada por el apuntalante Efectos del polímero Movimiento de finos de la formación en la
fractura Degradación de apuntalante a largo plazo
La selección o/y manipulación adecuada del apuntalante nos ofrece mejorar la conductividad de una fractura:
Incrementar la concentración del Apuntalante, que es producir una mayor fractura.
Usar Apuntalante grande para obtener mayor permeabilidad.
Emplear Apuntalante de alta resistividad con el objeto de reducir la creación de partículas (finos) e incrementar la productividad.
APUNTALANTES
APUNTALANTES
Comportamiento de la conductividad de la fractura al variar la concentración del Apuntalante.
PERMEABILIDAD DEL APUNTALANTE
En la fractura final la permeabilidad es:
LTDP = STCP*F1*F2*F3
dónde:LTDP = Permeabilidad de empaque sucio, largo plazoSTCP = Permeabilidad de empaque limpio, corto plazoF1, F2, F3 son los factores de daño
LTDP = 397 * 0.416 * 0.834 * 0.8 = 110 darcy
28%
TRITURACIÓN DEL APUNTALANTE
F1 = e-s/D
Dónde: F1 = Factor de daño por la trituración
s = Cierre de tensión en miles (psi)D = Constante de trituración del apuntalanteValores ‘D’ para varios tipos de apuntalante
• Arena (de todos los tipos) 6• RCS curable (ej. Super LC) 8• RCS precurada (ej. Super DC) 10• ISP (Carbolite) 17• ISP (ValuProp, InterProp) 25• Bauxita incrustada 35
Pc = s Hmin- BHFP
Presión de cierre 2500 psi
Apuntalante 0.416Carbolite 0.86
APUNTALANTE INCRUSTADO
F2 = e-s/3E
Dónde:F2 = Factor de daño debido al
incrustamientos = Cierre de tensión en miles (psi)E = Módulo Young en millones (psi)
F3 = 0.3 to 0.9
F3 = 0.3 - 0.4 para ion metal activado (titaniano, zirconato)
F3 = 0.45 - 0.65 para borato convencional
F3 = 0.75-0.9 para polímeros bajos de borato
Presión de cierre 2500 psiModulo de Youngs 4.6 e+6 psi
F2= 0.834 F3= .8
FRACTURA HIDRÁULICA
Esfuerzo de cierre
Embebimiento
Ancho de fractura
Polímero
FRACTURA HIDRÁULICA
APUNTALANTES
APUNTALANTES Es importante mencionar que dejar un ancho de fractura descontrolada,
provocara que tengamos retorno de apuntalante, cuando no se bombea arena del tipo antiretorno.
FRACTURA HIDRÁULICA
TIPO DE APUNTALANTES Arena Arena resinada Apuntalante de resistencia media Apuntalante de alta resistencia
FRACTURA HIDRÁULICA
ARENA Sand White, Ottawa
Resistencia 4000 psi
Gravedad específica 2.65
FRACTURA HIDRÁULICA
ARENA RESINADA Resistencia Media (5,000 psi)
Super LC, Super DC, SB Excel, SB Prime
Resistencia Intermedia (6,000 psi) AcFrac Black Plus, AcFrac Gold, Optiprop
Gravedad Específica 2.57 - 2.62
FRACTURA HIDRÁULICA
APUNTALANTE DE RESISTENCIA INTERMEDIA
Econoprop, Carbolite
Resistencia 8,000 - 10,000 psi
Gravedad Específica 2.70
FRACTURA HIDRÁULICA
APUNTALANTE DE ALTA RESISTENCIA Ceramax E, Ceramax I, Ceramax P
Resistencia 12,000 - 15,000 psi
Gravedad Específica 2.53 -2.59
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