9 - apuntalantes

8/19/2019 9 - Apuntalantes

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TALLER DE FRACTURA HIDRAULICA

INGENIERIA Y GEOCIENCIAS, S.A. DE C.V. 1

Ingenieria & Geociencias, S.A. de C.V. 1

puntalantes o

gentes de Sostén

Ingeniería y Geociencias, S.A. de C.V.


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Apuntalantes

Son críticos en el éxito de un Tratamietode Fractura

Cantidad apropiada de apuntalante

Tipo de apuntalante

APUNTALANTES:

El propósito del apuntalante (también llamado agente de sostén o propante) es mantener la fracturaabierta y altamente conductiva después que la presión de bombeo ha sido retirada o se ha disipado porfiltrado.


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Propiedades

Factores que afectan la Conductividad de laFractura

Propiedades Físicas Esfuerzo

Tamaño y distribución del grano

Finos e impurezas

Redondez y esfericidad

Densidad

Concentración Areal

Permeabilidad del empaquetamiento del apuntalante

Efectos del post-cierre Concentración del polímero

Movimiento de los finos de formación dentro de la fractura

Degradación de agente de sostén a largo plazo


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Efecto de la Resistencia y

del Tamaño del GranoTamaño de granoResistencia

EFECTO DE LA RESISTENCIA Y EL TAMAÑO DE GRANO:

Cuando se selecciona el tipo de apuntalante es importante saber el valor de esfuerzo (stress) al cual vaa ser sometido. Todos los agentes de sostén van a presentar un valor muy alto de finos debido a laruptura de los granos después de cierto valor de stress, reduciendo la permeabilidad del empaque dearena y, por lo tanto, su capacidad de flujo. Luego, el valor del esfuerzo aplicado al cuál el porcentaje definos supera un cierto porcentaje máximo, determina el límite superior para la utilización de eseapuntalante dado.

Resistencia:

La siguiente tabla representa los esfuerzos máximos generales a los que pueden ser sometidos cadatipo de apuntalante sin sufrir ruptura significativa que los sitúe fuera de la Norma API:

Arena: < 6,000 psi Arena Resinada: < 8,000 psiCerámico de resistencia Intermaedia (ISP): < 10,000 psiCerámico de Alta Resistencia (HSP): > 10,000 psi

Tamaño del Grano

Cuanto mayor es el tamaño de grano, mayor es la porosidad y la permeabilidad de un apuntalante. Sinembargo su resistencia disminuye debido a la distribución de las cargas dentro de la matriz empacada,por lo tanto a mayor tamaño de grano, mayor capacidad de generación de finos a altas presiones deconfinamiento.

De igual forma al aumentar el tamaño se incrementa la dificultad en el transporte y colocación delagente de sosten dentro de la fractura.

Cuando se seleciona el tamaño de grano, el factor determinante va a ser el beneficio neto que cadaapuntalante puede generar:

Beneficio Neto = Produccion ( $ ) - Costo ( $ )


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Selección del Grano

Distribución:Tamaño único

Distribución:Varios Tamaños

Efecto delTamaño

TAMAÑO DE GRANO:

Comparando el primer caso con el segundo, es claro que aunque la porosidad ( volumen vacio ) espracticamente el mismo, la capacidad de flujo es mayor ( permeabilidad ) debido a que la dimensión delos canales de flujo ( Poros ) es mayor.

Al comparar el primer caso con el tercero en éste último es evidente que la porosidad es menor debidoa que los granos pequeños llenan el espacio que hay entre los de mayor tamaño, resultando en unapermeabilidad inferior.

También es posible que en el tercer caso la resistencia a la carga final sea mayor, ya que los granospequeños traban a los grandes, permitiendo que la carga se distribuya más uniformemente por efectodel contacto.


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Finos e Impurezas

EFECTO DE LOS FINOS E IMPUREZAS:

La gráfica muestra como la permeabilidad de diferentes empaques de arena se reduce drásticamentedespués de cierta presión de confinamiento, debido a la ruptura de los granos y la generación de finosque taponan la permeabilidad.


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Otras propiedades del

Apuntalante

Redondez y Esfericidad

REDONDEZ Y ESFERICIDAD:

La Redondez y la Esfericidad son medidas con la escala Krumbein.

Estas dos propiedades pueden tener un gran impacto en la permeabilidad de un empaque de arena, yaque influyen directamente en la distribución de cargas dentro de la fractura.

La Redondez se refiere a la angularidad de la superficie, mientras que la Esfericidad se refiere a que tanparecido a una esfera ( balón / bola ) es la partícula.

Así por ejemplo, una moneda tiene un alto índice de redondez, pero no de esfericidad; mientras que uncubo tiene un alto índice de esfericidad, pero no de redondez, por sus bordes angulares.


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Otras propiedades del

Apuntalante

• Redondez y esfericidad – Tienen un efecto drámatico en la conductividad de la fractura

– Es una medida de la curvatura del grano

– La redondez y el tamaño del grano son acotados en un rangoestrecho

– Una mejor distribucion del esfuerzo resulta en una mayorresistencia a la compresión.

• Densidad del Apuntalante – Importante para determinar la capacidad de transporte del

fluido de fractura.

– Influye en las presiones durante el tratamiento: a mayorhidrostática menor presión en cabeza.

OTRAS PROPIEDADES:


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Clases de Apuntalantes

• Arena

• Arena resinada Precurada Curable

• Cerámicos de Resistencia Intermedia (ISP) No resinada Resinada

• Bauxita Sinterizada de Alta Resistencia (HSP)


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Arena

Son los apuntalantes más comunmente usados

Algunas marcas comerciales:

Jordan; Northern White; Texas Brown; Colorado;

Arizona y Ottawa

Presión de Cierre límite : 6000 psi

Gravedad especifica : 2.65

ARENA:

La arena es normalmente el agente de sostén más económico y comúnmente utilizado. Los dos tiposprincipales son la Blanca y la Marrón. La primera indica un mayor grado de pureza, por lo que es másresistente.


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Arena Resinada

Arena Resinada Precurada Curada durante el proceso de fabricación

Para mejorar su resistencia a la compresión

Arena Resinada Curable Cura y adhiere las partículas del apuntalante durante el

cierre de la fractura al estar sometida a temperatura deformación

Mayor aplicación: para prevenir el retorno del

apuntalante (Proppant flowback).

Presión de Cierre límite: 8,000 psi

Gravedad Específica: 2.55

ARENAS RESINADAS:

Existen dos tipos de arena resinada con diferentes aplicaciones:

Arena Pre-Curada:

Tiene una cubierta de resina que aumenta su resistencia al esfuerzo confinante o de cierre y disminuyela cantidad de finos generados y liberados. Puede ser utilizada para llenar toda la fractura y no necesitaquímicos activadores para que la resina actúe posteriormente al cierre. El efecto de la temperatura delpozo es suficiente.

Arena Curable:

La arena curable es bombeada normamente en la parte final del tratamiento, y está recubierta conalgunos quimicos. Para activarla en el fluido se bombea un catalizador que va a hacer que la resina seactive una vez que la fractura a cerrado uniendo los granos. Esta arena requiere de un tiempo de curadosin fluir el pozo y es utilizada para prevenir el retorno de agente de sostén cuando el pozo es producido(Flowback).

Las arenas resinadas –especialmente las curables- tienen efectos colaterales en los fluidos detratamiento, ya que normalmente alteran el pH, retardando o impidiendo el reticulado del fluido. Esnecesario realizar pruebas de laboratorio previamente a cualquier tratamiento que utilice este tipo dearena para establecer su compatibilidad con el fluido de fractura que se piensa utilizar.


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Cerámicos de Resistencia

Intermedia (ISP) Son apuntalantes manufacturados por proceso

de “Sinterización”

Cerámicos de Baja Densidad (CarboLITE)Presión de Cierre límite: 10,000 psi


Cerámicos de Densidad Media (CarboPROP)Presión de Cierre límite: 10,000 psi

Gravedad específica: 3.20

CERAMICOS DE RESISTENCIA INTERMEDIA (ISP):


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Apuntalante de Alta

Resistencia

Son utilizados cuando se requiere muy alta

resistencia a la compresión

Bauxita Sinterizada (Ferroaluminato)

Presión de Cierre límite: 15,000 psi


Es muy costoso

APUNTALANTES DE ALTA RESISTENCIA (HSP):


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Conductividad

Factores que afectan la conductividad

Esfuerzo de cierre

Empotramiento del apuntalante (Hundimiento)

Porosidad del empaquetamiento de arena

Amplitud o ancho de Fractura

Polímero utilizado

CONDUCTIVIDAD DE LA FRACTURA:

La Conductividad de la fractura es la medida de que tan efectivo es el empaque de arena para conducirel fluido, y es calculado con la siguiente ecuación:

Fc = K(frac) x W

Fc= Conductividad de la FracturaK(frac)= Permeabilidad del empaque (mD)W= Ancho de la Fractura (pie)

La conductividad adimensional (Fcd) es la comparación de que tanto puede producir la formación contraque tanto puede transportar la fractura, un buen valor de Fcd se ubica entre 1 y 10 ( 1-3 altapermeabilidad, 3-10 baja permeabilidad ). El Fcd se calcula con la siguiente ecuación:

F

F CD

keX

wk F =

Fcd = Conductividad adimensional (mD)KF = Permeabilidad de la fractura (mD)w = Ancho de fractura (pie)ke = Permeabilidad de la formacion (mD)XF = Largo de un ala de la fractura (pie)

En formaciones muy blandas el efecto de empotramiento (Embedment) puede afectar seriamente lageometría de fractura y debe ser compensado incrementando el ancho durante el diseño. Así, laporosidad de la fractura es la efectiva, es decir, deben descontarse las pérdidas debido al rompimientopor efecto de confinamiento.


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El ancho puede calcularse con la siguiente ecuación:

( ) p p

p

F

C W

ρ φ −

=1

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Donde:WF = Ancho de la fractura (pulg)Cp = Concentración Areal del apuntalante (lb/pie

2)

φp = Porosidad de la fractura (Fracción)

ρp = Densidad Absoluta del apuntalante (lb/pie3)


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Apuntalantes

Guía de Selección

GUIA DE SELECCION DE APUNTALANTES:

NOMENCLATURA:

NWS = Arena Blanca (Northern White Sand)

TBS = Arena Marrón (Texas Brown Sand)

CRCS = Arena Resinada Curable (Curable Resin-Coated Sand)

PCRCS = Arena Resinada Pre-Curada (Precured Resin-Coated Sand)

HSRCS = Arena Resinada de Alta Resistencia (High-Strength Resin-Coated Sand)

ISP = Cerámica de Resistencia Intermedia (Intermediate-Strength Proppant)

ISP-LD = Cerámica de Resistencia Intermedia de Baja Densidad (Intermediate-Strength Proppant- Low density)

HSP = Cerámica de Alta Resistencia (High-Strength Proppant

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