REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN SUPERIOR INSTITUTO POLITÉCNICO SANTIAGO MARIÑO ELECTIVA IV ESTIMULACION DE POZOS
INFORME: ESTIMULACION HIDRAULICA
PABLO TOLE CI: 845722!
BOGOTA COLOMBIA 8"#"2$7
%NDICE
INTRODUCCION CONCEPTOS B&SICOS DEFINICIONES DE ESTIMULACION HIDRAULICA O FRAC'ING HIDROCARBURO CONVENCIONAL HIDROCARBURO NO CONVENCIONAL (UE ES EL SHALE GAS DAÑOS CAUSADOS POR LA ESTIMULACION HIDRAULICA TIPOS DE DAÑO DESPUÉS DEL FRACTURAMIENTO DAÑO POR INVACION DEL FILTRADOS DURANTE LA FRACTURA ESTIMULACION HIDRAULICA CARACTERISTICAS GENERALES FRACTURAMIENTO HIDR&ULICO APUNTALADO APUNTALADO FRACTURAMIENTO HIDR&ULICO &CIDO FACT ACTORES ORES (UE AFEC AFECT TAN EL COMP COMPO ORTAM RTAMIIENT ENTO DEL DEL &CI &CIDO EN FORMACIONES DE CARBONATOS POZOS CANDIDATOS PROCEDIMIENTO ) CONSIDERACIONES PARA EL RECONOCIMIENTO DE POZOS CANDIDATOS. CONCLUSIONES BIBLIOGRAF%A
INTRODUCCION
En el ámbito de la producción petrolera se utilizan muchas técnicas para optimizar la producción de los pozos petroleros a bajos costos, entre las más utilizadas están las estimulaciones matriciales (reactiva y no reactiva), sin embrago hoy en día en la revolución de la industria petrolera hay una técnica ue se está utilizando con !recuencia en los países ue son potencialmente productores de petróleo, esta técnica es el !racturamiento hidráulico, la cual consiste en realizar m"ltiples !ractura !ractura a lo largo del pozo en el mismo viaje. viaje. #u principal principal objetivo objetivo es, e$plotar e$plotar yacimientos no convencionales, aumentar la producción de los pozos, y muy rara vez eliminar el da%o. &omo en esta técnica se utiliza una gran cantidad de agua presión con el !in de generar la !ractura, esta agua ue ingresa a el pozo lo hace con una serie de productos uímicos, ue hacen ue el agua sea prácticamente irrecuperable, generando una gran controversia a nivel mundial en los entes de control del medio ambiente. 'a estimulación hidráulica es una técnica ue se está implementado con gran demanda diaria en los países productores de petróleo ya ue es una técnica económica para el sector de los hidrocarburos, aumentando así notoriamente su produ producc cció ión n un ejem ejempl plo o de ello ello vemos vemos a Esta Estado doss nid nidos os uie uien n aume aument nto o su producción debido a esta técnica y desestabilizo la economía mundial movida por el petróleo. unue se toman muchas precauciones en el pozo per!orado como la cementación del mismo hasta cierta pro!undidad para ue los productos uímicos no contaminen la super!icie del pozo o los acuí!eros ue hay a varios metros hacia el interior. #in embargo se han presentado varios casos de en el ue estos uím uímic icos os util utiliz izad ados os entr entran an en cont contac acto to con con el medi medio o ambi ambien ente te bien bien sean sean (acuí!eros, o super!icie del pozo donde se recolectan las aguas residuales), a los ue la industria petrolera argumenta ue se deben a malas prácticas, como podrían ser de!ectos en la construcción de pozos o en el tratamiento de agua residuales pero no como tal en la !racturación hidráulica
CONCEPTOS B&SICOS
DEFINICIONES DE ESTIMULACION HIDRAULICA O FRAC'ING
El !rac*ing es una técnica técnica ue permite permite mejorar la e$tracción e$tracción de gas y de petróleo del subsuelo. +ara ello, se inyecta a presión alg"n material en ese suelo, de modo ue las !racturas ue ya e$isten en las rocas del interior de la tierra aumenten y liberen el gas o el petróleo, ue saldrá hacia el e$terior. 'o ue se inyecta, normalmente, es agua con arena, aunue también se puede usar alg"n tipo de espuma o gases. 'a !racturación hidráulica o !rac*ing consiste en una per!oración en vertical, de apro$imadamente -m de pro!undidad, en la ue se inyecta agua, arena y aditivos uímicos. na vez per!orado, se pone un ca%o de acero llamado casing, hasta el !ondo del pozo. Entre ese ca%o y la pared del reservorio hay un espacio en el ue se agregan cementos especiales ue evitan la comunicación de la parte superior con la parte in!erior. 'a técnica técnica de !ractu !racturaci ración ón hidráu hidráulic lica a e$iste e$iste desde desde hace hace apro$im apro$imadam adament ente e / a%os y ue es el mismo procedimiento de los pozos convencionales. 01cómo sería un !rac*ing2, si yo pongo una bolita acá, la bolita ueda ahí. #i yo pongo una hendidura, 1ué hacé2 #e viene para acá3 bueno, cuando yo !racturo es como hacer un sumidero, ue todo venga para ahí4. +ara sacar el gas, es necesario agregar una cantidad de !luido, cuya composición es 55.67 agua y arena y el restante son sustancias uímicas. se realiza de este modo modo poru porue e cuan cuando do uno uno rompe rompe hidrá hidrául ulic icam amen ente te,, el sist sistem ema a se abre, abre, pero pero al uitarle la presión de super!icie, se vuelve a cerrar. 0+ara ue uede abierto necesito ponerle arena, alg"n agente de sostén, como le llamamos. Ese agente de sostén tiene ue estar en la !ractura abierta, para cuando yo saue la presión de super!icie, esto se cierra y la arena evita ue no se cierre completamente, y ue drene el petróleo. +ero para ue la arena llegue con el agua sola no la puedo drenar, porue la arena es muy pesada3 y si yo tiro agua no llega, entonces necesito densi!icar el agua y ponerle algunas condiciones, es decir, ue /.67 restante son productos uímicos4. En cuanto se saca la presión y los componentes !luidos, la super!icie se vuelve a cerrar y a acomodar como estaba.
unue la técnica sea la misma, es necesario hacer adaptaciones de acuerdo al lugar en el ue se apliue, pues las características varían y no se puede aplicar la misma 0!órmula4 en todos lados.
HIDROCARBURO CONVENCIONAL
#on los ue tradicionalmente se han producido y han representado la principal !uente !uente energét energética ica de la humani humanidad. dad. +resent +resentan an las siguie siguiente ntess caract caracterí erísti sticas cas geológicas8 i) se han generado en una roca madre ('utita ue es una roca sedimentaria rica en materia orgánica) y ha migrado a una roca reservorio, y ii) las rocas reservorio (áreas, areniscas y calizas) en las se encuentran y de las ue se e$traen son rocas porosas y permeables. Estas características permiten ue el hidrocarburo !luya con relativa !acilidad desde la roca al pozo. +or lo cual, rocas tale taless como como areni arenisca scass y cali calizas zas ue ue cont contie iene nen n hidro hidrocar carbu buros ros se denom denomin inan an yacimientos convencionales.
HIDROCARBURO NO CONVENCIONAL
#e tienen varios tipos de acumulaciones no convencionales de hidrocarburos, tales como 9idrato de gas, :il sands, &oal ;ed ?& se emplean pozos horizontales ue permiten entrar en contacto con una mayor super!icie de la !ormación y esto lo convierte en más productivos, pero son más costosos ue los pozos verticales
'os 'os hidr hidroc ocarb arburo uross no conv convenc encion ional ales es son son aue auellllos os ue ue no !luy !luyen en de !orma !orma espontánea de su yacimiento geológico a un pozo y a la super!icie. ?ecesitan de una técnica especí!ica para ser e$traidos. =iene diversas !ormas, pero en la actua actualilidad dad los los más más nomb nombra rados dos son8 son8 el (shale gas), gas), tamb tambié ién n llam llamado ado gas gas de esuisto o gas de pizarra3 y el (shale oil) el petróleo de esuistos bituminosos. bituminosos. #u peculi peculiari aridad dad está está en la necesid necesidad ad de esa técnic técnica a especia especiall (el !rac*ing) !rac*ing) para para e$traerlo de las rocas arcillosas donde se encuentran, normalmente esuistos o lulitas. El gas de esuisto es, por lo demás, igual ue el gas natural. 'as 'as rocas rocas pro! pro!und undas as y de baja baja perme permeab abililid idad ad dond donde e se encue encuent ntran ran estos estos hidrocarburos han sido ignoradas tradicionalmente. 'a subida de los precios los precios del petróleo y gas de gas de comienzos de siglo veintiuno, sin embargo, !omentó la b"sueda de técnicas para e$plotar sus hidrocarburos. @ue una necesidad comercial. 'a primera e$periencia la realizó la empresa norteamericana
(UE ES EL SHALE GAS El #hale Aas es una !uente de combustible !ósil no convencional, esto signi!ica ue los procedimientos reueridos para e$plotarlos van más allá de los métodos
convencionales. 'os yacimientos no convencionales son muy di!íciles de e$plotar, pero debido a las nuevas tecnologías desarrolladas, ahora pueden ser e$plotados. na de las tecnologías es una combinación entre per!oración direccional y el !racturamiento hidráulico multietapas. El gas proveniente de las lutitas gasí!eras sigue siendo gas natural, compuesto principalmente de metano. > a pesar de ue los geólogos sabían ue el gas también se encontraba en lutitas, apenas hace BC a%os a%os come comenz nzó ó el inte interé réss por por esta estass !orm !ormac acio ione nes, s, debi debido do en gran gran part parte, e, al despliegue de la per!oración de pozos horizontales y por la implementación del !racturamien !racturamiento to hidráulico multietapas, multietapas, además de la creciente demanda de gas a nivel mundial. 'os depósitos del #hale Aas están atrapados, como su nombre lo dice, en lutitas. &om"nmente las lutitas son !uente de gas y un medio para atraparlo. 'os recursos de #hale Aas se encuentran en 0plays4 o 0capas4 en vez de campos, y generalmente cubren grandes áreas geológicas. =anto los #hale Aas como los =ight Aas están más dispersos sobre muchas áreas a nivel mundial, más ue las áreas con yacimientos convencionales3 esto signi!ica ue hay mucho más pozos ue necesitan ser per!orados y !racturados para e$traer la misma cantidad de gas, ue la ue proviene de las !uentes convencionales.
DAÑOS CAUSADOS POR LA ESTIMULACION HIDRAULICA TIPOS DE DAÑO DESPUÉS DEL FRACTURAMIENTO 'os tipos de da%o ue pueden a!ectar el desarrollo del pozo son los siguientes8 B. Dedu Deducc cció ión n de la perm permea eabi bililida dad d del del agen agente te sust susten enta tant nte. e. Esta Esta es una una mani!estación del aplastamiento del apuntalante y, especialmente, del uso de políme polímeros ros en el !luido !luido !ractu !racturant rante. e. Estos Estos dos !enóme !enómenos nos son partic particula ularme rmente nte perjudiciales y se deben minimizar o evitar. El aplastamiento del apuntalante se
evita utilizando materiales altamente resistentes. El uso de materiales de mayor calidad re!lejara un ahorro en el costo a largo plazo, debido a ue la reducción en la permeabilidad será mínima. +ara resolver los problemas relacionados con el uso de polímeros, en los "ltimos a%os se ha realizado una amplia investigación en la tecnología, así como en el uso de uímicos apropiados en el tratamiento. C. a%o por obturamiento parcial de la !ractura. &inco 'ey y #amaniego (B5B) identi!icaron al obturamiento parcial como un da%o dentro de la !ractura. Esto puede ser representado como un e!ecto de da%o. El da%o por obturamiento parcial se crea crea por por dist distin inta tass caus causas as tale taless como como la migr migrac ació ión n de !ino !inoss dura durant nte e la producción producción y su acumulación acumulación cerca del pozo (y en el interior de la !ractura)3 por el uso e$cesivo de agente sustentante al !inal del tratamiento3 y por una mala comunicación de los disparos del pozo con las !racturas
. a%o en la cara de la !ractura. &onvencionalmente, es el resultado de la pérdida de !luido !racturante, y causa el deterioro de la permeabilidad en la super!icie alrededor de la !ractura
F. a%o por e!ectos combinados +ara !racturas con longitudes mayores a B// pies, el da%o en la cara de la !ractura tiene un peue%o impacto en el rendimiento del pozo, pero no es lo mismo para !racturas de longitud corta. +ara este tipo de !racturas, como las desarrolladas en yacimientos de alta permeabilidad, el deterioro por el da%o en la cara de la !ractura debe ser muy considerado junto a la alta conductividad de la !ractura.
DAÑO POR INVACION DEL FILTRADOS DURANTE LA FRACTURA 'a presión del lodo debe mantenerse por encima de la presión del !luido en los poros de la !ormación. #e busca evitar un reventón del pozo. 'a presión di!erencial generada es típicamente de unos cientos de libras por pulgada cuadrada, la cual empuja !luido de per!oración a la !ormación. El espesor de la retorta se encuentra normalmente entre BG4 y GF4 y depende primariamente de las características del lodo y de la permeabilidad de las capas. El líuido ue se !iltra, penetra la !ormación, el resultado del anterior proceso, es la creación es una zona invadida adyacente al pozo. &erca de la pared del pozo casi toda el agua de !ormación y parte de los hidrocarburos han sido desplazados por el !iltrado. 'a zona es conocida como Hona 'avada . #i el desplazamiento !ue total, contendrá una #or , del orden del B/ al F/ 7. #or dependerá del aceite inicial y la movilidad del !iltrado y los hidrocarburos. El agua desplaza aceite de mediana gravedad +I con poca di!icultad, pero cuando el
aceite es pesado o liviano es muy mala, el agua normalmente se canalizará. l alejarse de la pared del pozo, el desplazamiento de los !luidos de la !ormación por el !iltrado de lodo es menos y menos completo, resultando en una saturación completa de !iltrado de lodo hasta la saturación original de agua de !ormación. esta zona se le conoce como Hona Invadida. 'a zona de transición se presenta inicialmente muy cerca de la pared del pozo, pero de manera gradual y en !unción del tiempo se aleja de ella. 'a condición de seudo euilibrio en el patrón de invasión solo se alcanza algunos días después de la per!oración.
REDUCCION DE LA PORODIDAD n !actor ue impide a un pozo producir un buen gasto es el !actor de da%o3 cuando se tiene un pozo da%ado se sabe ue hay una reducción de la permeabilidad en la vecindad de este. El da%o en los pozos puede ser natural o induc nducid ido, o, cua cuando ndo es induc nducid ido o pued puede e ser caus causad ado o por por las las di! di!ere erentes ntes operaciones ue se realizan en los pozos, puede ser desde la per!oración, terminación, producción y reparación del pozo
BLO(UEO POR GELES ) EMULSIONES 'os geles y emulsiones son sistemas líuidos heterogéneos compuestos por dos líuidos inmiscibles, donde uno de ellos se encuentra disperso en !orma de gotas dentro de otro líuido. 'os principales !actores ue contribuyen a la !ormación de emulsiones dentro del pozo son8 Incremento de la viscosidad &ambio de mojabilidad Incremento de saturación de agua +recipitación de sólidos orgánicos e inorgánicos Incremento de la tensión super!icial e inter!acial de los !luidos y la roca de !ormación
TAPONAMIENTO POR PARTICULAS SOLIDAS #e pueden presentar sólidos no deseados en los !luidos ue se introducen al pozo, ue causan una de!iciencia en el control de la calidad de los sistemas uímicos3 así como, migración de !inos a la propia !ormación, los cuales ocasionan taponamiento parcial o total de los poros y por consiguiente una disminución de la productividad del pozo
PRESIPITACIONES ASFAL AS FALTENOS TENOS J 'a mayoría de las !ormaciones contienen cierta cantidad de arcillas, las cuales son sensibles al contacto con algunos líuidos, generando la dispersión y migración de las mismas y ocasionar el taponamiento de los canales de !lujo en el medio poroso, reduciendo en gran medida la permeabilidad relativa
PRINCIPALES PROBLEMAS DE LA FRACTURA HIDR&ULICA
Este proceso conlleva una serie de impactos ambientales, algunos de los cuales a"n a"n no est están plen plenam amen entte cara caract cter eriz izad ados os o comp compre ren ndido didos, s, ent entre ello elloss contaminación de las aguas subterráneas, contaminación atmos!érica, emisión de gases gases de e!ect e!ecto o inve inverna rnade dero ro (met (metan ano), o), terre terremo moto toss (sis (sismi mici cidad dad induc inducid ida) a),, contam contamina inació ción n ac"stic ac"stica a e impact impactos os paisají paisajísti sticos. cos. demás de estos estos impact impactos, os, también se debe tener en cuenta los relacionados con el trá!ico de camiones para transportar el gas e$traído, el consumo de agua y la ocupación del territorio.
A*+,: K El proceso de !ractura hidráulica consume enormes cantidades de agua. #e ha calculado ue se reuieren entre 5./// y C5./// metros c"bicos de agua para las
operaciones operaciones de un solo pozo. Esto podría causar problemas con la sostenibilidad sostenibilidad de los recursos hídricos incluso en países de clima templado, y aumentar la presión del consumo de suministros en las zonas más áridas.
K #e sabe muy poco de los peligros ambientales asociados con los productos uímicos ue se a%aden a los !luidos usados para !racturar la roca, productos ue euivalen a un C7 del volumen de esos !luidos. e hecho, en EE.. (el país con más e$periencia hasta ahora, aunue muy reciente, con estas técnicas), esos productos están e$entos de la regulación !ederal yGo la in!ormación sobre ellos está protegida debido a intereses comerciales. #e sabe ue hay al menos CL/ sustancias uímicas presentes en alrededor de B5M productos, y algunos de ellos se sabe ue son tó$icos, cancerígenos o mutagénicos. Estos productos pueden contaminar el agua debido a !allos en la integridad del pozo y a la migración de contaminantes a través del subsuelo. K Entre un B67 y un /7 del !luido ue se inyecta para la !ractura vuelve a la super!icie como agua de retorno, y el resto se ueda bajo tierra, conteniendo aditivos de la !ractura y sus productos de trans!ormación. Entre las sustancias disueltas a partir de la !ormación rocosa, donde está el gas durante el proceso de !ractura, se encuentran metales pesados, hidrocarburos y elementos naturales radiactivos. K ?o se puede descartar una posible contaminación de los acuí!eros subterráneos y de las aguas super!iciales super!iciales debido a las operaciones operaciones de la !ractura hidráulica hidráulica y a la disp dispos osic ició ión n de las las agua aguass resi residu dual ales es,, ya sea sea a trav través és de una una plan planta ta de tratamiento de agua o directamente a las aguas super!iciales. Estos productos uímicos pueden, por lo tanto, ser vertidos en los acuí!eros y !uentes de aguas
subterráneas ue alimentan los suministros p"blicos de agua potable. Incluso peue%as cantidades de hidrocarburos cancerígenos son perjudiciales para los seres humanos. En algunos casos, estas aguas residuales son mínimamente procesadas antes de ser vertidas a las aguas ue alimentan los suministros p"blicos, y a veces son retenidas en los estanues ue más tarde pueden verter estos productos uímicos al medio ambiente
C-./,01.,13. ,/0-61,: K #e ha registrado benceno, benceno, un potente potente agente cancerígeno, en el vapor ue sale de la Npoz Npozos os de evap evapor orac ació iónN nN,, dond donde e a menu menudo do se alma almace cena nan n las las agua aguass residuales del !rac*ing. 'as !ugas en los pozos de gas y en las tuberías también pueden contribuir a la contaminación del aire y a aumentar las emisiones de gases de e!ecto invernadero. El gran n"mero de vehículos ue se necesitan (cada plata!orma de pozos reuiere entre F.// y L.L// viajes en camión para el transporte de mauinaria, limpieza, etc.) y las operaciones de la propia planta también pueden causar una contaminación atmos!érica signi!icativa si tenemos en cuenta los gases ácidos, hidrocarburos y partículas !inas.
E011-. 9 *, 9 /- 1..,9- ;GEI<: K Es crucial conocer y cuanti!icar cuanti!icar las !ugas de metano a la atmós!era y cuestiona ya a la industria del !rac*ing ue asegura ue son in!eriores al C7. #in embargo, un reci recien entte est estudio udio de la ?: ?: B B (?at (?atio iona nall :cean ceanic ic and and tmo tmosp sphe heri ricc dministration) y de la niversidad n iversidad de &olorado, &olor ado, en ;oulder, determina ue en el área conocida como la cuenca enverJOulesburg (EE.) las !ugas son del F7, sin incluir las pérdidas adicionales en el sistema de tuberías y distribución. Esto es más del doble de lo anunciado. &abe recordar ue el metano tiene una capacidad como gas de e!ecto invernadero C6 veces superior al dió$ido de carbono. K 'os promotores del !rac*ing de!ienden ue el uso de este gas permitiría ser más independientes energéticamente y disminuir la uema de carbón. #in embargo, los e$pertos determinan ue, a menos ue las tasas de !uga de metano e$traído, por esta técnica, se pueda mantener por debajo del C7, la sustitución de este gas por el carbón no es un medio e!icaz e!icaz para reducir reducir la magnitud magnitud del cambio climático climático en el !uturo (#eg"n el estudio estadounidense del a%o C/BB, de =om Pigley, del &entro para la Investigación tmos!érica J?&DJ). :tro motivo más para descartar la e$plotación este tipo de gas y apostar por las energías renovables.
C-./,01.,13. ,=/1, 10>,/- >,1,?@/1-
K 'as operaciones de per!oración pueden causar una degradación severa del paisaje (intensa ocupación del territorio) y contaminación ac"stica simplemente como resultado de las operaciones diarias (paso de camiones y transportes). Estas pueden a!ectar a!ectar a las poblaciones poblaciones cercanas y a la !auna local a través de la degradación del hábitat
ESTIMULACION HIDRAULICA CARACTERISTICAS GENERALES
El !racturamiento !racturamiento hidráulico hidráulico es el bombeo de un !luido viscoso a un alto gasto y a una presión mayor a la presión de !ractura de la !ormación, creando una !ractura nueva, la cual puede mantenerse abierta una vez ue se libera la presión de bombeo, mediante la colocación de agentes apuntalantes en el caso de la arena, o la adición de sistemas ácidos ue graban las paredes de la !ractura de manera heterogénea, por la disolución del material de la roca al contacto con el ácido. En general general,, los tratam tratamient ientos os de !ractu !racturam ramien iento to hidráu hidráulic lico o son utili utilizad zados os para para incrementar el índice de productividad de un pozo productor o el índice de inyectividad en un pozo inyector. 9ay muchas muchas aplica aplicacio ciones nes del !ractu !racturami ramient ento o hidrául hidráulico ico,, por ejempl ejemplo8 o8 puede puede aumentar el gasto de aceite yGo gas de yacimientos de baja permeabilidad, aumentar el gasto de aceite yGo gas de pozos ue han sido da%ados, conectar
!racturas naturales con el pozo, disminuir la caída de presión alrededor del pozo, para minimizar problemas con el depósito de para!inas y as!altenos, o aumentar el área de drene o la cantidad de !ormación en contacto con el pozo. n yacimiento de baja permeabilidad es auel ue tiene alta resistencia al !lujo de !luidos. En muchas !ormaciones, los procesos !ísicos yGo uímicos alteran a la roca a lo largo del tiempo geológico. veces, los procesos diagenéticos restringen la abertura de la roca y reduce la habilidad de ue !luyan los !luidos a través de ella. 'as !ormaciones con baja permeabilidad normalmente son e$celentes candidatos para un !racturamiento hidráulico. #i hacemos a un lado la permeabilidad, un yacimiento puede da%arse cuando se per!ora un pozo, cuando se coloca la tubería tubería de revestimient revestimiento o o cuando se hacen las labores de cementación. El da%o ocurre debido a ue cuando se per!ora y termina un pozo se alteran los poros y la garganta poral. &uando los poros se taponan, la permeabilidad se reduce, y el !lujo de !luidos en la porción da%ada puede reducirse sustancialmente. El da%o puede ser muy severo en yacimientos naturalmente !racturados. En much muchos os caso casos, s, espec especia ialm lment ente e en !orm !ormac acio ione ness de baja baja perme permeabi abililida dad, d, yacimientos da%ados o en pozos horizontales en di!erentes capas, el pozo podría ser rentable a menos de ue se realice un buen !racturamiento hidráulico. +ara muchos ingenieros petroleros, la investigación de in!ormación completa y e$acta es a menudo, la parte ue más lleva tiempo para dise%ar el !racturamiento hidráulico. 'a in!ormación reuerida para dise%ar el modelo de !racturamiento y el modelo de simulación puede dividirse en dos grupos8 la in!ormación ue puede controlar un ingeniero y la in!ormación ue debe medirse o estimarse, pero no controlarse. 'a in!ormación in!ormación ue puede controlar un ingeniero ingeniero es la concerniente concerniente a los detalles de terminación del pozo, volumen del tratamiento, volumen del colchón (+ad), gasto gasto de inyecc inyección ión,, viscosi viscosidad dad y densid densidad ad del !luido !luido !ractu !racturan rante, te, pérdida pérdidass de aditivo y tipo y volumen del apuntalante.
FRACTURAMIENTO HIDR&ULICO APUNTALADO APUNTALADO Este proceso consiste en bombear un !luido de alta viscosidad llamado !luido !racturante3 dicho !luido tiene como objetivo generar o producir una ruptura en la !ormación y e$tenderla más allá del punto de !alla, de tal !orma, ue permita la colocación del apuntalante para mantener abierta la !ractura creada una vez ue
se libere la presión de bombeo, la misma ue rompe la !ormación y logra al mismo tiempo propagar la !ractura a través del yacimiento. #e aplica principalmente en !orm !ormac acio ione ness de aren arenas as de muy muy baja baja perm permea eabi bililida dad. d. ?orm ?ormal alme ment nte, e, en un !racturamiento hidráulico apuntalado la secuencia de bombeo de los !luidos se realiza siguiendo el siguiente proceso8 ;ombeo de un volumen de precolchón, precolchón, se conoce como +ad, de salmuera $ ;ombeo o gel lineal, con objeto de obtener parámetros de la !ormación y poder optimizar optimizar el dise%o dise%o propuesto. propuesto. este tipo de operación operación se le conoce como
2 ;ombear un colchón de gel lineal como !luido !racturante para generar la ruptura de la roca de la !ormación y dar las dimensiones de la geometría de la !ractura.
apuntalante para mantener mantener abierta la ;ombear gel de !ractura con agente apuntalante !ractura generada. +ara poder tener un control de la operación se tiene ue realizar una serie de registros a detalle de los siguientes parámetros8 +resión, Aasto de bombeo, &oncentración del apuntalante, apuntalante, &oncentración de aditivos, &ondiciones del !luido !racturante (viscosidad, mojabilidad, etc.)
FRACTURAMIENTO HIDR&ULICO &CIDO
demás del !racturamiento hidráulico apuntalado, otra operación dirigida al aumento de la producción o potencialidad de los pozos ue constituyen los camp campos os,, está está dada dada por por la !rac !ractu tura ra hidr hidráu áulilica ca ácid ácida, a, enca encami mina nada dass haci hacia a !ormaciones de carbonatos. Es un proceso de !racturamiento en el cual se inyecta o bombea el !luido ácido por encima de la presión de !ractura rompiendo la !ormación, con la !inalidad de crear un canal altamente conductivo, con una longitud longitud su!iciente su!iciente para mejorar mejorar la comunicación comunicación en el sistema yacimientoJpozo yacimientoJpozo y por consiguiente un incremento en la producción del pozo.
Este tipo de !ractura !ractura es aplicada aplicada a yacimientos yacimientos de carbonatos (caliza, dolomías dolomías y en tizas, dependiendo de su grabado). 'a longitud y el grabado de la !ractura depende dependerán rán princip principalm alment ente e del tipo tipo y concent concentraci ración ón del ácido, ácido, compos composici ición ón mineralógica de la roca, temperatura y velocidad de reacción, entre otras 'as di!erencias principales entre el !racturamiento apuntalado y el ácido, radican en ue los !luidos empleados en el primer tratamiento no reaccionan con los materiales de la roca, no siendo así para el caso de los !racturamientos ácidos, donde se presentan reacciones uímicas entre los sistemas ácidos empleados y los minerales de la roca. &om"nmente en este tipo de operaciones se utiliza el ácido clorhídrico (9&l) como !luido principal para lograr la disolución del material calcáreo y propagar !racturas en !ormaciones !ormaciones solubles al ácido, tales como, rocas dolomíticas dolomíticas y calcáreas. calcáreas. na de las grandes di!erencias entre las !racturas acidi!icadas y apuntaladas es ue la conductividad en uno de ellos se logra por el grabado heterogéneo de las caras de la !ractura inducida, y el otro por la coloración de un apuntalante dentro de la !ractura ue evita ue se cierre al liberarse la presión del !luido bombeado a alto gasto En muchos casos la pre!erencia de un !racturamiento con ácido se realiza debido a la tendencia de puenteo del apuntalante y al retorno del mismo. #in embargo, el
dise dise%o %o y contr control ol de la long longititud ud de la !rac !ractu tura ra depe depende nden n !uert !uertem ement ente e de la e!ectividad del ácido dentro de la !ormación para lograr una mayor conductividad de grabado, lo cual es un parámetro muy di!ícil de controlar en comparación con la colocación del apuntalante El conocimiento apropiado de la composición mineralógica de la roca a !racturar con ácido y de los sistemas uímicos, son !actores !undamentales para de!inir la penetración del ácido en la !ormación y determinar la conductividad con base a los patrones de grabado creados por la reacción uímica entre la roca y el !luido !racturante. 'a geometría de las !racturas ácidas puede ser determinada con los mismos modelos modelos de simulación simulación para !racturas !racturas apuntaladas, apuntaladas, con la e$cepción del impacto impacto de la amplitud de grabado sobre la relación de presiónJamplitud.
FACT ACTORES ORES (UE AFEC AFECT TAN EL COMP COMPO ORTAM RTAMIIENT ENTO DEL DEL &CI &CIDO EN FORMACIONES DE CARBONATOS B. +QDI# E R&I: 9&I ' @:D<&IS?.J 'a pérdida de !luido hacia la !ormación durante el proceso de acidi!icación limita la e$tensión de las !racturas y su grabado grabado,, acentu acentuánd ándose ose a"n más en carbona carbonatos tos natural naturalmen mente te !ractu !racturad rados. os. ura urant nte e un !ract ractur uram amie ient nto o ácid ácido, o, la pres presió ión n de trat ratamie amient nto o dism dismiinuye nuye continuamente, debido a las pérdidas de ácido hacia la !ormación cuando se crean los los 0agu 0agujjeros eros de gus gusano4 ano4 (Tor (Torm mhole holes) s).. El obje objettivo ivo !unda undam ment ental de un !racturamiento ácido es lograr la creación de una 0!ractura4 lo más larga posible controlando a su vez la cantidad de agujeros de gusanos en su trayectoria. El crecimiento en longitud de la !ractura se ve a!ectado cuando se igualan el gasto de inyección o bombeo con la pérdida hacia la !ormación. C. AO AOED ED: :# E A#? #?:. :.JJ El ácid ácido o vivo vivo penet enetra ra en la !orm !ormac ació ión n interconectando todos los espacios porosos !ormándose los llamados agujeros de gusano gusano (Tormho (Tormholes les), ), los mismos mismos,, pueden pueden penetr penetrar ar una longit longitud ud consider considerabl able e dentro de la !ormación. na vez ue los agujeros de gusano son desarrollados, se incrementa la cantidad de ácido perdido hacia la !ormación. 'os agujeros de gusano divergen grandes vol"menes de ácido pro!undamente pro!undamente dentro del sistema sistema primario de !racturas, estos vol"menes no pueden ser utilizados para grabar la cara de la !ractura principal de allí ue constituye una limitación en crecimiento. El cont contro roll de pérd pérdid ida a de !lui !luido doss en la !orm !ormaci ación ón y la temp temper erat atura ura son son !act !actore oress in!luyentes en el crecimiento de los agujeros de gusano. . @I#D @I#D# # > @D&= @D&=D# D# ?=D ?=D'E 'E#.J #.J 'as !ormac !ormacion iones es de carbon carbonato atoss normalmente son más !isuradas ue las areniscas. 'as !isuras representan una
trayectoria particular de menos resistencia para el ácido. Aeneralmente la cantidad recibida de !luido a través de las !isuras y agujeros de gusano es proporcional a la cantidad de ácido bombeado durante un trabajo de !racturamiento hidráulico. n yacimiento puede contener muchas !isuras o !racturas naturales por las cuales se puede perder el ácido limitándose de esta !orma el crecimiento en longitud de la !ractura grabada. En yacimientos naturalmente !racturados o con un tren de !isuras considerables, el control del crecimiento de la longitud de la !ractura grabada es limitado, de ahí ue en muchos de los casos, se logra crear una longitud corta con muchos agujeros de gusano.
POZOS CANDIDATOS
+ara determinar ue pozo con alta permeabilidad es adecuado para !racturar y más importante, para decidir la geometría de la !ractura en el tratamiento3 los pozos se clasi!ican de acuerdo a dos categorías8 +ozos en los cuales se busca tener un mejoramiento en la producción y pozos en los ue se tienen problemas de !lujo o caídas de presión en la vecindad del pozo. entro de la categoría de mejoramiento de la producción se tiene8 J @ormaciones en las cuales la acidi!icación matricial no puede ser usada a causa de la mineralogía o por ue el da%o es muy pro!undo o es muy grande para ser removido mediante la estimulación matricial. J renas donde los per!iles de permeabilidad indican !lujo irregular ue puede in!luir en la longevidad de la terminación. J <"ltiples zonas productoras en secuencias de arena y lutitas, en donde las capas laminadas no permiten una comunicación con el pozo a menos ue una !ractura pueda proporcionar tal cone$ión. J +ozos de gas en donde la producción se obstaculiza a causa del !lujo ?oJ arciano. &omo se mencionó anteriormente, una !ractura puede reducir de gran !orma los e!ectos del !lujo ?oJarciano. e acuerdo a #ettari, para cualuier permeabilida permeabilidad d del yacimiento, yacimiento, la longitud longitud de la !ractura está ligada con la presión presión del yacimiento, para una presión del yacimiento mayor, la !ractura se vuelve
menos e!icaz en la reducción de la turbulencia en el yacimiento, por lo tanto se reuiere una !ractura más larga. +ozos con problemas de caídas de presión en la vecindad del pozo, incluyen8 J +ozos pobremente consolidados en los cuales el !racturamiento sustituye al empa empacam camie ient nto o con con grava grava (grav (gravel elJp Jpac* ac*), ), pero pero sin sin obten obtener er el da%o da%o posi posititivo vo prov provoc ocad ado o por por ese ese trat tratam amie ient nto. o. El prin princi cipa pall meca mecani nism smo o ue ue !avo !avore rece ce el !racturamiento en alta permeabilidad (!racJpac*) sobre el gravel Jpac* en !ormaciones poco consolidadas, es la reducción en el !lujo de !luidos a un ritmo deseado a causa del incremento sustancial en el área de contacto con el yacimiento. Este incremento en el área previene la desconsolidación de la arena y su migración hacia el pozo. J istribución de permeabilidad discontinua con secciones de alta permeabilidad ue puede causar una e$cesiva erosión en el cedazo durante la vida productiva. =odos los pozos ue son candidatos para gravelJpac* (especialmente pozos en los cuales el gravel pac* puede reducir la permeabilidad en la vecindad del pozo) tienden a ser mejores candidatos para !rac pac*.
PROCEDIMIENTO ) CONSIDERACIONES PARA EL RECONOCIMIENTO DE POZOS CANDIDATOS. +ara determinar cuándo un pozo es candidato para el !racturamiento hidráulico, y especialmente para determinar la geometría de la !ractura necesaria, se siguen el siguiente procedimiento8 B. eterminar y con!irmar ue el pozo es de bajo rendimiento. n ritmo de producción del pozo ue está por debajo de las e$pectativas puede o no ser dest destin inad ado o como como un pozo pozo candi candida dato to para para una una esti estimu mula laci ción ón..
bastante recomendable llevar a cabo una prueba de presión, especialmente en yacimientos de alta permeabilidad, para tener un mayor control en la producción debido a los cambios en la permeabilidad y la reducción del da%o. . nalizar el desempe%o del pozo e identi!icar los impedimentos de la producción. +uede estar presente un e!ecto de da%o ocasionado por un tratamiento anterior. 'os e!ectos de da%o pueden ser causados por otros !actores (tales como el comportamiento de las !ases y las turbulencias), la turbulencia es particularmente importante en pozos con alta permeabilidad de gas o de dos !ases por ue puede ser el !actor más importante en el ritmo de producción del pozo. El análisis del desempe%o del pozo y los impedimentos de la producción debe ser minucioso, para la !ase de evaluación y dise%o del tratamiento de estimulación. F. &onocimient &onocimiento o de la roca del yacimiento yacimiento y la uímica de los !luidos en el pozo, espe especi cial alme ment nte e en rela relaci ción ón con con los los e!ec e!ecto toss no dese desead ados os obte obteni nido doss de un tratamiento de estimulación matricial. En el pasado, cuando solo se !racturaban en bajas permeabilidades, el método más adecuado para permeabilidades mayores a B/ md era la estimulación matricial. #i los e!ectos secundarios eran inevitables, el ingeniero solo tenía dos opciones8 realizar el tratamiento y asumir los riesgos, o no hacer nada. 9oy en día, mediante el !racJpac*, se puede evadir el da%o en yacimientos de mayor permeabilidad. 6. Incuestionablem Incuestionablemente, ente, los yacimientos yacimientos con producción producción de arena son atractivos atractivos para aplicar el método de !racJpac*. En casi todos los casos, los pozos con problemas de producción de arena son mucho más probables de ser bene!iciados con el método de !racJpac* ue muchas otras técnicas como el gravelJpac*. L. #i ocurre una !alla temprana en el control de arena, se debe determinar si la !all !alla a !ue !ue ocas ocasio iona nada da por por prob proble lema mass oper operac acio iona nale less (1!u (1!ue e el dise dise%o %o de la terminación instalado apropiadamente2) o por no ocuparse de los problemas intr intrín ínsec secos os de la !orm !ormaci ación ón (prob (proble lema mass con el tama tama%o %o y dist distri ribuc bució ión n de las las partículas, problemas con los per!iles de permeabilidad o problemas de producción de !luidos como agua). #elección del candidato. 'a producción de un pozo declina por m"ltiples razones. Esta declinación puede ser causada de manera natural por las características propias propias de los !luidos del yacimiento yacimiento o propiedades propiedades de la matriz de la roca (!inos, (!inos, materiales orgánicos, etc.), por da%o a la vecindad del pozo durante la per!oración yGo completación del pozo, o simplemente, por di!icultades mecánicas en todos los procesos de completación. 'a producción por !lujo natural puede ser también baja
debido a ue no se ubicó las coordenadas de !ondo de un pozo donde las propi propieda edade dess del del yacim yacimie ient nto o son son !avor !avorab able les, s, por ejem ejempl plo o una una arena arena de baja baja permeabilidad. =odos estos problemas resultan en una caída de presión adicional, a!ectando así, el término s*in. El !actor 0s*in4 es adimensional, un concepto matemático para la descripción de !lujo de !luidos de un yacimiento 0inalterado4 hacia la vecindad del pozo. Este representa la caída de presión adicional causado por una resistencia de !lujo del yacimiento hacia la cara de la arena completada. Este valor es una combinación de e!ectos de muchos parámetros, incluyendo el da%o de !ormación. +ara una apropiada interpretación del s*in y luego determinar un apropiado plan acción para su remediación, los ingenieros de reservorio deben analizar cada uno de los !actores ue contribuyen al s*in. Este análisis puede resultar en oportunidades adic adicio iona nale less en el mejo mejora rami mient ento o de la produ product ctiv ivid idad, ad, como como si !uera !uera una una reJ reJ per!oración. 'a clave para la selección de candidatos será entonces, el análisis de varios s*ins. En este módulo, la producción producción 0ideal4 de un pozo se va a re!erir a una producción producción esperada basada en in!ormación general de las condiciones de los parámetros de un reservorio inalterado (sin da%o), como son la permeabilidad, espesor, porosidad y saturac saturación ión,, etc. etc.
S9,0 S/-/ ;S> S/+ S9 S*, S> 1< donde8 #tot U !actor s*in total (s*in determinado en el grá!ico de 9orner). #dam U s*in resultante del da%o a la !ormación. #per! U U s*in resultante a la penetración parcial, etc.
#turb U s*in resultante del !lujo no darciano en la vecindad del pozo. #dev U s*in resultante de la desviación del pozo. #gravel U s*in resultante de empaues de grava. #per! size U s*in resultante de baja penetración del ca%oneo. ;ásicamente, durante el proceso de selección de candidatos, el ingeniero de reservorio compara una serie de pozos basados en un criterio de potencial de mejoramiento de productividad, da%o de !ormación, e!iciencia de !lujo, y otros parámetros, y un ran*eo de candidatos. Es importante el uso de un so!tTare de apropiado para la evaluación técnica de una estimulación, ya ue ayuda al ingeniero a discretizar los pozos buenos candidatos de los malos. +or ejemplo, para cumplir este proceso, el ingeniero se !ija una meta de acuerdo a un hipotético presu presupu pues esto to88 esti estimu mula laci cione ones, s, C !rac !ractu tura rami mient entos os hidrá hidrául ulic icos os,, y nuev nuevas as per!oraciones (y no acidi!icacionesV). Identificación del Daño. #i
un pozo presenta alto da%o, el ingeniero debe continuar el procedimiento para clasi!icar la naturaleza del da%o. En principio, el da%o a la !orm !ormac ació ión n es clas clasi!i!ic icad ado o de acuer acuerdo do a los los proce proceso soss o las las opera operaci cion ones es ue ue causaron su desarrollo. 'os mecanismos de da%os ue deben ser considerados se incluyen en la siguiente lista8
Escalas
@luosilicatos
+recipitación de gel sílica
s!alteno
+ara!ina
+roducción de uímica
+roblemas con bacterias
9inchamiento de arcilla
#ólidosG=apones
'odo de per!oración
;loueo de emulsiones
a%o por polímeros
+uentes de sal
+etróleo remanente
;loueo por agua
&ambios de 9umectabilidad
El tipo y la pro!undidad del da%o, impacta directamente al tipo de tratamiento ue será más apropiado para cada uno de los pozos. 'a selección de un tratamiento sin considerar la causa del da%o a la !ormación, causará tratamientos menos 0acertados4.
CONCLUSIONES
Aracias a la elaboración de este trabajo, podemos entender el signi!icado y proceso de estimulación hidráulica, una técnica ue en la industria petrolera actualmente está en !uror, gracias a ue el petróleo es un compuesto ue mueve la economía mundial. El !racturamiento hidráulico como técnica es econó económi mica ca y muy muy e!ic e!icie ient nte e para para mejo mejora ra
la produc producci ción ón de pozo pozoss no
convencionales y de pozos ue se habían dejado de e$plotar. Aracias Aracias a la observación observación de caos históricos históricos de los países pioneros en esta técnica se justi!ican las ventajas ue se tienen al realizar un tratamiento de estimulación hidráulica.
Es importante tener en cuenta el dise%o de esta técnica hidráulica, ya ue la mala implementación de este dise%o podría traer grandes pérdidas así la producción sea muy buena. 'a selección de los pozos candidatos debe ser minuciosa teniendo en cuenta la evaluación económica y logística para poder aplicar esta técnica, a pesar de ue e$istan otros métodos ue puedan ayudar a resolver los mismos problemas durante la vida productiva de un pozo.
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