Fracturamiento con Gas
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FRACTURAMIENTO CON GAS EN ARENAS
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Índice General
INTRODUCCIÓN
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OBJETIVOS
MARCO TEÓRICO
METODOLOGÍA
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Fracturamiento con Gas
Introducción
En la industria petrolera existen diferentes mecanismos de producción, al
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Fracturamiento con Gas
En este sentido, la tecnología de Fracturamiento con Gas es diferente al
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Planteamiento del problema
Mejorar la comunicación entre la cara de la arena productora y el pozo,
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Planteamiento del problema
El 70% del costo en el Fracturamiento Hidráulico esta distribuido en el
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Objetivos
Objetivo General
Evaluar en arenas consolidadas de alta permeabilidad de gas, la
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Objetivos
• Determinar propiedades mecánicas de la roca: resistencia máxima,
módulo de Young, relac...
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Marco Teórico
1. Efecto Superficial “s”
Es aquel que describe las alteraciones presentes en los alr...
Fracturamiento con Gas
∑+++= + spseudoskinssss dpc θ
Componentes del efecto superficial
θ+cs : Completación parcial e incl...
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2. Comportamiento de los materiales
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a b c d e
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3. Propiedades Geomecánicas
La geomecánica estudia las características mecánicas de los materiales
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Marco Teórico
• Compresión sin confinamiento (UCS)
Algunos ensayos de laboratorio
Núcleo geológico
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Fracturamiento con Gas
Marco Teórico
• Compresión Triaxial
Algunos ensayos de laboratorio
Núcleo geológico
orientado
aσ
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Marco Teórico
• Tensión indirecta (Cilindro brasileño)
Algunos ensayos de laboratorio
Núcleo geológ...
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Marco Teórico
Pruebas de campo
Una vez determinada la dirección de los esfuerzos principales, se de...
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Marco Teórico
Magnitud del Esfuerzo Máximo ( )
1. Estimación mediante fracturas inducidas en el hoy...
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Marco Teórico
Donde:
: Esfuerzo horizontal máximo
: Esfuerzo horizontal mínimo
K: Relación de esfue...
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Marco Teórico
4. Estimulación de Yacimientos
El objetivo principal de la estimulación, es mejorar l...
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Régimen de flujo PΔ )/1( DD
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Mecanismos de estimulación
• Fracturamiento hidráulico
• Fractura con empaque (frac & pack)
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5. Fracturamiento hidráulico
Consiste en inyectar un fluido en la formación denominado fluido de
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Marco Teórico
Diagrama de una fractura hidráulica
Modelaje de la fractura hidráulica
• KGD (Khristi...
Fracturamiento con Gas
Marco Teórico
Fluido de fractura
Los fluidos de fractura se pueden clasificar en tres tipos:
- Base...
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Marco Teórico
6. Uso de materiales explosivos
Explosivos
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Primera categoría: sustancias de extrema peligrosidad por su
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Marco Teórico
Propelentes
Pólvora sin humo
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Simple base (nitrocelulosa)
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7. Fracturamiento con Gas
El Fracturamiento con Gas consiste en colocar una carga de ...
Fracturamiento con Gas
- El uso de algunos agentes explosivos genera velocidades de carga
(Vc) muy altas (106-107 Mpa/s) q...
Fracturamiento con Gas
Marco Teórico
Beneficios del Fracturamiento con Gas
• Unir las fisuras naturales existentes en la f...
Fracturamiento con Gas
Marco Teórico
• Acción mecánica: La presión acumulada por la emanación de gases a
una alta tasa de ...
Fracturamiento con Gas
Marco Teórico
Mecanismo de formación de la fractura
Presurización del pozo
en la cara de la arena
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Fracturamiento con Gas
Marco Teórico
Diseño del propelente
La premisa fundamental en el diseño de la carga de propulsor co...
Fracturamiento con Gas
Medio de propagación propelente
• pH del medio.
• Temperatura.
• Presión.
• Permeabilidad.
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Fracturamiento con Gas
Diseño genérico de herramienta para el Fracturamiento con Gas
Marco Teórico
Fracturamiento con Gas
8. Formación Naricual
Ubicada en el estado Anzoátegui
Porosidad 11 - 15%
Permeabilidad 40 - 1000 md...
Fracturamiento con Gas
Metodología
Selección del afloramiento para
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Corte de muestras para o...
Fracturamiento con Gas
Toma de muestras en la formación Guarico (Camatagua, edo. Guárico)
Metodología
Toma de muestras en ...
Fracturamiento con Gas
Celda para detonación para bloques
de (30x15x10) cm Bloques de plexiglass
Metodología
Bloques de ar...
Fracturamiento con Gas
Toma de tapones de las muestras de roca
Muestra Kprom (md) Porosidad prom. (%)
A 22,87 11,79
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Fracturamiento con Gas
Determinación de densidad y tamaño de grano
Metodología
Fracturamiento con Gas
Dimensiones
(micrones)
Fragmentos individuales,
partículas, etc.
Agregados no
consolidados
Rocas co...
Fracturamiento con Gas
Ensayos geomecánicos
Sistema
Hidráulico
UCS Tensión indirecta
Fluido de
compresión
Compresión triax...
Fracturamiento con Gas
Muestra
Módulo de Young
E (x10+6 psi)
Relación de
Poisson V
UCS
(psi)
Tensión
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Cohesión...
Fracturamiento con Gas
Resonancia Magnética 3D
Metodología
Fracturamiento con Gas
Metodología
Secado de muestras de roca
Horno de secado con vacío de 25 lpc
Fracturamiento con Gas
Selección del explosivo
Con la información obtenida de la caracterización de las rocas, fue
realiza...
Fracturamiento con Gas
Ensamblaje Blanco - Explosivo
Mecha Recubierta
Tapón
Medio de
propagación de
la onda
Explosivo
Meto...
Fracturamiento con Gas
Confinamiento de la muestra y activación del explosivo
Metodología
Fracturamiento con Gas
Metodología
Extracción de la muestra después de la explosión
Fracturamiento con Gas
Evaluación de resultados obtenidos
1) Al analizar los explosivos empleados se obtuvo que:
Propelent...
Fracturamiento con Gas
Propelente “C”
Se obtuvo un fracturamiento excesivo de las
muestras, no pudiendo controlar la energ...
Fracturamiento con Gas
Tras seleccionar el propelente “A” y variar en la cantidad aplicada en los
bloques de arenisca, se ...
Fracturamiento con Gas
Resultados y Análisis
Fracturamiento con Gas
Resultados y Análisis
Fracturamiento con Gas
Antes
Después
Resultados y Análisis
Fracturamiento con Gas
Resultados y Análisis
Fracturamiento con Gas
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Fracturamiento con Gas
Antes
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Resultados y Análisis
Fracturamiento con Gas
Antes
Después
Resultados y Análisis
Fracturamiento con Gas
2) Tanto en Plexiglass como en roca, se observó la diferencia al aplicar el
propelente inmerso en f...
Fracturamiento con Gas
2 Fracturas
Los bloques de roca A7 y A8, provienen de la misma muestra tomada en
superficie, por lo...
Fracturamiento con Gas
3) El patrón observado en los ensayos (con excepción de aquellos casos
donde la carga fue mínima) c...
Fracturamiento con Gas
4) De la prueba del punto de ignición del propelente “A”, se tiene que:
• Se comenzó a degradar a p...
Fracturamiento con Gas
Conclusiones
• No es posible establecer una ventana de aplicación de las ecuaciones
definidas en lo...
Fracturamiento con Gas
• Es necesario que haya buen confinamiento para aprovechar al máximo
la energía generada por el pro...
Fracturamiento con Gas
• No es recomendado el uso de cordón detonante para este tipo de
pruebas debido a que su alto poder...
Fracturamiento con Gas
• Asegurar la reproducibilidad de la formulación del propelente con la
finalidad de garantizar la r...
Fracturamiento con Gas
• Diseñar una herramienta que permita el encapsulamiento adecuado para
la aplicación del Fracturami...
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Presentacion fracturamiento con gas

  1. 1. Fracturamiento con Gas "EVALUACIÓN DE MATERIAL ENERGÉTICO PARA EL FRACTURAMIENTO CON GAS EN ARENAS CONSOLIDADAS DE ALTA PERMEABILIDAD DE GAS" Elaborado por: Wilmer Armando Chavarro Soto Con la asesoría de: Tutor Académico: Prof. MSc. Walter Poquioma Tutor Industrial: Ing. Pablo Manrique Febrero, 2006
  2. 2. Fracturamiento con Gas Índice General INTRODUCCIÓN PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA OBJETIVOS MARCO TEÓRICO METODOLOGÍA RESULTADOS Y ANÁLISIS CONCLUSIONES RECOMENDACIONES
  3. 3. Fracturamiento con Gas Introducción En la industria petrolera existen diferentes mecanismos de producción, al inicio se produce por flujo natural. También existen algunos mecanismos naturales que pueden disminuir la velocidad de decaimiento de la presión del yacimiento como el efecto de la subsidencia, la migración de un acuífero activo, la expansión de una capa de gas y la segregación gravitacional. Cuando la presión del yacimiento no es suficiente para producir hidrocarburos naturalmente, se emplean métodos de levantamiento artificial tales como bombeo mecánico, bombeo electrosumergible, levantamiento artificial con gas u otros. Por otro lado, existen técnicas usadas para estimular mecánicamente el yacimiento. El más exitoso es el fracturamiento hidráulico, el cual inyectando un fluido, crea un largo canal de alta permeabilidad para mejorar el flujo de los hidrocarburos hacia el pozo. Sin embargo, esta es una técnica excesivamente costosa y se deben buscar alternativas que se adapten a las características de nuestros yacimientos venezolanos.
  4. 4. Fracturamiento con Gas En este sentido, la tecnología de Fracturamiento con Gas es diferente al Fracturamiento Hidráulico, ya que esta última técnica consiste en colocar una carga explosiva propelente en la cara de la arena y tras su ignición y combustión se genera un pulso de alta presión de gas el cual da paso a la generación de sistemas radiales de múltiples fracturas en los alrededores del pozo, interconectando las fisuras naturales, para de esa manera mejorar la producción. El Fracturamiento con Gas se ha investigado, desarrollado y aplicado fundamentalmente en EEUU, China y la ex - URSS desde los años 60’s. En nuestro país es muy poco lo que se conoce sobre la mencionada técnica, por lo que en este trabajo de investigación se realiza una evaluación cualitativa de la misma en arenas de alta permeabilidad de gas, con la intención de profundizar sobre ella y avanzar en el desarrollo de alternativas de bajo costo para la estimulación de yacimientos. Introducción
  5. 5. Fracturamiento con Gas Planteamiento del problema Mejorar la comunicación entre la cara de la arena productora y el pozo, y sobrepasar el daño producido en la zona invadida por los fluidos de perforación y otras operaciones. Se busca obtener fracturas superiores a las 3 pulgadas. Concentrar el esfuerzo en desarrollar aplicaciones en yacimientos de mediana y alta permeabilidad, donde no es necesario alcanzar grandes profundidades de la fractura sino mejorar la comunicación arena/pozo, ya que el fracturamiento hidráulico es ideal para yacimientos de baja permeabilidad, por cuanto genera largos canales de alta permeabilidad. Disponer de alternativas de bajo costo al fracturamiento hidráulico (aprox 1500MMBs.), maximizando la relación costo/beneficio.
  6. 6. Fracturamiento con Gas Planteamiento del problema El 70% del costo en el Fracturamiento Hidráulico esta distribuido en el fluido de fracturamiento, bombeo y apuntalante. Evaluar la factibilidad de mantener fracturas abiertas, usando como apuntalante los granos desprendidos de la arena fracturada.
  7. 7. Fracturamiento con Gas Objetivos Objetivo General Evaluar en arenas consolidadas de alta permeabilidad de gas, la aplicación de fracturamiento con gas caracterizando las respuestas obtenidas según el volumen de gas generado por el material energético, y determinando si es necesario o no, insertar agentes apuntalantes. Objetivos Específicos • Establecer la diferencia entre la mecánica de fracturas por Fracturamiento Hidráulico y las originadas por Fracturamiento con Gas. • Caracterizar la roca según su porosidad, permeabilidad y granulometría.
  8. 8. Fracturamiento con Gas Objetivos • Determinar propiedades mecánicas de la roca: resistencia máxima, módulo de Young, relación de Poisson, resistencia a la tensión y compresibilidad. • Observar las fracturas creadas por el fracturamiento con gas. • Caracterizar las fracturas en función de distintas cantidades de material energético colocado. • Determinar el límite en el cual se daña la cara de la fractura creada por exceso de material energizante. • Evaluar los resultados obtenidos y determinar la necesidad o no de insertar agentes apuntalantes.
  9. 9. Fracturamiento con Gas Marco Teórico 1. Efecto Superficial “s” Es aquel que describe las alteraciones presentes en los alrededores del pozo, provocadas casi por cualquier actividad de ingeniería de petróleo, como perforación, completación y aplicación de métodos de estimulación a la formación. rw ks rs k re pe h Zona Alterada “s” s kh q ps π μ 2 =Δ h: Espesor de la formación, pies rw: Radio del pozo re: Radio de drenaje del pozo Pe: Presión en el límite de drenaje, lpc k: Permeabilidad, md rs: Radio de daño ks: Permeabilidad alterada pS: Caída de presión debido al daño, lpc : Viscosidad del fluido, cp q: Caudal de flujo, BPD Δ μ
  10. 10. Fracturamiento con Gas ∑+++= + spseudoskinssss dpc θ Componentes del efecto superficial θ+cs : Completación parcial e inclinación del pozo Correlación de Brons y Marting, Correlación de Cinco-Ley y colaboradores ps : Cañoneo ds : Daño superficial Considera al ángulo de fase de las perforaciones, profundidad del cañoneo y radio del pozo Causado por efecto de invasión de fluidos a la formación durante las diferentes operaciones. Pseudoskins Son funciones de la distribución de fases, las permeabilidades relativas de las mismas, los caudales y el tipo de flujo (laminar o turbulento) Marco Teórico
  11. 11. Fracturamiento con Gas h h b w = wr h Correlación de Brons y Marting b: Relación de penetración h: Espesor total de la zona productora hw: Intervalo total abierto a producción rw: Radio total del pozo 120 ft 120 ft 120 ft 30 ft 60 ft 15 ft 15 ft 7,5 ft a) b) c) 0.25 ft Marco Teórico
  12. 12. Fracturamiento con Gas w wD r h h = w w wD r Z Z = w D r h h = h h h w wD =' Zw : representa la elevación desde el fondo del yacimiento hasta la mitad del intervalo cañoneado A partir del cálculo de: Correlación de Cinco-Ley y col. ,Dh ,wDh , D wD h Z D wD h h θcos Marco Teórico
  13. 13. Fracturamiento con Gas 2. Comportamiento de los materiales σ ε Esfuerzodetensión Deformación a b c d e Zonas: a: Elástica b: Elasto - plástica c: Plástica (fluencia) d: Endurecimiento e: Rotura (estricción) Marco Teórico
  14. 14. Fracturamiento con Gas 3. Propiedades Geomecánicas La geomecánica estudia las características mecánicas de los materiales geológicos. En la industria petrolera, relaciona el comportamiento de la formación bajo los cambios de esfuerzo, producto de las operaciones de perforación, completación y producción de pozos. Marco Teórico • Estabilidad de hoyo • Fracturamiento hidráulico • Estabilidad de cavidades cañoneadas • Yacimientos sometidos a subsidencia Cada pozo debe ser evaluado de manera particular, con ensayos de laboratorio y pruebas de campo. xzτ xyτ yxτ yzτ zyτ zxτ x y z xxσ yyσ zzσ :Esfuerzos normalesσ :Esfuerzos cortantesτ
  15. 15. Fracturamiento con Gas Marco Teórico • Compresión sin confinamiento (UCS) Algunos ensayos de laboratorio Núcleo geológico orientado Módulo de Young, E (lpc) Relación de Poisson, Resistencia máxima, Rmáx (lpc) deformación esfuerzo υ aσ aσ D L L = 2D
  16. 16. Fracturamiento con Gas Marco Teórico • Compresión Triaxial Algunos ensayos de laboratorio Núcleo geológico orientado aσ aσ rσ rσ Cohesión, So (lpc) Ángulo de fricción, V (°) D L L = 2D
  17. 17. Fracturamiento con Gas Marco Teórico • Tensión indirecta (Cilindro brasileño) Algunos ensayos de laboratorio Núcleo geológico orientado P P t D P P P P t D Resistencia a la Tensión, To (lpc) P P P P t = D/2 G r á f i c a d e l a R e s i s t e n c i a a l a T e n s i ó n ( T o ) 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 T ie m p o To(lpc)
  18. 18. Fracturamiento con Gas Marco Teórico Pruebas de campo Una vez determinada la dirección de los esfuerzos principales, se deben estimar las magnitudes de estos esfuerzos principales. Magnitud del Esfuerzo Mínimo ( ) Se determina mediante pruebas de estimulación, tales como: - Minifrac. - Microfrac. - Prueba de integración Extendida (Extended Leakoff Test, X-LOT) hσ Magnitud del Esfuerzo Vertical ( ) Mediante la integración de un registro de densidad, tomado desde la superficie. vσ
  19. 19. Fracturamiento con Gas Marco Teórico Magnitud del Esfuerzo Máximo ( ) 1. Estimación mediante fracturas inducidas en el hoyo Hσ = 3 – Pbd + To – Pp; To = UCS/12 (Criterio de Murrell) Hσ hσ Donde: : Esfuerzo horizontal máximo : Esfuerzo horizontal mínimo Pbd: Presión de ruptura a la cual fue inducida la fractura Pp: Presión de poro UCS: Resistencia de la roca sin confinar To:Resistencia a la tensión Hσ hσ
  20. 20. Fracturamiento con Gas Marco Teórico Donde: : Esfuerzo horizontal máximo : Esfuerzo horizontal mínimo K: Relación de esfuerzos efectivos. 13742’ 19680’ Régimen Transcurrente K: 1.4 Ajustado de acuerdo al retroanálisis de las fallas compresivas “Breakout”. Hσ hσ ( ) KhvhH *σσσσ −+= hvH σσσ >> Magnitud del Esfuerzo Máximo ( ) 2. Estimación de mediante fallas observadas en el hoyo (Breakout). Hσ Hσ
  21. 21. Fracturamiento con Gas Marco Teórico 4. Estimulación de Yacimientos El objetivo principal de la estimulación, es mejorar las propiedades del yacimiento para incrementar el recobro del mismo, elevando su productividad. P q J Δ = D o p kh qB P π μ 2 =Δ D o q B Pkh q μ π Δ = 2 Constantes adimensionales: DD qp /1≈ Do D o pB kh q B kh P q J μ π μ π 22 ≈= Δ = q: Tasa de producción, BNPD J: Índice de productividad, BNPD/lpc : Diferencial de presión, lpc Bo: Factor volumétrico del petróleo BY/BN k: Permeabilidad, md : Viscosidad, cp h: Espesor de la arena productora, pies pD: Presión adimensional qD: Tasa adimensional PΔ μ
  22. 22. Fracturamiento con Gas Régimen de flujo PΔ )/1( DD qp ≈ Transciente (yacimiento infinito) pi – pwf ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ −−= D iD t Ep 4 1 2 1 donde 2 wt D rc k t t μΦ = Estado estable pe – pwf )/ln( weD rrp = Estado pseudoestable p - pwf )/472.0ln( weD rrp = Parámetros adimensionales para flujo en pozos sin daño: )( 2 spB kh J Do + = μ π Influencia del efecto superficial en el Indice de productividad: Marco Teórico
  23. 23. Fracturamiento con Gas Mecanismos de estimulación • Fracturamiento hidráulico • Fractura con empaque (frac & pack) • Estimulación matricial en areniscas y calizas • Fracturamiento con acidificante. Marco Teórico
  24. 24. Fracturamiento con Gas 5. Fracturamiento hidráulico Consiste en inyectar un fluido en la formación denominado fluido de fracturamiento, elevando la presión de inyección hasta hacer fallar la misma por tensión. La fractura se propaga como un plano con dirección perpendicular al mínimo esfuerzo, creando dos aberturas con 180º entre sí. En la mayoría de los casos, el menor esfuerzo es horizontal. vσ hσ Hσ Esfuerzo mínimo vσ hσ hσ Esfuerzo mínimo vσ hσ hσ Esfuerzo mínimo Marco Teórico
  25. 25. Fracturamiento con Gas Marco Teórico Diagrama de una fractura hidráulica Modelaje de la fractura hidráulica • KGD (Khristianovitch y Zheltov , Geertsma y de Klerk) en el plano horizontal. • PKN (Perkins , Kern y Nordgren) en el plano vertical.
  26. 26. Fracturamiento con Gas Marco Teórico Fluido de fractura Los fluidos de fractura se pueden clasificar en tres tipos: - Base agua o aceite, viscosificados (goma Guar u otro agente gelificante). - Emulsiones. - Espumados con dióxido de carbono o nitrógeno, base aceite o agua. Agente apuntalanteFluido de fractura Agente de sostén (apuntalante) Es un material granulado que se bombea hacia la fractura con la finalidad de contrarrestar los esfuerzos de la formación e impedir que vuelva a cerrarse la abertura creada.
  27. 27. Fracturamiento con Gas Marco Teórico 6. Uso de materiales explosivos Explosivos Deflagrantes ( velocidades subsónicas) Detonantes (velocidades supersónicas) Combustibles comunes Propelentes o propulsores Fragmentación, demoliciones, minería Armamento, cohetes, presión controlada de gases Fuente de calor Electricidad Usos (100-1000)x104(43-100)x10210-100Presión producida (lpc) Ondas de choque de alta T y P Partículas calientes y gases CalorIniciación 10910310Potencia (W/cm2) 4x1034x103104Energía liberada (J/gr) Transferencia de onda de choque Transferencia de calorTransferencia de calor Factor de control de la velocidad de reacción 10-610-310-1Completación de reacción (m/s) (2-9)x10310210-6Velocidad lineal de la reacción (m/s) DetonanteAgente de propulsiónCombustibleMaterial DetonaciónDeflagraciónCaracterística
  28. 28. Fracturamiento con Gas Marco Teórico Explosivos Primera categoría: sustancias de extrema peligrosidad por su inestabilidad y su uso debe estar sujeto a estrictos controles de seguridad. Segunda categoría: explosivos primarios o iniciadores. Son sensibles al impacto, calor, chispas y fricción. Pequeñas cargas son empleadas detonantes para iniciar otros explosivos menos sensibles. Tercera categoría: explosivos secundarios o no iniciadores. Compuestos orgánicos e inorgánicos de diferentes sensibilidades y alto poder explosivo. Requieren de una onda de choque relativamente fuerte para ser iniciados. Son estables en el ambiente. Cuarta categoría: Agentes de propulsión o propelentes. Son poco sensibles a las ondas de choque, por lo tanto no detonan. Liberan su energía mediante combustión rápida generando muchos gases. Clasificación de los explosivos
  29. 29. Fracturamiento con Gas Marco Teórico Propelentes Pólvora sin humo Pólvora con humo Simple base (nitrocelulosa) Triple Base (nitrocelulosa, nitroglicerina y nitroguanidina) Doble Base (nitrocelulosa y nitroglicerina) Clasificación de los propelentes
  30. 30. Fracturamiento con Gas Marco Teórico 7. Fracturamiento con Gas El Fracturamiento con Gas consiste en colocar una carga de agente de propulsión en la cara de la arena y tras su ignición y combustión se genera un pulso de alta presión de gas el cual da paso a la generación de sistemas radiales de múltiples fracturas en los alrededores del pozo, interconectando las fisuras naturales, para de esa manera mejorar la producción. Tomado de http://www.thegasgun.com/technology.htm Fracturamiento con Gas Sistema Radial de Múltiples Fracturas
  31. 31. Fracturamiento con Gas - El uso de algunos agentes explosivos genera velocidades de carga (Vc) muy altas (106-107 Mpa/s) que pueden dañar la permeabilidad de la roca por efecto de la compactación. Comparación de perfiles de Presión ( tomado de INT - 8723,2001) - Se tiene referencia de que el uso de propulsores, con menores Vc (103- 104 Mpa/s) emanan la suficiente energía para fracturar la roca sin causar daño en la permeabilidad. Marco Teórico
  32. 32. Fracturamiento con Gas Marco Teórico Beneficios del Fracturamiento con Gas • Unir las fisuras naturales existentes en la formación. • Remover el daño en los alrededores del pozo. • Incrementar la comunicación arena-pozo. • Controlar arenamiento. Respecto de otras tecnologías de estimulación, como Fracturamiento Hidráulico, existen ventajas comparativas • Disminuye los costos de operación. • Simplifica la operación. • Reduce el riesgo de pérdida de fluidos hacia la formación.
  33. 33. Fracturamiento con Gas Marco Teórico • Acción mecánica: La presión acumulada por la emanación de gases a una alta tasa de presurización, puede formar un sistema radial de múltiples fracturas. • Acción de la energía térmica: La generación de altas temperaturas ayuda a derretir el asfalto y/o las parafinas y reducir la viscosidad del petróleo para remover el taponamiento de los poros del yacimiento en los alrededores del pozo. • Acción química: Tras la deflagración, gases como CO2, CO, HCl, N2 y otros, pueden reducir la tensión interfacial petróleo/agua, mejorando la permeabilidad relativa al petróleo, acidificando la formación, corroyendo sus materiales cementantes y mejorando la permeabilidad. • Acción del pulso oscilatorio: Puede eliminar las obstrucciones por impurezas presentes en la formación, por otro lado, cambiar la estructura del crudo, reduciendo su viscosidad y por ende la resistencia a fluir. Mecanismos actuantes
  34. 34. Fracturamiento con Gas Marco Teórico Mecanismo de formación de la fractura Presurización del pozo en la cara de la arena Iniciación de la fractura To+ Psobrecarga Propagación de la fractura velocidad de propagación
  35. 35. Fracturamiento con Gas Marco Teórico Diseño del propelente La premisa fundamental en el diseño de la carga de propulsor consiste en maximizar la carga del mismo sin llegar a producir daño en el pozo para de esta manera optimizar la productividad o inyectividad según el caso. Confinamiento Nivel (Secuencia de deflagración o detonación) Distribución [E] Calidad de la explosión (Liberación de energía) Configuración del propelente
  36. 36. Fracturamiento con Gas Medio de propagación propelente • pH del medio. • Temperatura. • Presión. • Permeabilidad. • Conductividad. • Geomecánica: RQD (Rock Quality Designation – Índice de calidad de la roca), compresibilidad de la roca, resistencia a la tensión, resistencia a la compresión, envolvente de falla, módulo de Young, relación de Poisson. • Otros que sean posibles de suministrar. Marco Teórico Mientras mayor sea la cantidad de datos suministrados para el diseño, mayor será la eficiencia del explosivo al activarse Mientras mayor sea la cantidad de datos suministrados para el diseño, mayor será la eficiencia del explosivo al activarse
  37. 37. Fracturamiento con Gas Diseño genérico de herramienta para el Fracturamiento con Gas Marco Teórico
  38. 38. Fracturamiento con Gas 8. Formación Naricual Ubicada en el estado Anzoátegui Porosidad 11 - 15% Permeabilidad 40 - 1000 md Saturación de agua irreducible 10 y 15% Algunos datos de interés Según 22 análisis PVT, sus fluidos se distribuyen de tope a base: Gas, Condensado, Petróleo volátil, Liviano y Mediano Líquidos originales en sitio 1883 MMBNP Factor de recobro* 58 % Reservas remanentes 838 MMBNP * Entre primario (28%) y secundario (30%). Reservas estimadas al 31/12/1996 de la formación Naricual (tomado de WEC Venezuela 1997) Marco Teórico N. Superior 700 pies N. Medio 400 pies N. Inferior 400 pies
  39. 39. Fracturamiento con Gas Metodología Selección del afloramiento para toma de muestras en superficie Corte de muestras para obtención de bloques de 30 x 15 x 10 cm Caracterización de rocas mediante análisis convencionales y ensayos geomecánicos Saturación de rocas y Resonancia Magnética 3D inicial Secado de rocas en horno de vacío para que no posean fluidos al realizar la explosión Ensamblaje “Blanco” - Explosivo Introducción de la muestra en la celda, confinándola y activación del explosivo Selección del material explosivo a partir de la caracterización de las muestras de roca Apertura de la celda y extracción de la muestra, agregando resina epóxica Saturación de rocas y Resonancia Magnética 3D final Evaluación de los resultados obtenidos Elaboración de conclusiones y recomendaciones
  40. 40. Fracturamiento con Gas Toma de muestras en la formación Guarico (Camatagua, edo. Guárico) Metodología Toma de muestras en la formación Naricual (Barcelona, edo. Anzoátegui)
  41. 41. Fracturamiento con Gas Celda para detonación para bloques de (30x15x10) cm Bloques de plexiglass Metodología Bloques de arenisca Corte de bloques de roca (30x15x10) cm Muestra Bloques A 1,2 B 3,4,5 C 6 D 7,8 E 9,10 Correspondencia Muestras - Bloques
  42. 42. Fracturamiento con Gas Toma de tapones de las muestras de roca Muestra Kprom (md) Porosidad prom. (%) A 22,87 11,79 B 24,97 13,00 C 9,31 13,21 D 19,91 12,81 E 13,87 12,46 Determinación de porosidad y permeabilidad Metodología
  43. 43. Fracturamiento con Gas Determinación de densidad y tamaño de grano Metodología
  44. 44. Fracturamiento con Gas Dimensiones (micrones) Fragmentos individuales, partículas, etc. Agregados no consolidados Rocas consolidadas Tipo de grano 1000 - 2000 Grano de arena muy gruesa Arena muy gorda Arenisca muy basta 500 - 1000 Grano de arena gruesa Arena gorda Arenisca basta 250 - 500 Grano de arena mediana Arena mediana Arenisca media 125 - 250 Grano de arena fina Arena fina Arenisca fina 62.5 - 125 Grano de arena muy fina Arena muy fina Arenisca muy fina Arena Rocas Densidad seca (g/cc) Densidad saturada (g/cc) Lutita 1.9 - 2.4 2.1 - 2.5 Arenisca 2.0 - 2.6 2.2 - 2.6 Limolita 1.9 - 2.6 2.1 - 2.7 Muestra Densidad (g/cc) Tamaño de Grano (micrones) A 2.43 213.52 B 2.31 189.04 C 2.31 151.81 D 2.37 232.4 E 2.28 180.35 Datos experimentales Clasificación teórica Metodología
  45. 45. Fracturamiento con Gas Ensayos geomecánicos Sistema Hidráulico UCS Tensión indirecta Fluido de compresión Compresión triaxial Metodología
  46. 46. Fracturamiento con Gas Muestra Módulo de Young E (x10+6 psi) Relación de Poisson V UCS (psi) Tensión Indirecta To Cohesión So (psi) Ángulo de Fricción, V (°) A 1,06 0,26 7235 418 ***** ***** B 0,66 0,23 7636 206 5076 31 C 0,5 0,245 6186 239 ***** ***** D 1,39 0,27 7655 518 2523 50 E 1,56 0,21 8736 450 ***** ***** Envolvente de Falla (Mohr-Coulomb) 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 σ(lpc) τ(lpc) Muestra B Envolvente de Falla (Mohr-Coulomb) 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 0 10000 20000 30000 40000 σ(lpc) τ(lpc) Muestra D Metodología
  47. 47. Fracturamiento con Gas Resonancia Magnética 3D Metodología
  48. 48. Fracturamiento con Gas Metodología Secado de muestras de roca Horno de secado con vacío de 25 lpc
  49. 49. Fracturamiento con Gas Selección del explosivo Con la información obtenida de la caracterización de las rocas, fue realizada la selección. Y se varió las cantidades de las mismas para obtener máximos y mínimos de aplicación. Deflagrante Detonante Propelente “A” Propelente “B” Propelente “C” Cordón detonante Metodología Una vez seleccionado el explosivo, se caracteriza según su punto de ignición.
  50. 50. Fracturamiento con Gas Ensamblaje Blanco - Explosivo Mecha Recubierta Tapón Medio de propagación de la onda Explosivo Metodología
  51. 51. Fracturamiento con Gas Confinamiento de la muestra y activación del explosivo Metodología
  52. 52. Fracturamiento con Gas Metodología Extracción de la muestra después de la explosión
  53. 53. Fracturamiento con Gas Evaluación de resultados obtenidos 1) Al analizar los explosivos empleados se obtuvo que: Propelente “A” Permite controlar la aplicación del mismo, tanto en el Plexiglass como en la roca. Propelente “B” No fue posible realizar su activación mediante la iniciación con mecha recubierta, debido a que su punto de ignición es muy elevado y debe iniciarse con otros dispositivos más potentes. Fue descartado. Resultados y Análisis
  54. 54. Fracturamiento con Gas Propelente “C” Se obtuvo un fracturamiento excesivo de las muestras, no pudiendo controlar la energía liberada. Por esta razón se descartó el uso del mismo. Cordón Detonante (en bloque de geometría irregular) En vista de que la energía liberada por 0,5 gr del cordón detonante destruyó el bloque fracturándolo en múltiples fragmentos, se descartó su posterior uso en los bloques regulares de arenisca y plexiglass. Resultados y Análisis
  55. 55. Fracturamiento con Gas Tras seleccionar el propelente “A” y variar en la cantidad aplicada en los bloques de arenisca, se obtuvo: Muestra (sin fluido) Cantidad de propelente "A" (gr) Observaciones A2 2 No hubo fractura (verificado por Resonancia Magnética). A8 2,5 No hubo fractura (verificado por Resonancia Magnética). A6 3 Se generaron 2 fracturas con áprox. 180° entre sí. A1 4 Se generaron 2 fracturas con áprox. 180° entre sí, se abrió la roca y se observaron los granos desprendidos además de no producirse daño aparente en la superficie de la perforación. A4 6 Se generó un sistema radial de 4 fracturas. A5 8 Se generó un sistema radial de 4 fracturas principales y otras menores derivadas. A9 10 Se generó un sistema radial de 4 fracturas principales y otras derivadas desordenadas, también se generó una fractura transversal. Resultados y Análisis
  56. 56. Fracturamiento con Gas Resultados y Análisis
  57. 57. Fracturamiento con Gas Resultados y Análisis
  58. 58. Fracturamiento con Gas Antes Después Resultados y Análisis
  59. 59. Fracturamiento con Gas Resultados y Análisis
  60. 60. Fracturamiento con Gas Antes Después Resultados y Análisis
  61. 61. Fracturamiento con Gas Antes Después Resultados y Análisis
  62. 62. Fracturamiento con Gas Antes Después Resultados y Análisis
  63. 63. Fracturamiento con Gas 2) Tanto en Plexiglass como en roca, se observó la diferencia al aplicar el propelente inmerso en fluido con relación al aplicarlo sin fluido. El bloque de Plexiglass P7 fue activado con 3,9 gr de propelente “A” y no se produjo fracturas, mientras que al llenar con agua la perforación, para la misma configuración y cantidad de propelente en el bloque P6, se generaron 2 fracturas con apróx. 180o entre sí. Resultados y Análisis
  64. 64. Fracturamiento con Gas 2 Fracturas Los bloques de roca A7 y A8, provienen de la misma muestra tomada en superficie, por lo tanto sus propiedades características son muy similares. Kprom(md) Porosidad prom(%) Densidad (gr/cc) Tamañode Grano Módulode YoungE Relaciónde PoissonV UCS (psi) Tensión IndirectaTo Cohesión So(psi) Ángulode Fricción, V 19,91 12,81 2,37 254 1,39 0,27 7655 518 2523 50 En la roca A7 se agregó ULTRAMIXR a la perforación para 2,5 gr de propelente “A” y se generaron 2 fracturas con apróx. 180o entre sí. En la roca A8 no se añadió fluido y no ocurrió fracturamiento. Resultados y Análisis
  65. 65. Fracturamiento con Gas 3) El patrón observado en los ensayos (con excepción de aquellos casos donde la carga fue mínima) comprende fracturas en varias direcciones desde la perforación hacia afuera y a lo largo de su extensión. Además se observó desprendimiento de partículas que impiden que las caras de la fractura vuelvan a su posición inicial. Granos desprendidos Resultados y Análisis
  66. 66. Fracturamiento con Gas 4) De la prueba del punto de ignición del propelente “A”, se tiene que: • Se comenzó a degradar a partir de 185°C (365°F), notandose cambio de color de negro a rojizo y desprendimiento de gases. • El máximo valor que mide el termómetro es 250°C (482°F), y el punto de ignición no se pudo cuantificar debido a que es superior a este. Resultados y Análisis
  67. 67. Fracturamiento con Gas Conclusiones • No es posible establecer una ventana de aplicación de las ecuaciones definidas en los modelos geométricos de fracturamiento hidráulico PKN y KGD de manera análoga para el fracturamiento con gas. • En el fracturamiento con gas se genera un sistema radial de fracturas alrededor del pozo (diferente a las dos generadas en el convencional) debido a la velocidad de liberación de energía durante la explosión, lo cual permite el drenaje de los fluidos del yacimiento a través de un mayor número de canales de alta permeabilidad en diferentes direcciones. • Se corroboró mediante la caracterización en torno a la porosidad, permeabilidad y granulometría, que las muestras de roca tomadas en la superficie son areniscas de grano fino de alta permeabilidad al gas. • Se determinó que para este tipo de estimulación, el explosivo que mejor se ajusta a las necesidades de la fractura es el de tipo propelente.
  68. 68. Fracturamiento con Gas • Es necesario que haya buen confinamiento para aprovechar al máximo la energía generada por el propelente con la menor pérdida. • Se comprobó en bloques de plexiglass y de arenisca, que el uso de propelente inmerso en un fluido para fracturamiento con gas, permite que la propagación de la onda de choque sea mayor a través del medio, logrando mayor profundidad de la fractura. • Las fracturas generadas se propagan en un sistema radial a partir de la perforación, a lo largo de su extensión y hacia afuera. Conclusiones • La caracterización basada en análisis convencionales y ensayos geomecánicos de la roca, es necesaria para realizar una adecuada selección y configuración del material propelente a emplear. • La Resonancia Magnética es una herramienta que permite obtener visualizaciones con una buena resolución para este tipo de pruebas. • Se corroboró el desprendimiento de partículas de la matriz de la roca que impiden el cierre de las caras de la fractura.
  69. 69. Fracturamiento con Gas • No es recomendado el uso de cordón detonante para este tipo de pruebas debido a que su alto poder destruye la roca, fragmentandola en múltiples pedazos. • Se obtuvo que para las muestras de roca sin fluido en la perforación, la generación de fracturas se inicia a partir de 3gr de propelente “A”, y a pesar de que no se alcanzó un máximo en el cual la roca se deteriorara, para 10 gr de propelente las fracturas se crean se manera desordenada. Conclusiones • El propelente tipo “A” permitió realizar pruebas controladas, además tiene un alto punto de ignición sobre los 250°C (482°F), lo cual permite que se evalúe en condiciones de temperatura de yacimiento sin peligro de auto ignición. • No es posible establecer una relación directa entre el espesor de las fracturas y la cantidad de propelente activado, ya que los espesores resultaron variables debido a que las propiedades geomecánicas de las muestras varían entre una y otra por no tener una orientación definida al tomarlas en la superficie.
  70. 70. Fracturamiento con Gas • Asegurar la reproducibilidad de la formulación del propelente con la finalidad de garantizar la repetibilidad y éxito de las pruebas. • Realizar el escalamiento de las muestras empleadas y los resultados obtenidos, de condiciones de laboratorio a las de yacimiento. • Realizar un estudio profundo acerca del desarrollo de ecuaciones que permitan establecer un modelo de simulación con miras a la creación de un software propio. Recomendaciones • Se debe caracterizar la roca de interés, obteniendo la mayor información posible para lograr una buena selección y configuración del propelente. • Al realizar pruebas con muestras de roca es necesario obtener su orientación bien sea por métodos de campo o por la técnica de Paleomagnetismo, con la finalidad de extraer la mayor información posible al comparar los resultados entre diferentes muestras.
  71. 71. Fracturamiento con Gas • Diseñar una herramienta que permita el encapsulamiento adecuado para la aplicación del Fracturamiento con Gas. • Realizar pruebas al propelente a condiciones de yacimiento en el CEPRO, y obtener información sobre las presiones generadas en el pozo. • Diseñar una prueba que permita cuantificar la variación en la permeabilidad efectiva de la roca al realizar la estimulación mediante el Fracturamiento con Gas. • Realizar pruebas en las cuales se evalúe el propelente de acuerdo a su sensibilidad a la presión externa y evaluar la sensibilidad ante la combinación de los parámetros presión y temperatura bajo condiciones extremas, según la información disponible de los yacimientos venezolanos. Recomendaciones
  72. 72. Fracturamiento con Gas

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