Este documento proporciona información sobre fracturamiento hidráulico. Explica que es un proceso para inyectar un fluido a alta presión en un pozo para crear fracturas e incrementar la producción. Detalla los objetivos, beneficios, factores que influyen como las propiedades de la roca y fluidos, y cómo se puede modelar la geometría de las fracturas creadas. Finalmente, ofrece una guía sobre cómo monitorear y controlar una operación de fracturamiento.

1. Andrea Paola Martínez
Gina Gonzales
Deissy Johanna Bautista
Oscar Castro
Melany Acevedo
Andrés Camilo Ballesteros Rodríguez
Andrés Felipe Suarez Barbosa

2. AGENDA
•Qué es el fracturamiento hidráulico.
•Evolución.
•Objetivos.
•Beneficios.
•Orientación de la fractura.
•Factores que influyen en la fractura.
•Geometría de la fractura.
•Hidráulica de fracturamiento.

3. Qué es un Fracturamiento
Hidráulico
Es el proceso mediante el cual se inyecta un fluido al pozo, a una tasa y
presión que supera la capacidad de admisión matricial de la formación
expuesta, originando un incremento de presión y la posterior ruptura.
El fracturamiento hidráulico se realiza debido a que la baja permeabilidad
natural y partículas del fluido de perforación depositadas en el estrato,
imposibilitan que pueda existir flujo hacia el pozo.

4. Qué es un Fracturamiento
Hidráulico
Un tratamiento de fracturamiento consiste en el rompimiento de la formación
mediante un fluido a una alta tasa y presión. La inyección continua de dicho
fluido permite ampliar y extender la fractura , cuando se alcanza una amplitud
tal, se le agrega un material sólido al fluido para que lo conduzca y evitar al
termino del tratamiento cierre de la fractura. El fluido empleado recibe el
nombre de fluido fracturante y el sólido es conocido como agente apuntalante .

5. Qué es un Fracturamiento
Hidráulico
Este tipo de tratamiento se utiliza
básicamente para:
•formaciones de baja permeabilidad.
•Permitir que los fluidos producidos
o inyectados atraviesen un daño
profundo.
•Mejoramiento del índice de
inyectividad del pozo y la creación
de canales de flujo de alta
conductividad en el área de drene
del pozo productor.

6. Qué es un Fracturamiento
Hidráulico
•Inicialmente se inyecta fluido fracturante al pozo y posteriormente es
necesario que el material soportante comience a ingresar en las fracturas.
•El diseño de concentración de material soportante es importante para obtener
una excelente conductividad de los fluidos en el interior de la fractura.
•Al final de un tratamiento, la fractura debe tener la concentración adecuada
de material soportante, para evitar el cierre de la fractura.
•Finalmente, se bombea un volumen de fluido con el objeto de realizar la
limpieza del exceso del material soportante del pozo.

7. Qué es un Fracturamiento
Hidráulico
Para controlar la operación, se deben
registrar continuamente los valores de:
1. Presión.
2. Gasto.
3. Dosificación del apuntalante.
4. Dosificación de aditivos.
5. Condiciones del fluido fracturante
(control de calidad).
Unidad de tubería flexible adaptada a las
necesidades de fracturamiento hidráulico.

8. Evolución
•Inyección de volumenes de 200 a 400
galones de fluido con media libra de
arena por galon.
•Velocidades de 2 a 4 barriles por minuto
era considerado como un tratamiento
promedio, y el doble de esas cantidades
era ya un trabajo grande.
• Muchas veces se inyectaban volumenes
de 1500 a 2000 galones considerandose
un trabajo arriesgado para la epoca.
•Estos trabajos de inyección y fracking
dieron como resultado el aumento
paulatino de las tazas y presiones de
fracturamiento.

9. Evolución
•A medida que las tasas aumentaban se experimenta con fluidos de menor viscosidad lo
que reduce los costos y da muy buenos resultados.
•Los tratamientos realizados en 1975 mostraron en promedio 37000 a 45000 libras de
arena, una relacion arena- fluido de de 1,25 libras por galon.
•En el presente los tratamientos difieren mucho a los de hace 25 años, se bombean
200,000 a 500,000 galones de fluido y 500,000 o 1’000,000 de libras de arena.

10. Evolución
•Hoy en día los fluidos de
fracturamiento gelatinosos son
preparado en superficie e
inyectados al pozo a presiones
máximas de unos 20 mil PSI
(libras por pulgada cuadrada) en
cabeza de pozo, esto es 666 veces
más que la presión de una llanta
de vehículo, que es de 30 PSI
•A cada pozo se puede adicionar
entre 30 mil y 70 mil libras de
arena, pero en Estados Unidos se
conocen trabajos con la adición de
hasta 1 millón 500 mil libras.

11. Objetivos
• Mejora la producción.
• Desarrolla reservas adicionales.
• Sobrepasa zonas altamente dañadas.
• Reduce la deposición de asfaltenos.
• Controla la producción de escamas.
• Conecta sistemas de fracturas
naturales.

12. Objetivos
• Disminuye la velocidad de flujo en la
matriz rocosa.
• Incrementa el área efectiva de drenaje
de un pozo.
• Disminuye el número de pozos
necesarios para drenar un área.
• Reduce la necesidad de
perforar pozos horizontales.
• Retarda el efecto de conificación del
agua.

13. Objetivos
Un buen candidato para el fracturamiento hidráulico son rocas de baja permeabilidad;
Esta puede ser provocada por:
• Procesos diageneticos.
• Perforación de pozos.
• Casing es colocado y cementado en su lugar.
El daño ocurre debido a que los fluidos de perforación y/o completación se filtran
dentro del reservorio y alteran los poros y el espacio poroso. Cuando un
fracturamiento hidráulico no es diseñado adecuadamente, este podría ser
antieconómica si es que exitoso .

14. Beneficios
Disminución del daño.
Aumento de la conductividad.
Mayor área de flujo.
Mejoramiento de la producción.

15. Orientación de la fractura
La fractura se crea y se propaga siempre en sentido
perpendicular al de menor esfuerzo de la roca.
Horizontal
La orientación
puede ser: Vertical
Inclinada

16. Orientación de la fractura

17. Orientación de la fractura
Factores con mayor influencia en la orientación de la fractura:
 Esfuerzos locales.
 La presión de los poros.
 El módulo de Poisson.
 El módulo de Young.
 Compresibilidad de la roca.

18. Orientación de la fractura
Es importante resaltar que la
orientación de la fractura está
íntimamente ligada al estado original de
esfuerzos in-situ y al mecanismo que la
genera. El caso que aquí nos ocupa es
donde el estado original de esfuerzos
cumple la siguiente condición:
σv ˃ σH ˃σh
Bajo esta condición y para el caso
particular donde la fractura hidráulica es
generada por tensión, la orientación de
la fractura estará en dirección
perpendicular al esfuerzo mínimo.

19. Orientación de la fractura
Las fracturas hidráulicas se inician y propagan a lo largo de un plano
preferencial de fracturamiento. En la mayoría de los casos, el esfuerzo
mayor se presenta en la dirección vertical, por lo que el PFP es vertical y
yace en la dirección del siguiente esfuerzo mayor, el esfuerzo horizontal
máximo.

20. Orientación de la fractura
Si la tasa de bombeo se mantiene
superior a la tasa de pérdida de fluido
en la fractura, entonces la fractura se
propaga y crece.
Si la formación es homogénea, el
crecimiento tiende a ser radial.

21. Orientación de la fractura

22. Factores que influyen en la fractura
Sistema Humectabilidad
Roca- Fluido Gravedad API
Composición del agua
Profundidad
Porosidad
Saturaciones
Permeabilidad
Presión del Yacimiento
WOC y GOC
Litología
Espesor
Temperatura
Gradiente de fractura

23. Factores que influyen en la fractura
Gradiente de fractura
• Presión a la cual ocurre la
ruptura de una formación .
• Es esencial para optimizar
el diseño del pozo, este,
puede estimarse a partir
de datos de los pozos de
referencia.

24. Factores que influyen en la fractura
Esfuerzos locales
(In Situ Stresses)
Presión de
Normal
Sobrecarga
Presión de Poro Anormal
Geometría de la Relación de
Subnormal
fractura Poisson
Modelo de
Young
Compresibilidad
de la roca
Toughness

25. Factores que influyen en la fractura
In situ Stresses :
Pruebas de Resistencia de la formación
Prueba de Fuga (LOT) Prueba de integridad de la formación
(FIT)
 Bombear fluido a una velocidad  Presurizar la columna de fluido
lenta y controlada para aumentar hasta un limite predeterminado que
la presión contra la cara de la mostrará una presión hidrostática
formación hasta crear una de fluido de densidad equivalente
trayectoria de inyección de fluido hasta la cual el fluido no tendrá
en la roca, lo cual indica la presión fuga hacia la formación ni la
de ruptura de la formación quebrara
expresada en densidad de fluido
equivalente, lbs/gal

26. Factores que influyen en la fractura
Presión de sobrecarga
 Presión ejercida por el peso total de las formaciones sobrepuestas por arriba del
punto de interés
Es una función de:
La densidad total de las rocas
La porosidad
Los fluidos congénitos

27. Factores que influyen en la fractura
Presión de Poros
Presión que actúa sobre los fluidos en los espacios porosos de la roca. Se
relaciona con la salinidad del fluido.
Presión Anormal de Poros > 0,465 psi/ft
Presión Normal de Poros = 0,465 psi/ft
Presión Subnormal de poros > 0,465 psi/ft

28. Factores que influyen en la fractura
Relación de Poisson
Relación de la expansión lateral a la
contracción longitudinal de una roca
bajo de una fuerza uniaxial.
Ho
ro

29. Factores que influyen en la fractura
Modelo de Young
Relación entre el esfuerzo a la
deformación causado por una
fuerza uniaxial.

30. Factores que influyen en la fractura
COMPRESIBILIDAD DE LA ROCA
 Compresibilidad de la matriz de roca, Cr:
Cambio fraccional en el volumen del material sólidos de la roca, por unidad de
cambio en la presión.
 Compresibilidad de los poros, Cp:
Cambio fraccional en el volumen poroso de la roca por unidad de cambio de
presión

31. Factores que influyen en la fractura
Valores promedio de compresibilidad
Arena Consolidada 4-5x10^-6 lpc-1
Calizas 5-6x 10^-6 lpc-1
Arenas semi-consolidadas 20x10^-6 lpc-1
Arenas no consolidadas 30x10^-6 lpc-1
Arenas altamente no consolidadas 100x10^-6 lpc-1
Compresibilidad de un Yacimiento
Ct= SoCo+SwCw+Sgcg+Cf

32. Factores que influyen en la fractura
Toughness (Dureza)
• Medida de la resistencia de los materiales a la propagación de la fractura,
es proporcional a la cantidad de energía que puede ser absorbida por el
material antes de ocurrir la propagación.
• No es igual a la resistencia de la roca a la tensión.
To = Esfuerzo de tension de la roca.
Ac = Area del defecto mas grande.
Kic= Toughness de la fractura.

33. Factores que influyen en la fractura
También se conoce como factor de intensidad de esfuerzos críticos.
Los valores mas frecuentes son:

34. GEOMETRIA DE LA FRACTURA
La geometría de la fractura creada puede ser aproximada por modelos
que tomen en cuenta:
 Propiedades mecánicas de la roca.
 Propiedades del fluido fracturante.
Condiciones a las cuales el fluido fracturante es inyectado (tasa
de inyección y presión).
Esfuerzo de la formación.
Distribución de esfuerzos en el medio poroso.
Estos conceptos son necesarios no solamente para la construcción del
modelo del proceso de la fractura en sí, sino también en la predicción
del crecimiento de la fractura.

35. GEOMETRIA DE LA FRACTURA
El cálculo de la geometría de fractura es esencialmente una
aproximación, debido a que se supone que el material es isotrópico,
homogéneo y linealmente elástico, lo cual sucede sólo en un
material ideal.
Los modelos de fracturamiento hidráulico los podemos dividir en tres
familias:
Modelos en dos dimensiones (2-D).
Modelos en pseudo tridimensional (p-3-D).
Modelos tridimensionales (3-D).

36. GEOMETRIA DE LA FRACTURA
Modelos en dos dimensiones: Determinan el ancho (W) y
la longitud de la fractura (XF) la hipótesis genera un
paralelepípedo.
•PKN (Perkins - Kern y Nordgren)
Para longitudes de fractura mucho mayores que la altura de la fractura.
xf >> hf
•KGD (Khristianovic-Zheltov y Geertsma de Klerk)
Para longitudes de fractura mucho menores que la altura de la fractura.
hf >> xf
• Modelo radial
La altura es igual a dos veces la longitud de fractura.
2xf = hf

37. GEOMETRIA DE LA FRACTURA

38. GEOMETRIA DE LA FRACTURA
Modelos en tres dimensiones
Responde a las limitaciones de los modelos 2- D en relación a la forma
de fractura en cuanto tiene que ver con la altura de esta.
•Modelo PKN
Considera la fractura de una forma elíptica en el eje vertical del pozo.

39. GEOMETRIA DE LA FRACTURA
Características importantes :
•En ambas direcciones el ancho es mucho menor que las
otras dimensiones de la fractura: altura y longitud.
•La geometría elíptica, aunque no es enteramente
verdadera, es una aproximación acertada.
•La altura de la fractura es constante.
•La longitud es mayor que las otras dimensiones de la fractura: altura y
ancho.

40. GEOMETRIA DE LA FRACTURA
•Modelo KGD
Supone una Altura mucho mayor que la longitud de la fractura
hf>>Xf. Este modelo es semejante al PKN pero con un giro de 90 .
El modelo KGD no será recomendado para el caso donde grandes
fracturas en la formación productora se generan con el tratamiento
de fracturamiento hidráulico.

41. Hidráulica de fracturamiento
Durante la operación:
Bombear Fluido que
Bombeo del
precolchón produce la
tratamiento
de salmuera fractura
Para controlar la operación:
Registrar …
• Presión
• Gasto
• Dosificación del apuntalante
• Dosificación de aditivos
• Condiciones del fluido
fracturante

42. Hidráulica de fracturamiento
Fluidos fracturantes: Bajo coeficiente de pérdida
Fácil remoción
Compatibilidad con fluidos
Propiedades que debe
cumplir Mínimo daño a k de la
formación y fractura
Alta capacidad de
transporte del apuntalante
Bajas pérdidas de P por
fricción en la tubería y altas
en la fractura

43. Hidráulica de fracturamiento
Fluidos Apuntalantes:
Resistencia
Densidad
Propiedades que debe
Redondez y esfericidad
cumplir
Distribución y tamaño del
grano
Cantidad de finos e
impurezas

44. Hidráulica de fracturamiento
Factores influyentes
Presiones de Cálculos de
estimulación fricción
Tamaño de
Número de
las
Perforaciones
perforaciones
Caudal de
inyección

45. Hidráulica de fracturamiento
Durante el proceso se deben monitorear:
Presión de cierre
Presión de rotura
instantánea
• Es el punto en • Es la que se
que la formación Presión de registra al parar
falla y se rompe. bombeo el bombeo.
• Es la necesaria
para extender la
fractura.

46. Hidráulica de fracturamiento
Presiones de Estimulación
Es la necesaria para
mantener abierta la fisura
Presión de y propagarla más allá del
Fractura punto de falla. Puede
varias durante la
operación.
La presión para extender
la fractura se calcula de
acuerdo a: BHPF = GF * Profundidad
Pef = Pci + Ph

47. Hidráulica de fracturamiento
Presiones de Estimulación
Densidad del fluido
Presión multiplicada por la
Hidrostática profundidad y un factor de
conversión.
Ph= 0,052* Densidad F * Profundidad

48. Hidráulica de fracturamiento
Presiones de Estimulación
Pérdidas de presión por
fricción
BHTP= STP + Ph - Pf
Pf = Ppipe + Pfper + Pfnwb

49. Hidráulica de fracturamiento
Presiones de Estimulación
• Regímenes de flujo:
- Flujo Tapón.
Fricción en - Flujo Laminar.
tubulares - Flujo Turbulento.
- Flujo Transicional.
• Número de Reynolds
• Número de fricción de fanning.

50. Hidráulica de fracturamiento
Fluidos Newtonianos
Fricción en Número de
tubulares Reynolds

51. Hidráulica de fracturamiento
Factor de fricción de Fanning

52. Hidráulica de fracturamiento
Fluidos no Newtonianos
Número de Fricción en
Reynolds tubulares

53. Hidráulica de fracturamiento
Fricción en perforados
Corrección por efectos de erosión en la perforación
• “C” es conocida como “coeficiente de descarga” esta basado en los efectos
del tunel de la perforación. Los valores varían entre 0.6 al inicio del
tratamiento hasta 0.9 al final del mismo.

54. Hidráulica de fracturamiento
Fricción cerca al pozo:
• Fricción a través de los disparos
• Tortuosidad
• Desalineamiento de fases

55. Hidráulica de fracturamiento
Presión de tratamiento en superficie:
Ps= Pef + Pfrict + Pfricp - Ph
Potencia Hidráulica:
Phid= (Ps*Q)/ 40.8

56. Hidráulica de fracturamiento
• Camino “retorcido” que
conecta el pozo al cuerpo
Tortuosidad principal de la fractura.

57. Hidráulica de fracturamiento
Presiones de estimulación
Presión de • Presión a la cual la fractura se
cierre cierra.

58. Hidráulica de fracturamiento
Presiones de estimulación
• Variable que nos ayuda a
Presión Neta determinar la geometría de la
fractura durante la operación.