I N S T I T U T O P O L I T C N I C O N A C I O N A L

Escuela Superior de Ingeniera y Arquitectura Unidad Ticomn

SEMINARIO DE TESIS I

Protocolo de investigacinEvaluacin experimental de los factores de carga involucrados en la prueba de aplastamiento de agentes apuntalantes empleados para fracturamiento hidrulico de yacimientos petroleros

Ing. Gumesindo Alejo Jimnez ChongMarzo de 2014

Evaluacin de los factores de carga involucrados en la prueba deaplastamiento de agentes apuntalantesUno de las principales operaciones en un pozo petrolero es la estimulacin del yacimiento con la que es posible incrementar su permeabilidad y productividad. El fracturamiento hidrulico es una de los mtodos ms empleados para la estimulacin.El fracturamiento hidrulico consiste en inyectar a la formacin productora un fluido con una presin tal que rompa la roca y cree fracturas que forman nuevos conductos mejorando notablemente la permeabilidad del yacimiento; antes de retirar la presin se introducen, a travs del fluido fracturante, partculas slidas que llenan la fractura recin creada que evitaran que esta se cierre al retirar la presin dejando un conducto de alta permeabilidad.El conjunto de partculas slidas es llamado agente apuntalante, y tiene que cumplir una serie de caractersticas para cumplir su funcin, las caractersticas principales que se revisan son: esfericidad, redondez, solubilidad al cido, densidad, distribucin granulmetrica y resistencia al aplastamiento.

Planteamiento del problemaEn cuanto al clculo a la resistencia al aplastamiento existe un procedimiento normalizado donde se consideran distintos factores como son: velocidad de prueba, magnitud de carga, acomodo de la muestra y tamao de las partculas. Para llevar a cabo la prueba es necesario llevar una muestra a un laboratorio con equipo sofisticado lo que ocasiona retrasos y altos costos. Adems se ha planteado que la variacin de algn o algunos de los parmetros puede significar una calificacin mala dada por los laboratorios especializados con una tendencia a descalificar nuevos yacimientos proveedores. En otros casos la variacin de los parmetros influyen en los resultados dando poca repetibilidad y por ende cierta incertidumbre.ObjetivosComo objetivo general se busca cuantificar la influencia de los factores de carga en la prueba de aplastamiento de agentes apuntalantes.Logrando el objetivo general se pueden materializar los siguientes objetivos especficos: Detectar si la variacin de los parmetros influye en la calificacin del apuntalante Considerando lo anterior se propondr una metodologa para realizar esta prueba en campo sin equipo de alta tecnologa y sin alterar apreciablemente los resultadosHiptesisLa resistencia al aplastamiento es influenciada por algunos aspectos de la prueba, como lo son el acomodo de la muestra, la velocidad de carga, el tiempo cargado. Al modificar ligeramente estos parmetros se modifica considerablemente el resultado, por lo que arenas que pudieran dar un buen comportamiento son descalificadas por las condiciones de ensaye.Al entender cmo influyen los factores mencionados en la prueba es posible plantear el procedimiento con equipos de carga menos sofisticados permitiendo el uso de equipos porttiles que minimizaran tiempos, permitiran seleccionar mejor el agente minimizando operaciones fallidas adems que se tendra como herramienta que sera un apoyo para seleccionar nuevos yacimientosJustificacin y uso de resultadosEn Mxico se cuentan con bancos de material que pudieran abastecer de agentes apuntalantes para el fracturamiento hidrulico, al conocer la influencia de los factores de prueba pudieran planearse pruebas rpidas en campo con marcos de carga porttiles y evaluar los materiales, descartando los que no son factibles, sin necesidad de acudir a laboratorios especializados, lo que facilita el procesos de seleccin de minas y bancos de material y disminuye los costos a la industria.Adems este procedimiento puede realizarse de forma simplificada con un enfoque acadmico en el que se analice la relacin este los parmetros estudiados y el comportamiento del apuntalante en el yacimientoMetodologaSe seleccionaran una serie de muestras de agentes apuntalantes y se realizarn pruebas variando las siguientes propiedades: Velocidad de carga Cantidad de la muestra Granulometra Tiempo de prueba Magnitud de la presin Acomodo de las partculasA partir de los resultados se definir la influencia de estos factores en el resultado, observando cuales son de mayor importancia en el procedimiento.Las pruebas se realizarn con una celda de aplastamiento segn la norma API RP 56, en una prensa hidrulica de 12 ton de capacidad siguiendo los procedimientos de la misma norma. Se realizarn variaciones contempladas en la norma para observar su efecto (si cumplen o no cumplen con los requisitos) y se observara la influencia de algunos procedimientos en los que esta involucrado el tacto del laboratorista estudiando su influencia.Se modificar la velocidad de carga desvindose de la recomendada, este parmetro es importante ya que si el equipo con que se realiza la prueba no est bien calibrada puede descartar un material til.La cantidad de la muestra es un parmetro que puede resultar de importancia en el resultado, este parmetro puede variar ya que la cantidad de la muestra segn el procedimiento recomendado se determina indirectamente como resultado de una prueba de densidad bruta, si existe una mala determinacin en la prueba de densidad el volumen de material probado puede cambiar.El tamao de las partculas es seleccionado segn la amplitud de la fractura, es posible que el tamao de las partculas afecte la resistencia ya que la seleccin del porcentaje aplastado se determina con una medicin granulomtrica, se probaran muestras con distintas granulometras para observar la influencia de este parmetro.El tiempo de prueba y la magnitud de la presin pueden influir en la cantidad de partculas aplastadas, en una prueba rpida o con un marco con menor presin se pudieran obtener parmetros de correlacin para llevarlos a los resultados obtenidos en el procedimiento normalizado.El acomodo de las partculas recomendado resulta complicado, se pretende evaluar si es importante o no seguirlo, evaluando su efecto que puede variar segn la mano del laboratorista. Revisin bibliogrfica Economides M. J., Nolte K.G. Reservoir Stimulation, Schlumberger Educational Services, (1987) API, American Petroleum Institute,: Recommended Practices for Testing Sand Used in Hydraulic Fracturing Operations, API RP 56, March (1983) ISO, (2006). Amendment 13503-2: Measurement of properties of Proppants used in Hydraulic Fracturing and Gravel-Packing Operations. ISO.org Much, M. G, & Penny, G. S. Long-Term Performance of Proppants Under Simulated Reservoir Conditions, SPE/DOE 16415, May (1987) Palisch, T, Duenckel, R, Chapman, M, Woolfolk, S, & Vincent, M. C. How to Use and Misuse Proppant Crush Tests- Exposing the Top 10 Myths. SPE 119242, January (2009).

Esquema

1. ANTECEDENTES1.1. Agentes apuntalantes1.1.1. Tipos de agentes apuntalantes1.1.1.1. Arena1.1.1.2. Arena recubierta con resina1.1.1.3. Agente apuntalante de resistencia intermedia1.1.1.4. Agente apuntalante de resistencia alta1.1.2. Caractersticas de los agentes apuntalantes 1.1.2.1. Granulometra1.1.2.2. Resistencia al aplastamiento1.1.2.3. Esfericidad y redondez.1.1.2.4. Densidad.1.1.2.5. Solubilidad al cido1.1.2.6. Turbidez1.2. Prueba de aplastamiento1.3. Factores de carga1.3.1. Velocidad de carga1.3.2. Acomodo de partculas1.3.3. Efecto de tiempo de carga esttica1.3.4. Tamao de muestra1.3.5. Tamao de partculas

2. ESTIMULACIN DE POZOS PETROLEROS2.1. Dao 2.2. Acidificacin matricial2.2.1. Pozos acidificados y anlisis de dao 2.2.2. Componentes del efecto de dao 2.2.3. Conductividad de la fractura acida2.3. Fracturamiento hidrulico2.3.1. Elementos de mecnica de rocas 2.3.1.1. Principales esfuerzos durante el fracturamiento2.3.1.2. Presin de ruptura2.3.1.3. Presin de inyeccin2.3.1.4. Orientacin de las fracturas inducidas2.3.1.5. Prediccin de las pruebas de inyeccin2.3.2. Caractersticas de fluido fracturante2.3.2.1. Caractersticas generales2.3.2.2. Caractersticas reolgicas2.3.2.3. Caractersticas de filtracin2.3.3. Agentes apuntalantes2.3.3.1. Transporte y acomodo2.3.3.2. Banco de agente apuntalante2.3.3.3. Caracterizacin de los agentes apuntalantes2.3.3.3.1. Granulometra2.3.3.3.2. Resistencia al aplastamiento2.3.3.3.3. Esfericidad y redondez.2.3.3.3.4. Densidad.2.3.3.3.5. Solubilidad al cido2.3.3.3.6. Turbidez2.3.4. Modelos de fractura

3. PRUEBA DE APLASTAMIENTO DE AGENTES APUNTALANTES3.1. Descripcin3.2. Equipo y material3.2.1. Equipo3.2.2. Material3.3. Procedimiento3.3.1. Preparacin de la muestra3.3.1.1. Seleccin3.3.1.2. Caracterizacin previa3.3.2. Montaje de la muestra3.3.3. Prueba3.3.4. Manejo de la muestra despus de la carga3.4. Evaluacin de resultados

4. EVALUACIN DE LOS FACTORES DE CARGA4.1. Muestras evaluadas4.1.1. Arena de Ottawa4.1.1.1. Descripcin general4.1.1.2. Caracterizacin4.1.2. Arena de cuarzo 4.1.2.1. Descripcin general4.1.2.2. Caracterizacin4.1.3. Cascara de nuez 4.1.3.1. Descripcin general4.1.3.2. Caracterizacin4.1.4. Arena sinttica 4.1.4.1. Descripcin general4.1.4.2. Caracterizacin4.1.5. Arena recubierta 4.1.5.1. Descripcin general4.1.5.2. Caracterizacin4.2. Variacin y anlisis de los factores de carga4.2.1. Velocidad de carga4.2.1.1. Descripcin4.2.1.2. Resultado de pruebas4.2.1.3. Anlisis de resultados4.2.2. Acomodo de partculas4.2.2.1. Descripcin4.2.2.2. Resultado de pruebas4.2.2.3. Anlisis de resultados4.2.3. Tiempo de carga4.2.3.1. Descripcin4.2.3.2. Resultado de pruebas4.2.3.3. Anlisis de resultados4.2.4. Tamao de muestra4.2.4.1. Descripcin4.2.4.2. Resultado de pruebas4.2.4.3. Anlisis de resultados4.2.5. Tamao de partculas4.2.5.1. Descripcin4.2.5.2. Resultado de pruebas4.2.5.3. Anlisis de resultados

5. CONCLUSIONES5.1. Por factores de carga5.1.1. Velocidad de carga5.1.2. Acomodo de partculas5.1.3. Tiempo de carga5.1.4. Tamao de muestra5.1.5. Tamao de partculas5.2. Influencia del equipo5.3. Generales