-
Procedimiento ensayo de hidrofractura
-
PROCEDIMIENTO ENSAYO HIDROFRACTURA
2
NNDDIICCEE
1. OBJETO
..........................................................................................................................................
32. DESCRIPCIN TCNICA DE FRACTURACIN HIDRULICA
................................................... 33. EQUIPOS
EMPLEADOS
.................................................................................................................
54. DESCRIPCIN PROCEDIMIENTO ENSAYO
................................................................................
7
-
PROCEDIMIENTO ENSAYO HIDROFRACTURA
3
1. OBJETO
El objeto del presente ensayo es verificar que la posicin del
bulkhead, donde se inicia el tramo de tubera en presin, es el
adecuado de modo que en el resto de tnel no se produzca
hidrofracturamiento hidrulico.
El requisito terico para obtener la ubicacin del tnel libre de
fracturacin hidrulica es que la presin operacional del agua
empleada debe ser menor que la tensin principal mnima del macizo
rocoso.
De este modo, para la ubicacin actual del bulkhead se entiende
que se ha empleado una formulacin bsica que depende de la
sobrecarga existente segn una relacin que incluye la pendiente del
terreno y la inclinacin del tnel. Esta formulacin bsica es adecuada
en la fase de anteproyecto y requiere de una verificacin en campo
de su bondad.
Es por todo esto que se plantea la necesidad de realizar el
ensayo de hidrofracturamiento, a partir del cual se obtiene la
tensin principal mnima en la zona prevista para el bulkhead que se
debe comparar con la presin de trabajo del tnel. Si la relacin
entre ambas magnitudes ofrece un factor de seguridad aceptable se
ratificar la posicin del bulkhead. No conocemos que existan
normativas o recomendaciones que concreten este aspecto, de la
bibliografa consultada se ha observado que en otras centrales se
han tomado factores de seguridad entre 1.15 y 3 para la eleccin del
cual se debern tener en cuenta otros aspectos con respecto a la
calidad del macizo rocoso.
2. DESCRIPCIN TCNICA DE FRACTURACIN HIDRULICA
En la Mecnica de Rocas, el trmino Fracturacin Hidrulica se
emplea para la operacin de inyectar un fluido en un tramo aislado
de un sondeo, con objeto de inducir y que se propaguen las
fracturas generadas, a travs del macizo rocoso.
Las presiones medidas durante el proceso de fracturacin
hidrulica pueden emplearse para determinar el estado tensional en
el macizo rocoso.
Esta tcnica, bien conocida para estimular la produccin de
petrleo y gas desde finales de los aos 40, comenz a emplearse para
la determinacin del estado tensional por H.V. Schoenfeldt y F.
Rummel en un emplazamiento subterrneo en el Norte de Minnesota, en
1968.
Desde entonces, la fracturacin hidrulica se ha empleado para la
determinacin de las tensiones in situ alrededor de todo el mundo en
numerosos sondeos de muy diferentes profundidades.
El anlisis clsico de hidrofracturacin se basa en la solucin de
las ecuaciones de Kirsch para la distribucin de tensiones alrededor
de un hueco circular en un material elstico, istropo y homogneo,
sujeto a un campo extenso de tensiones de compresin.
-
PROCEDIMIENTO ENSAYO HIDROFRACTURA
4
En el caso de un sondeo vertical se emplea la ecuacin de Hubbert
y Willis (1957) para determinar la presin crtica Pc en el momento
de comenzar la fracturacin
Pc = 3 S h S H + Pco Pp Donde:
Sh y SH: Tensiones principales horizontales
Pco : Resistencia hidrulica a traccin de la roca
Pp : Presin de poro del macizo rocoso.
Al asumir:
Que la tensin vertical es una tensin principal igual a la carga
del recubrimiento.
Que la roca es homognea, istropa e inicialmente impermeable.
Que las fracturas generadas tienen orientacin perpendicular a la
tensin principal horizontal menor, Sh
Se obtiene que:
Sh = Psi Donde: Psi: Presin de cierre
La presin de cierre es la presin hasta la cual la fractura se
mantiene abierta una vez que se deja de aplicar presin al fluido.
Al emplear la aproximacin lineal anterior, las tensiones
principales pueden expresarse mediante las relaciones:
-
PROCEDIMIENTO ENSAYO HIDROFRACTURA
5
De este modo, el anlisis tensional requiere: conocer la densidad
del macizo rocoso, ; determinar el valor de la presin caracterstica
de cierre, Psi; de la presin de reapertura de las fracturas, Pr, a
la profundidad z a la que se encuentra; y cierta informacin sobre
la presin de poro.
La orientacin de SH se corresponde con el azimut de las
fracturas verticales inducidas.
3. EQUIPOS EMPLEADOS
Los equipos empleados para realizar el ensayo son:
- Equipo de sondaje vertical diamantino.
- Sonda vertical con obturadores que se desplaza por el interior
del sondeo soportada por cable.
- Bomba de inyeccin de alta presin. - Equipo registrador
automtico en tiempo real de presin y caudal con memoria
digital. - Sonda vertical con packer de impresin
-
PROCEDIMIENTO ENSAYO HIDROFRACTURA
6
Figura 1: esquema tpico de equipos ensayo hidrofractura
-
PROCEDIMIENTO ENSAYO HIDROFRACTURA
7
Figura 2: esquema tpicode equipo con packer de impresin
4. DESCRIPCIN PROCEDIMIENTO ENSAYO
Previo al comienzo de este tipo de ensayos es fundamental
reconocer la totalidad del testigo recuperado del sondeo a ensayar
con objeto de seleccionar un tramo donde no se aprecien fracturas,
sobre el cual se realizar en ensayo de fracturacin hidrulica.
La secuencia de trabajos se resume en los siguientes puntos:
- Una vez que la sonda de hidrofracturacin queda posicionada en
el tramo de ensayo preseleccionado a partir de una minuciosa
inspeccin del testigo recuperado lo packers de aislamiento se
hinchan a un presin suficiente que evite la fuga de agua
inyectada.
- Previo a la creacin de las fracturas se efecta un ensayo de
permeabilidad tipo P-test, por presurizacin instantnea del tramo
libre sin llegar a la hidrofractura y se observa el descenso de la
presin en el sistema cerrado durante un perodo de 5 minutos, tras
el cul se abre el circuito. Esta fase del ensayo de
hidrofractura
-
PROCEDIMIENTO ENSAYO HIDROFRACTURA
8
proporciona un valor de la permeabilidad de la roca antes de ser
fracturada. - A continuacin, se presuriza de nuevo el tramo, con un
caudal estimado de 1 a 2
lpm hasta iniciar una fractura o iniciar la apertura de una
fractura preexistente (Frac test en la figura 3), manteniendo una
vez generada la fractura, durante un minuto el caudal de entrada.
Inmediatamente despus de cortar el flujo de inyeccin se debe
registrar un rpido descenso de la presin que se atena tras
producirse el cierre de la fractura, a la presin Psi. El
comportamiento del tramo ensayado contina registrndose durante unos
dos minutos ms.
- A continuacin se realizan ciclos de reaperura, refrac, con
caudales estimados
de inyeccin de fludo de 2 a 5 lpm. Entre cada dos ciclos de
inyeccin se elimina la presin en el tramo. El flujo se retoma por
la fractura al intervalo ensayado contralando durante las fases la
relajacin (Refrac-test en la figura 3).
- Posteriormente, se efecta un ensayo combinado de bombeo lento
con
escalones de caudal constante y mantenimiento de las presiones
crecientes para cada caudal introducido.
- Finalmente, se deshinchan los obturadores y se desplaza el
doble obturador
hasta el siguiente tramo a ensayar.
Figura 3: registro tipo de resultados durante ensayo
hidrofracturacin
-
PROCEDIMIENTO ENSAYO HIDROFRACTURA
9
- Una vez efectuados todos los ensayos de fracturacin hidrulica,
se introduce el obturador de impresin dotado con un sistema de
orientacin con objeto de recuperar la informacin acerca de la
posicin de la fracturas inducidas o estimuladas. Las trazas
generadas en las paredes del sondeo se graban como huellas de las
fracturas en el packer, hinchando a una presin un 30% superior a la
presin de reapertura. El obturador se orienta respecto al norte
magntico.
