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




Disminución del daño.

Aumento de la conductividad.

Mayor área de flujo.

Mejoramiento de la producción.
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
Orientación de la fractura
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.
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.
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.
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.
Orientación de la fractura
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
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.
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
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
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
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
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
Factores que influyen en la fractura



Modelo de Young




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


También se conoce como factor de intensidad de esfuerzos críticos.
Los valores mas frecuentes son:
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.
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).
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
GEOMETRIA DE LA FRACTURA
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.
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.
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.
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
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
Hidráulica de fracturamiento

Fluidos Apuntalantes:
                                            Resistencia


                                             Densidad

   Propiedades que debe
                                      Redondez y esfericidad
          cumplir

                                     Distribución y tamaño del
                                               grano

                                        Cantidad de finos e
                                            impurezas
Hidráulica de fracturamiento



Factores influyentes



                 Presiones de       Cálculos de
                 estimulación         fricción


                                    Tamaño de
                  Número de
                                        las
                 Perforaciones
                                   perforaciones


                            Caudal de
                            inyección
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.
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
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
Hidráulica de fracturamiento
Presiones de Estimulación

                     Pérdidas de presión por
                            fricción




                                               BHTP= STP + Ph - Pf




                                             Pf = Ppipe + Pfper + Pfnwb
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.
Hidráulica de fracturamiento

Fluidos Newtonianos


      Fricción en                     Número de
       tubulares                       Reynolds
Hidráulica de fracturamiento

Factor de fricción de Fanning
Hidráulica de fracturamiento

Fluidos no Newtonianos


      Número de                         Fricción en
       Reynolds                          tubulares
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.
Hidráulica de fracturamiento



   Fricción cerca al pozo:




• Fricción a través de los disparos
• Tortuosidad
• Desalineamiento de fases
Hidráulica de fracturamiento

Presión de tratamiento en superficie:


                       Ps= Pef + Pfrict + Pfricp - Ph



Potencia Hidráulica:




                             Phid= (Ps*Q)/ 40.8
Hidráulica de fracturamiento


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


Presiones de estimulación




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

Presiones de estimulación

                            • Variable que nos ayuda a
      Presión Neta            determinar la geometría de la
                              fractura durante la operación.
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Presentación fracturamiento hidraulico

  • 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.