ANTHONY SIU MELGAREJO ANTHONY SIU MELGAREJO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFACULTAD DE IIGENIERIA DE PETROLEO, GAS

NATURAL Y PETROQUÍMICA

SIMULACION PARA SENSIBILIDAD DE FRACTURA EN POZO DE LA SELVA

PERUANA

El fracturamiento es una técnica de estimulación que consiste en la inyección sostenida de un fluido a una presión tal que provoque la ruptura de la roca del yacimiento y mantenerla abierta con un agente apuntalante, arena natural o sintética, una vez que se haya liberado la presión de inyección con el objeto de crear nuevos canales o conectar canales de flujo existentes y de esa forma aumentar la tasa de flujo del pozo y con ello su productividad.

La fractura apuntalada se comporta como un canal de alta conductividad entre el reservorio y el pozo, mejorando significativamente su capacidad productiva.

El fracturamiento es una técnica de estimulación que consiste en la inyección sostenida de un fluido a una presión tal que provoque la ruptura de la roca del yacimiento y mantenerla abierta con un agente apuntalante, arena natural o sintética, una vez que se haya liberado la presión de inyección con el objeto de crear nuevos canales o conectar canales de flujo existentes y de esa forma aumentar la tasa de flujo del pozo y con ello su productividad.

La fractura apuntalada se comporta como un canal de alta conductividad entre el reservorio y el pozo, mejorando significativamente su capacidad productiva.

Fracturamiento HidráulicoFracturamiento Hidráulico

• El objetivo principal del fracturamiento hidráulico es incrementar el radio efectivo del pozo para crear una fractura que dará una longitud cuya conductividad será mayor que la de la formación.

• Mejora la producción.• Desarrolla reservas adicionales.• Sobrepasa zonas altamente dañadas.• Reduce la deposición de asfáltenos.• Conecta sistemas de fracturas naturales.• Incrementa el área efectiva de drenaje de un pozo.𝐪= 𝟕.𝟎𝟖× 𝟏𝟎−𝟑𝐤𝐡ሺ𝐩𝐞 − 𝐩𝐰𝐟ሻ𝛍𝐨𝛃𝐨ቀ𝐥𝐧𝐫𝐞𝐫𝐰+ 𝐒ቁ

Objetivo del fracturamineto hidráulico

INDICE DE PRODUCTIVIDAD

La Ley de Darcy se puede re-escribir de otra manera para definir

• el Índice de Productividad (PI), que en realidad es el valor que mas se utiliza para representar los resultados de una operación de Estimulación.

• Cuando quiere se evaluar los resultados de una fractura lo que estamos observando es el PI antes de fracturar vs. El PI después de fracturar.

𝐈𝐏= 𝐪𝐨𝐩𝐞 − 𝐩𝐰𝐟 = 𝟕.𝟎𝟖𝐱𝟏𝟎−𝟑𝐤𝐡𝛍𝐨𝛃𝐨ቀ𝐥𝐧𝐫𝐞𝐫𝐰+ 𝐒ቁ

Conductividad de la fractura.

Es la habilidad de la fractura para transportar fluido desde el yacimiento hasta el pozo y puede expresarse

por la siguiente ecuación:

Conductividad de la fractura = k * wf

donde: k = permeabilidad, md.

wf = ancho de la fractura, pies.

Conductividad de la fractura.

Es la habilidad de la fractura para transportar fluido desde el yacimiento hasta el pozo y puede expresarse

por la siguiente ecuación:

Conductividad de la fractura = k * wf

donde: k = permeabilidad, md.

wf = ancho de la fractura, pies.

Aplicación del fracturamiento hidráulico.

El fracturamiento hidráulico se emplea para crear canales de penetración profunda en el yacimiento y con ello mejorar la productividad.

Aplicación del fracturamiento hidráulico.

El fracturamiento hidráulico se emplea para crear canales de penetración profunda en el yacimiento y con ello mejorar la productividad.

Características del Sistema Características del Sistema Roca-FluidoRoca-Fluido

-Tipos de Fluidos- Gravedad API- Composición del Agua- Profundidad- Gradiente de Fractura- Porosidad- Saturaciones- Permeabilidad- Presión de Yacimiento-Contactos Gas-Petróleo y Petróleo-Agua- Litología- Mineralogía- Espesor- Temperatura

Características del Sistema Características del Sistema Roca-FluidoRoca-Fluido

-Tipos de Fluidos- Gravedad API- Composición del Agua- Profundidad- Gradiente de Fractura- Porosidad- Saturaciones- Permeabilidad- Presión de Yacimiento-Contactos Gas-Petróleo y Petróleo-Agua- Litología- Mineralogía- Espesor- Temperatura

Datos del PozoDatos del Pozo

•Integridad del Revestidor y del Cemento•Intervalos abiertos a Producción•Profundidad•Registros disponibles•Configuración mecánica•Características del Cañoneo•Trabajos anteriores en el pozo y en pozos vecinos

Datos del PozoDatos del Pozo

•Integridad del Revestidor y del Cemento•Intervalos abiertos a Producción•Profundidad•Registros disponibles•Configuración mecánica•Características del Cañoneo•Trabajos anteriores en el pozo y en pozos vecinos

Geometría de la FracturaGeometría de la Fractura

•Esfuerzo mínimo en sitio•Relación de Poisson•Módulo de Young•Presión de Poro (yacimiento)

Geometría de la FracturaGeometría de la Fractura

•Esfuerzo mínimo en sitio•Relación de Poisson•Módulo de Young•Presión de Poro (yacimiento)

Información y Datos RequeridosInformación y Datos Requeridos

Teoría del FracturamientoTeoría del Fracturamiento

Mecánica del Fracturamiento:

El conocimiento de la mecánica de la fractura permite determinar y explicar:

•Presión de inicio de fractura•Presión de propagación•Geometría de la fractura•Problemas de producción:

•estimulaciones no exitosas•colapso de la matriz •inestabilidad de hoyo

Mecánica del Fracturamiento:

El conocimiento de la mecánica de la fractura permite determinar y explicar:

•Presión de inicio de fractura•Presión de propagación•Geometría de la fractura•Problemas de producción:

•estimulaciones no exitosas•colapso de la matriz •inestabilidad de hoyo

𝑃𝑓𝑟𝑎𝑐 = 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑎𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑃𝑠𝑢𝑝 = 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒 𝑃ℎ𝑦𝑑 = 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 ℎ𝑖𝑑𝑟𝑜𝑠𝑡á𝑡𝑖𝑐𝑎 𝑃𝑓𝑟𝑖𝑐 𝑡𝑢𝑏 = 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎 𝑃𝑟𝑜𝑡𝑢𝑟𝑎 = 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑛 𝑞𝑢𝑒 𝑟𝑜𝑚𝑝𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑃𝐼𝑆𝐼𝑃 = 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡á𝑛𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑖𝑒𝑟𝑟𝑒 𝑃𝑛𝑤𝑏 = 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑛𝑒𝑎𝑟 𝑤𝑒𝑙𝑙𝑏𝑜𝑟𝑒 𝑃𝑛𝑒𝑡 = 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑛𝑒𝑡𝑎

PRESIÓN NETA• La presión Neta representa la diferencia

entre la presión dentro de la fractura y la presión de cierre. Físicamente es la presión que se necesita para que la fractura quede abierta y se propague. Si la PN es cero, es porque la fractura está cerrada. En el ejemplo mostrado, entonces podemos decir que de los 2500 psi dentro de la Fractura, solamente 500 psi son utilizados para la propagación de la fractura, los otros 2000 psi son para impedir que se cierre.

• El comportamiento de la presión neta es utilizado para estimar el comportamiento del crecimiento de la fractura, o sea permite estimar si la fractura crece longitudinalmente, verticalmente, si hay arenamiento

Propiedades de la rocas

• Cuando se someten a algún esfuerzo, los• materiales se deforman.• • Si al retirar el esfuerzo deformante, el• material:• – Recupera su forma original: ELASTICO• – No recupera su forma original: PLASTICO• • En general las ROCAS son materiales• ELASTICOS

Deformación y esfuerzos

La roca al someterse a una carga se deformará cumpliendo la ecuación de elasticidad:

= E = esfuerzoE = Módulo de elasticidad de Young = deformación

Los esfuerzos en una dirección generan deformaciones en otras direcciones:

Deformación y esfuerzos

La roca al someterse a una carga se deformará cumpliendo la ecuación de elasticidad:

= E = esfuerzoE = Módulo de elasticidad de Young = deformación

Los esfuerzos en una dirección generan deformaciones en otras direcciones:

Mecánica del FracturamientoMecánica del FracturamientoMecánica del FracturamientoMecánica del Fracturamiento

= 2/1

1

= E

2

Relación de poisson= 𝐯= −𝛆𝐲𝛆𝐱

Módulo de Elasticidad de Young

• E indica cuanto se deforma un material

• cuando se le aplica un esfuerzo.

• • Valores típicos de E:

• – Acero 30 x 10˄6 psi

• – Caliza 7 x 10˄6 psi

• – Arenisca Dura 5 x 10˄6 psi

• – Arenisca Inconsolidada 0.5 x 10˄6 psi

THOUGHNESS

• Es una medida de la resistencia de la roca a la propagación de la fractura

• Proporcional a la cantidad de energía absorvida por la roca antes que la propagación ocurra.

Tipo de formación psi-in1/2 kPa-m1/2

siltstone 950-1650 1040-1810sandstone 400-1600 440-1750limestone 400-950 440-1040shale 1000-2000 1100-2200from vsn Eekelen,Hydraulic Geometry: "Fracture Containment in Layered Formations", SPEJ 1982

Extensión de la FracturaExtensión de la Fractura:

Dado que el menor esfuerzo se encuentra usualmente en dirección horizontal, las fracturas suelen ser verticales.El esfuerzo mínimo en sitio (no el módulo de elasticidad) domina el desarrollo de la fractura. Cuando el esfuerzo en sitio disminuye en el desarrollo de la fractura, puede haber un crecimiento incontrolado. La mayoría de las fracturas son de crecimiento vertical controlado.

Extensión de la FracturaExtensión de la Fractura:

Dado que el menor esfuerzo se encuentra usualmente en dirección horizontal, las fracturas suelen ser verticales.El esfuerzo mínimo en sitio (no el módulo de elasticidad) domina el desarrollo de la fractura. Cuando el esfuerzo en sitio disminuye en el desarrollo de la fractura, puede haber un crecimiento incontrolado. La mayoría de las fracturas son de crecimiento vertical controlado.

Mecánica del FracturamientoMecánica del FracturamientoMecánica del FracturamientoMecánica del Fracturamiento

Extensión de la Fractura (Cont.)

Si la formación es homogénea, el crecimiento tiende a ser radial.Rara vez crece más de 300 pies en longitud.El ancho es independiente de la reología, depende de la elasticidad.Se inicia en la roca permeable y crece a la impermeable.

Extensión de la Fractura (Cont.)

Si la formación es homogénea, el crecimiento tiende a ser radial.Rara vez crece más de 300 pies en longitud.El ancho es independiente de la reología, depende de la elasticidad.Se inicia en la roca permeable y crece a la impermeable.

Eficiencia del fluido de fractura• La eficiencia del fluido representa el

porcentaje de fluido que queda dentro de la fractura, al momento de parar el bombeo.

• Es decir si se bombea 1000 Gls de Fluido, y al parar el bombeo dentro de la fractura quedan 600 Gls la eficiencia será 60%.

• Si el fluido es de baja eficiencia un alto porcentaje filtra a la Formación (alto coeficiente de pérdida de fluido) y por lo tanto se generará una fractura corta.

• Si el fluido es de alta eficiencia un bajo porcentaje filtra a la Formación, y generará una fractura larga.

Factores que afectan elDesarrollo de la Fractura

• Propiedades de la Roca• Toughness• Propiedades Mecánicas• Razón de Poisson• Módulo de Young• Módulo de corte• Esfuerzo In-situ• Presión Poral• Esfuerzo compresivo

• Near-Wellbore• Perforados• Tortuosidad• Propiedades del Fluido• Reologías• Múltiples Fracturas• Transporte de Propante• Asentamiento por

gravedad

Los fluidos de fracturamiento originan la fractura y transportan los agentes de soporte a través de la longitud de la fractura.

Características

•Viscosidad (Reología).•Compatibilidad con la formación y sus fluidos.•Eficiencia.•Control de pérdidas del fluido.•Fácil remoción postfractura.•Económicos y prácticos.

Los fluidos de fracturamiento originan la fractura y transportan los agentes de soporte a través de la longitud de la fractura.

Características

•Viscosidad (Reología).•Compatibilidad con la formación y sus fluidos.•Eficiencia.•Control de pérdidas del fluido.•Fácil remoción postfractura.•Económicos y prácticos.

Fluidos de FracturamientoFluidos de Fracturamiento

Evolución de Fluidos de Fractura

Fluidos para fractura

• NEWTONIANOS: Agua, Salmueras,

• Ácidos, Gasoil (Diesel, Kerosene), Petróleos

• Crudos y Derivados.

• • GELES LINEALES

• • GELES RETICULADOS

• • VISCOELASTICOS

• • EMULSIONES

• • ESPUMAS (CO2, N2)

Agentes de Soporte (Apuntalante)Agentes de Soporte (Apuntalante)

Agentes de SoporteAgentes de Soporte

Previenen el cierre la fractura tras el bombeo. Se añaden al fluido de fracturamiento al mismo momento que éste es bombeado dentro de la fractura.

Pueden ser:•Arena Brady,Texana y Ottawa (ejemplos: US mesh 12/20, 20/40 y 40/70).•Agentes Mejorados: Bauxita Sinterizada, Arenas cubiertas de resina.

Agentes de SoporteAgentes de Soporte

Previenen el cierre la fractura tras el bombeo. Se añaden al fluido de fracturamiento al mismo momento que éste es bombeado dentro de la fractura.

Pueden ser:•Arena Brady,Texana y Ottawa (ejemplos: US mesh 12/20, 20/40 y 40/70).•Agentes Mejorados: Bauxita Sinterizada, Arenas cubiertas de resina.

PropiedadesPropiedades

• Redondez y esfericidad.• Gravedad específica.• Densidad volumétrica.• Partículas finas y limos.• Resistencia a la ruptura.

Pérdida de FluidoPérdida de FluidoProceso de filtrado controlado por:Proceso de filtrado controlado por:

• Composición del fluido.• Tasa de inyección.• Permeabilidad, presión.• Saturaciones.• Tamaño de poro.• Fallas y fracturas.

Pérdida de FluidoPérdida de FluidoProceso de filtrado controlado por:Proceso de filtrado controlado por:

• Composición del fluido.• Tasa de inyección.• Permeabilidad, presión.• Saturaciones.• Tamaño de poro.• Fallas y fracturas.

PERDIDA DE FLUIDOPERDIDA DE FLUIDO

-30

54

'

STRUCTURAL MAP

TOP CHONTA SANDC.I.= 3.0 m

LOC-10R

pluspetrol

A

B

C

• Selección del fluido de fractura• Para la selección del fluido de fractura se utilizará un sistema

premium de alta eficiencia para aplicación ente 200 a mas de 350°F. El sistema base agua esta constituido de un agente crosslinkeadi a alto pH como CMHPG.

• La temperatura del yacimiento, se propone utilizar el sistema que soporta altas temperaturas, con la finalidad de mejorar la eficiencia hidráulica de la fractura; lo cual llevaría a obtener la geometría de fractura necesaria para obtener el incremento de producción deseado.

• 3 Selección del propante• El propante seleccionado para el trabajo de fracturamiento

hidráulico del pozo en estudio es el CARBO HSP 20/40. La siguiente gráfica muestra la permeabilidad versus stress para varios propantes de malla 20/40. Como se muestra, los propantes intermedios y de altos esfuerzos generalmente tienen permeabilidades retenidas en altos niveles de stress que las arenas.

Analisis de sensibilidad

• Factores que afectan la Geometría de Fractura:

• Geometría de Fractura

• Propiedades de la roca

• Caudal de inyección

• Volumen de fluido inyectado

• Propiedades del fluido inyectado

• Pérdida de fluido

• Propiedades del fluido de la formación

Perfil de esfuerzos Perfil de ancho

El diseño del fracturamiento incluye la selección de: los fluidos de fractura, el tipo y tamaño del agente apuntalante, el equipo de bombeo requerido; y la preparación del programa de bombeo.

Durante la operación de fracturamiento, principalmente en el MiniFrac, se obtienen los diferentes parámetros operativos, así como información cuantitativa de las propiedades mecánicas de las rocas y la propagación vertical de la fractura. También se obtienen indicaciones cualitativas de la calidad de la roca reservorio. Los nuevos sistemas que permiten el monitoreo y análisis de la información en tiempo real, son de gran ayuda para modificar, rediseñar o reconsiderar el fracturamiento.

El diseño del fracturamiento incluye la selección de: los fluidos de fractura, el tipo y tamaño del agente apuntalante, el equipo de bombeo requerido; y la preparación del programa de bombeo.

Durante la operación de fracturamiento, principalmente en el MiniFrac, se obtienen los diferentes parámetros operativos, así como información cuantitativa de las propiedades mecánicas de las rocas y la propagación vertical de la fractura. También se obtienen indicaciones cualitativas de la calidad de la roca reservorio. Los nuevos sistemas que permiten el monitoreo y análisis de la información en tiempo real, son de gran ayuda para modificar, rediseñar o reconsiderar el fracturamiento.

EVALUACION DURANTE EL FRACTURAMIENTOEVALUACION DURANTE EL FRACTURAMIENTO

Fractura con ApuntalanteFractura con Apuntalante

FRACTURAMIENTO HIDRAULICOFRACTURAMIENTO HIDRAULICO

CONDUCTIVIDAD DE LA FRACTURA

CONDUCTIVIDAD DE LA FRACTURA

• CONCLUSIONES• Al generar el gráfico de eficiencia de fluido, se puede notar que a

una menor eficiencia de fluido mayor será la pérdida de fluido de fracturamiento y menor el volumen de fluido en la fractura.

• La presión neta es uno de los parámetros muy importantes en un correcto diseño ya que nos indica con cuanta energía disponemos para generar la fractura

• Valores de Módulo de Young grandes indica que será más difícil romper la roca por lo tanto mayor presión de superficie se requerirá.

• Valores altos de fluido de desplazamiento en el diseño de fractura disminuyen considerablemente la conductivad de fractura en md-ft.

• Valores altos de fluido de desplazamiento en el diseño de fractura disminuyen considerablemente la conductivad de fractura en md-ft.

• El simulador meyer trabaja más con datos de entrada con tan confiables que el Perfom ya que este último se basa en presiones, análisis nodal.

• Se debe tener claro la información completa del pozo para el tratamiento de fractura como es el espesor de la formación, información de intervenciones previas, historial de producción del pozo. La confiabilidad de los datos resulta significante en las estimaciones del diseño de un tratamiento de fractura.

• Recomendaciones• Los datos de modulo de Young deben aproximarse a la realidad ya

que cambios significativos afectan al diseño del tratamiento. • Bajar el rate de bombeo en el programa para evitar problemas de

arenamiento o un mal diseño.• Un buen diseño debe analizarse la eficiencia de fluido, la presión

neta y la conductividad de fractura.• En el programa de bombeo se recomendó meter al principio muy

poca concentración de propante para luego seguir aumentado hasta 5 lb/gal.

• En nuestro caso el intervalo baleado fue muy grande es por eso que no se obtuvo mucho altura de fractura. Es recomendable tener pequeños intervalos baleados para tener un buen diseño.