INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITCNICO SANTIAGO MARIO EXTENSIN COL-SEDE CIUDAD OJEDA

Yacimiento Naturalmente Fracturado

Integrantes Arenas Eliamar C.I 19.576.820 Leal Carlos C.I 19.120.315 Segovia Henry C.I 19.576.820

Ciudad Ojeda, Noviembre del 2011

1.- Sistemas Petroleros El sistema petrolero consiste en una serie de elementos y procesos geolgicos; roca madre, roca sello, roca almacn, sobrecarga y trampa; cada uno, actuando sincronizadamente; derivan en la acumulacin de volmenes de hidrocarburos. 1.1.- Trampa La trampa, en general, es la combinacin geomtrica de la roca almacn con unidades litolgicas sellantes, y es apropiada para detener la migracin y mantener volmenes de hidrocarburos retenidos en los poros de la roca almacn. La fraccin de la trampa, que est saturada por petrleo y/o gas, siempre en presencia de agua, se denomina yacimiento de hidrocarburos. 1.2.- Yacimiento Un yacimiento de hidrocarburos, es un sistema que, por estar confinado, est sometido a esfuerzos de deformacin y a la presin de las cargas suprayacentes. Los hidrocarburos se presentan en forma lquida y gaseosa. La distribucin de las fases obedece a diferencias de densidad, as como a las permeabilidades verticales del yacimiento. Existen yacimientos en los que hidrocarburos solo son lquidos o solo gases. Las formaciones rocosas naturales son heterogneas como resultado de la depositacin, la tectnica y las condiciones ambientales, que tuvieron lugar durante procesos de millones de aos de duracin. En trminos de las propiedades de flujo, estas heterogeneidades se manifiestan por medio de gran variedad de formas, con trayectorias de flujo de alta y baja permeabilidad.

1.3.- Fracturas Se conocen como fracturas, aquellas discontinuidades planas en el material que compone la roca, pueden ser microscpicas o microscpicas, ellas aparecen debido a que los esfuerzos de confinamiento a lo que ha estado sometida la roca, son superiores a los esfuerzos de ruptura. Las fracturas naturales influyen en el comportamiento tanto de produccin como en la declinacin de presin del yacimiento. Esta influencia puede resultar tanto negativa como positiva sobre todo en la parte de flujo de fluidos. Por ejemplo, las fracturas abiertas, es decir, que no han sido cementadas o parcialmente mineralizadas (con buena permeabilidad), por lo general tienen un efecto positivo en el flujo de petrleo; pero adversamente ocurre con el flujo de agua y gas, ya que por la alta permeabilidad que ellas presentan tienden a ocurrir los problemas de conificacion. Por otro lado, las fracturas totalmente cementadas o mineralizadas pueden crear barreras de permeabilidad a todos los tipos de flujo.

2.- Yacimiento naturalmente fracturado Se definen como aquellos yacimientos de hidrocarburos cuya produccin est influenciada por la presencia de fracturas. Para comprenderlos y hacer una descripcin matemtica de estos; Barenblatt introdujo principios fsicos de las rocas fracturadas de la siguiente manera: una roca porosa con un sistema de fisuras altamente desarrollados, puede ser representado como la superposicin de dos medios porosos con poros de diferentes tamaos. Esto es, la roca est constituida por dos sistemas porosos bien diferenciados: porosidad inter granular, formada por dos espacios vacos entre los granos de la roca, y la porosidad formada por los espacios vacos de las fracturas. Si el sistema poroso tiene vacuolas o huecos de disolucin, hay una porosidad adicional: la porosidad vacular, esto ocurre en presencia de carbonatos.

Las fracturas naturales generalmente presentan ciertas caractersticas constantes: -Son aproximadamente perpendiculares al echado; sin embargo, esto no excluye la posibilidad de fracturas horizontales, aunque stas son mucho menos frecuentes y menos grandes que las subverticales. -Estn orientadas de acuerdo con uno o varios rumbos prevalecientes. Ya que las fracturas a menudo son el resultado de tensiones tectnicas, el rumbo prevaleciente de las fracturas coinciden con la orientacin de la fallas en la regin. -Se producen en rocas compactas en las que el agujero generalmente sera cilndrico y calibrado si no hubiera fracturas. -Solamente las fracturas que estn al menos parcialmente abiertas son tiles desde el punto de vista de la produccin. 3.- Paradoja de los yacimientos naturalmente fracturados Los yacimientos naturalmente fracturados plantean una paradoja relacionada altamente con la produccin. al Incluyen pero yacimientos su con baja recuperacin de hidrocarburos: estos yacimientos pueden parecer productivos comienzo produccin declina rpidamente. Adems, se caracterizan por la irrupcin temprana de gas o agua. Por otra parte, forman parte de algunos de los yacimientos ms grandes y productivos de la Tierra. La naturaleza paradjica de esta clase de yacimientos est dada por los grandes esfuerzos que hace la industria por comprenderlos mejor y modelarlos con suficiente certeza. Si bien casi todos los yacimientos de hidrocarburos son afectados de alguna manera por las fracturas naturales, los efectos de las fracturas a menudo se conocen en forma imprecisa y en gran medida se subestiman.

En los yacimientos carbonatados, las fracturas naturales ayudan a generar porosidad secundaria y estimulan la comunicacin entre los compartimientos del yacimiento. No obstante, estos conductos de alta permeabilidad a veces entorpecen el flujo defluidos dentro de un yacimiento, conduciendo a la produccin prematura de agua o gas y haciendo que los esfuerzos de recuperacin secundaria resulten ineficaces. Las fracturas naturales tambin estn presentes en todo tipo de yacimiento siliciclstico, lo que complica el aparentemente simple comportamiento de la produccin dominado por la matriz. Adems, las fracturas naturales constituyen el factor de producibilidad principal en una amplia gama de yacimientos menos convencionales, incluyendo los yacimientos de metano en capas de carbn (CBM), los yacimientos de gas de lutitas y los yacimientos de roca basamento y roca volcnica. Si bien las fracturas naturales desempean un rol menos importante en los yacimientos de alta permeabilidad y alta porosidad, tales como las turbiditas, comnmente forman barreras para el flujo, frustrando los intentos para calcular las reservas recuperables y predecir la produccin con el tiempo en forma precisa Ignorar la presencia de las fracturas no es una prctica ptima de manejo de yacimientos; tarde o temprano, es imposible ignorar las fracturas porque el desempeo tcnico y econmico del yacimiento se degrada. El mayor riesgo que implica la falta de una caracterizacin temprana de las facturas naturales es que tal omisin puede limitar severamente las opciones de desarrollo de campos petroleros. Por ejemplo, una compaa que no aprovecha las oportunidades para evaluar las fracturas naturales durante la primera etapa de desarrollo puede desperdiciar recursos en operaciones de perforacin de pozos de relleno innecesarias.

Es probable que los equipos a cargo de los activos de las compaas nunca lleguen a extraer los hidrocarburos originalmente considerados recuperables porque, sin comprender el impacto de las fracturas naturales sobre el comportamiento de la produccin, no habrn preparado adecuadamente el campo para la aplicacin de tcnicas de recuperacin secundaria.

4.- Fracturas naturales en el desarrollo de campos petroleros La investigacin de las fracturas naturales debera iniciarse durante la etapa de exploracin. Los aoramientos en supercie correspondientes a la seccin prospectiva o los anlogos de yacimientos pueden constituir la base de un cimiento litol-gico, estructural y estratigrco sobre el que los gelogos podrn construir modelos conceptuales. Estos modelos a menudo comienzan con el conocimiento de los esfuerzos regionales (arriba). El estado de los esfuerzos es importante en los yacimientos NFR porque determina en gran medida si las fracturas estn abiertas para conducir los uidos de yacimiento. Adems, la magnitud y direccin de los esfuerzos horizontales desempean roles cruciales en el diseo de fracturamento hidrulicos; tratamientos que constituyen el mtodo de estimulacin primaria para los yacimientos NFR. Los levantamientos ssmicos de componentes mltiples (3C),

adquiridos en las primeras etapas del desarrollo de los campos petroleros, arrojan datos importantes para la determinacin de la anisotropa azimutal, lo que es esencial para caracterizar las fracturas naturales y colocar los pozos en forma efectiva. Por ejemplo, el conocimiento de la orientacin general de los sistemas de fracturas durante la planeacin de los pozos aumenta signicativamente la posibilidad de que un pozo intercepte fracturas.

Los pozos nuevos plantean oportunidades para recolectar datos geolgicos, geofsicos y mecnicos adecuados a partir de diversas fuentes, incluyendo la informacin obtenida con los registros de pozos, los levantamientos ssmicos de pozos, los dispositivos de muestreo y los ncleos (coronas) de dimetro completo. Otras fuentes de informacin valiosas que pueden obtenerse durante las primeras etapas del desarrollo de campos petroleros incluyen las pruebas de formacin efectuadas a travs de la columna de perforacin, las pruebas de flujo inicial, y las pruebas de incremento y cada de presin. La correcta evaluacin del rol de las fracturas naturales puede traducirse en xitos anticipados de desarrollo de campos, estableciendo las bases para las etapas de desarrollo secundaria. La informacin sobre las fracturas naturales tambin es importante en la etapa de construccin de pozos. Durante las operaciones de disparos en condiciones de sobrebalance y de cementacin, las fracturas naturales abiertas pueden producir problemas de prdida de circulacin, prdida de costosos fluidos de perforacin, y la prdida potencial de pozos. Un costo menos obvio es el asociado con la reduccin de la productividad, que se produce cuando los fluidos de perforacin y el cemento sellan las fracturas que alguna vez estuvieron abiertas y fueron potencialmente productivas. El empleo de tcnicas de perforacin en condiciones de bajo balance y la utilizacin de fluidos de perforacin o de cementacin que producen menos dao, son formas posibles de reducir los problemas de prdida de circulacin y su dao asociado. No obstante, en muchos casos, las opciones de los perforadores son ms limitadas. Cuando perforan yacimientos NFR debilitados y agotados, rodeados de lutitas de baja permeabilidad o zonas sobrepresionadas, los perforadores deben mantener una cierta densidad del lodo para soportar la lutita o impedir que se produzca un reventn desde la zona sobrepresionada. posteriores, incluyendo los proyectos de recuperacin

A travs de los aos, se han desarrollado tcnicas innovadoras para limitar el riesgo, el costo y el dao causados por los problemas de prdida de circulacin. stas incluyen el calentamiento del fluido de perforacin para alterar el estado de los esfuerzos alrededor del pozo; el tratamiento del lodo con materiales de prdida de circulacin especialtales como las fibrascuando comienzan a producirse prdidas; el tratamiento previo del fluido de perforacin con partculas de ciertos materiales; y el cambio estratgico de los esfuerzos presentes alrededor del pozo; por ejemplo, mediante la creacin de fracturas. 5.- Modelado de los efectos de las fracturas Es probable que no existan otras tareas de simulacin tan desafiantes, en los campos de petrleo y gas actuales, como la construccin de modelos NFR vlidos para simular el flujo de fluidos de yacimiento con un grado de certeza razonable. Los desafos cubren disciplinas y escalas mltiples y siempre deben ser encarados con informacin limitada. El objetivo fundamental de la simulacin de yacimientos es estimar y pronosticar la distribucin y el flujo de fluidos en el yacimiento, en respuesta a los procesos de produccin o inyeccin. Las fracturas naturales dificultan considerablemente la consecucin de este objetivo. Algunos especialistas simplifican los desafos que plantea la simulacin del flujo de fluidos de los yacimientos NFR, mediante una divisin en tres categoras. Primero, un modelo debe resolver las trayectorias de los fluidos mediante la determinacin de la conectividad de las fracturas. La conectividad depende de la longitud, orientacin e intensidad de las fracturas, que se obtienen de los datos del subsuelo y de afloramientos anlogos. En segundo lugar, es esencial el conocimiento de las permeabilidades de los sistemas de fracturas, la variacin de la permeabilidad a travs del campo, y la interaccin entre las fracturas y la matriz. En tercer lugar, se deben captar la presin del fluido, o presin capilar, y las permeabilidades relativas presentes en el yacimiento.

Adems, es necesaria una buena comprensin del rgimen de esfuerzos locales para lograr una simulacin NFR creble. 6.- Simulacin de lneas de flujo Los simuladores de lneas de flujo, tales como el programa ECLIPSE FrontSim, permiten a los ingenieros de yacimientos y a los geocientficos simular en forma rpida el flujo de fluidos en los yacimientos heterogneos. Estos simuladores resultan particularmente tiles a la hora de simular los efectos de las fracturas u otros conductos de alta permeabilidad sobre los proyectos de inyeccin de agua para recuperacin secundaria. En este ejemplo, las lneas de flujo y las capas prospectivas se codifican en color, de acuerdo con la saturacin de agua, Sw. Provistos con simuladores de flujo adecuados, estos equipos ahora pueden examinar la conectividad a lo largo del yacimiento y considerar estrategias para maximizar la recuperacin de hidrocarburos. Conforme se ingresan msdatos en el modelo, es posible ajustar cada porcin del mismo. Esto puede implicar el mejoramiento de los modelos estructurales y los modelos mecnicos del subsuelo, de los modelos de matrices y fracturas, y de los modelos de intercambio matriz-fractura.

7.- Clasificacin de las fracturas En el laboratorio, los tipos de fracturas se dividen en dos grupos relacionados con su modo de formacin: las fracturas por esfuerzo de corte (cizalladura) que se forman con la cizalladura paralela a la fractura creada y las fracturas por esfuerzos de traccin que se forman con una traccin perpendicular a la fractura creada.

Las fracturas por esfuerzo de corte y las fracturas de traccin descriptas a partir de experimentos de laboratorio poseen contrapartes netas que existen naturalmente; las fracturas por esfuerzo de corte corresponden a fallas, mientras que las fracturas de traccin corresponden a grietas. A la hora de desarrollar y modelar los yacimientos fracturados, la capacidad de comprender y predecir las caractersticas de los sistemas de fracturas y fallas es esencial. La complejidad de los sistemas de fracturas naturales se capta en los mtodos descriptivos, genticos y geomtricos que los geocientcos emplean para clsica las fracturas naturales. El conocimiento de los tipos de fracturas mejora la simulacin del ujo de uidos a travs de las fracturas, porque los diversos tipos de fracturas conducen el uido en forma diferente. 8.- Clasicacin de los yacimientos fracturados La mayora de los yacimientos, si no todos, contienen fracturas. El grado en que las fracturas ndice en el flujo de fluidos de un yacimiento es lo que debera dictar el nivel de recursos necesarios para identicar, caracterizar y modelar las fracturas. Los efectos de las fracturas pueden cambiar a lo largo de la vida productiva del yacimiento como las presiones y los tipos de uidos cambian durante las etapas de recuperacin primaria y secundaria. Por otra parte, las fracturas no siempre conducen uido; a menudo constituyen barreras para el uido. Los yacimientos fracturados se clasican en base a la interaccin existente entre las contribuciones de porosidad y permeabilidad relativas tanto del sistema de fracturas como del sistema de matriz (arriba). En los yacimientos de: Tipo 1, las fracturas proveen tanto los elementos de porosidad como los elementos de permeabilidad.

Tipo 2 poseen baja porosidad y baja permeabilidad en la matriz y las fracturas proveen la permeabilidad esencial para la productividad. Tipo 3 poseen alta porosidad y pueden producir sin fracturas, de manera que las fracturas en estos yacimientos proveen permeabilidad adicional. Los yacimientos de tipo M poseen alta porosidad y permeabilidad matricial, de manera que las fracturas abiertas pueden mejorar la permeabilidad, pero las fracturas naturales a menudo complican el ujo de uidos en estos yacimientos a travs de la formacin de barreras. Las fracturas no suman porosidad y permeabilidad adicional signicativa a los yacimientos de Tipo 4, sino que, por el contrario, suelen constituir barreras para el ujo. Otra clase de yacimientos, los de Tipo G, ha sido creada para los yacimientos de gas fracturados no convencionales, tales como los yacimientos CBM, y para los yacimientos de gas condesando fracturados.

9.-Comportamiento de Produccin de los Yacimientos Naturalmente Fracturados

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Ausencia de la zona de transicin: Caracterstica clave de los yacimientos matriciales gracias a la presencia de presiones capilares, ocurre una distribucin de saturacin de fluidos a lo largo de la zona de transicin. En los casos donde la matriz es de muy baja permeabilidad o nula, de manera tal, que los efectos de la presin capilar no ocurren en la zona nter granular, todo esto debido a que en los espacios abiertos de las redes de fracturas la presin capilar es casi nula por las dimensiones del espacio poroso (a mayor volumen de fractura menor es la presin capilar).

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Propiedades PVT: en el transcurso del tiempo geolgico el proceso de conveccin llega a promover la uniformidad de la composicin del hidrocarburo a lo largo del yacimiento, mantenindose constante tanto la presin de burbujeo como el resto de las propiedades PVT, sin importar cul sea la profundidad a la que se est tomando. Relacin entre la cada de presin alrededor de los pozos productores y la taza: en un yacimiento fracturado la cada de la presin en las cercanas de los pozos productores es pequea: o El flujo de fluidos ocurre solo a travs de la red de fracturas, debido a que los bloque de la matriz nicamente alimentan a las fracturas con fluidos. o La inmensa permeabilidad de las fracturas comparada con la de la matriz, que permite alcanzar altas tazas con cadas de presin mnimas. Capa de gas en la red de fracturas: cuando el hidrocarburo fluye a travs de las fracturas se presenta un gradiente de presin muy bajo, lo que facilita la segregacin del gas liberado hacia la parte superior de la red de fracturas.

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Por el contrario el flujo de petrleo hacia el pozo a travs de una matriz de baja permeabilidad, en ausencia de fracturas, requiere una gran cada de presin, lo que origina fueras viscosas mayores que las fuerzas gravitacionales, por ende el gas libre fluir hacia el pozo sin segregacin hacia el tope o capa de gas. y Patrn de declinacin de la presin: La taza de declinacin de la presin es baja cuando se trata de un yacimiento fracturado. Bajo el punto de burbujeo, un aumento sustancial del recobro es el resultado de un mecanismo de produccin conocido como drenaje gravitacional por gas que se desarrolla por la segregacin del gas liberado al despresurizar el yacimiento.

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Relacin gas petrleo: el gas libre logra segregarse rpida y fcilmente hacia las zonas superiores de la fractura y del yacimiento en lugar de fluir hacia los pozos productores (Bg ms bajos). Relacin agua petrleo: es funcin de la taza de produccin.

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Conclusin Actualmente, el estudio de los yacimientos naturalmente fracturados representa un desafo para la industria del petrleo y el gas, lo que se plantea en trminos de deteccin, caracterizacin y modelado de fracturas, y simulacin de yacimientos. Para explotarlos de manera adecuada es preciso identificar y modelar los sistemas de fracturas (superficies planas de discontinuidad, en donde la roca ha perdido cohesin y los procesos de deformacin y alteracin de la misma pueden ser ocupadas por fluidos), cavidades de disolucin y bloques de matriz. Esto requiere aplicar, de manera consistente, diversas fuentes de informacin de tipo esttico y dinmico. En el pasado, los datos estticos y dinmicos disponibles dictaminaron la tendencia de los equipos a cargo de los activos de las compaas con respecto a la caracterizacin, modelado y simulacin de los yacimientos NFR. Hoy en da una mejor comprensin de las complejidades de los yacimientos NFR, el mejoramiento de las mediciones y de las tcnicas de interpretacin en una gama de escalas ms amplia, las capacidades de modelado ms rpidas y sustancialmente mejoradas, y las nuevas e interesantes tareas de investigacin harn que el avance de la industria en materia de yacimientos fracturados sea natural.