fractura hidrulica

Fractura Hidrulica

Preparado por Cecilia Lauri

Dpto. de Estudios

Direccin de Estudios

Subsecretara de Minera e Hidrocarburos- Yrigoyen 436, Neuqun Capital, Provincia de Neuqun, www.energianeuquen.gov.ar

Perforacin

D.G.I. y E. Direccin de Estudios Octubre 2013

Introduccin a la Perforacin

La perforacin es una construccin de la obra del pozo con el objetivo de extraer fluidos del subsuelo. Se utilizan bsicamente un fluido de perforacin (lodo), caera de perforacin (sarta) y trpano, para lograr que el pozo alcance la zona hidrocarburfera de inters.

Fuente: Shandong Geological & Mineral Equipment Ldt. Corp.


Configuracin de Pozos segn su geometra


Entubacin y Cementacin

Una vez perforado el primer tramo del pozo, este se debe entubar y cementar. Luego de este primera etapa se continua la perforacin con las dems fases que finalmente son entubadas con caera de aislacin adecuada (casing) y cementadas.


Construccin del Pozo

Tuberas de Aislacin (Casing): Tuberas de Acero de distintos grados dependiendo de las condiciones del pozo.

1. Tubera Conductora de 24 pulgadas de dimetro (60.7cm), mantiene la

primera seccin del pozo estable.

2. Tubera de superficie de 20 pulgadas de dimetro (50.8cm), protege acuferos.

3. Tubera Intermedia de 13-3/8 pulg. (33.97cm). Usado en profundidades moderadas. Aisla formaciones cargadas con agua salada y otros fluidos.

4. Tubera Intermedia de 9-5/8 pulg (21.9cm). En ocasiones es necesario sellar alguna formacin muy salada o zona depletada.

5. Tubera de Produccin de 5 pulg (13.97cm). Debe estar en la Zona de Inters

Para el caso de Reservorios no convencionales, pueden usarse casing de Cromo, aleaciones, y metales de alta aleacin. Adems se deben utilizar conectores que soporten los esfuerzos y toques en pozos horizontales.

(Fuente: Tenaris)


Cementacin de Pozos Fracturados

Las Caeras deben ser cementadas hasta superficie. Sino se cementa hasta superficie puede ocurrir que formaciones con fluido y alta presin se contacten y quede la entre columna sobrepresurizada y esto con el tiempo puede llegar a afectar a los acuferos superiores. Las zonas de Inters pueden, en algunos casos, no ser cementadas.

Fuente: Hydraulic Fracturing 101-SPE 152596


Terminacin de Pozos

Punzados: Luego de cementar el pozo se procede a punzar en la zona de inters. Estos punzados se realizan con dispositivos (caones) que perforan la tubera, para conectar la roca reservorio con el pozo.


Fuente: Detonacin para inducir el flujo de fluidos

Utilizacin de Pozos Multilaterales

Fuente: Nuevos aspectos de la construccin de pozos multilaterales- Oilfiel Review 2002/2003


Estimulacin de Pozos


Estimulacin de Pozos

Para mejorar el rendimiento y la eficiencia de pozos productores de hidrocarburos.

Tipos

Estimulaciones cidas

Fracturas cidas

Fracturas Hidrulicas


Estimulaciones cidas

Se utilizan distintos tipos de cidos (Clorhdrico Fluorhdrico), para mejorar la productividad de un pozo de petrleo o gas, o para mejorar la inyectividad de pozos inyectores.

Tipo de Rocas: Areniscas con bajo % de carbonatos


Fracturas cidas

Fractura en la cual se inyecta cido a una Presin elevada, que genera un canal gravado de flujo el cual mejora la productividad.

Tipo de Rocas: Carbonticas


Fractura Hidrulica


Historia del Fracturamiento Hidrulico

La primera fractura hidrulica fue realizada por Stanolind Oil en el ao 1949

Primeras dos Fracturas Hidrulicas realizadas por Halliburton en Stephens County, Oklahoma, y en Archer County Texas, en el ao 1949. Fuente: Hydraulic Fracturing, JPT


Historia del Fracturamiento

La primera Fractura Hidrulica en Argentina fue realizada por Halliburton para YPF en el ao 1959/1960.

Pozo YPF.Nq.NG-10

Yacimiento: Puesto Lpez

Formacin: Sierras Blancas


Primera Fractura Hidrulica en la Argentina


Fracturas Hidrulicas

Se realizan para mejorar la Productividad en pozos Convencionales y No Convencionales e incrementar Reservas.

Es decir, aumentar la eficiencia de los pozos en produccin y poner en produccin aquellos reservorios que podran ser antieconmicos si no fueran Fracturados Hidrulicamente.


Qu es una fractura Hidrulica?

Es una rotura que se genera en la roca que contiene hidrocarburos, para que estos puedan fluir a travs de ella y luego por el pozo a superficie.

Estas fracturas no son todas iguales, pueden variar segn presiones, esfuerzos, tipo de roca y fluidos que aloja.

Estimulacin Hidrulica de LLLK.x-1


Fuente: FMC Technologies

Ejemplo de Estimulacin- Flowback- Tratamiento de Agua


Estimulacin

Flow back

Tratamiento de Agua

Pozo: GYP.Nq.ACOc.x-1 rea: AGUADA FEDERAL (Prov. Del Neuqun)

Operador: Gas y Petrleo del Neuqun S.A.

Latitud: 38 07 23.65 S Longitud: 68 32 42.35W


Preparado por Alan Toth

Pozo: GYP.Nq.ACOc.x-1 rea: AGUADA FEDERAL (Prov. Del Neuqun)

Operador: Gas y Petrleo del Neuqun S.A.

Latitud: 38 07 23.65 S Longitud: 68 32 42.35W

Boca de pozo Fosa de Quema

Tk australiano Acopio Arena Fractura

Montain Movers Tk de Fractura

Fracturadores

Combustible p/ fracturadores

Unidad de hidratacin Cisterna

Blender

Gra

Campamento

Frac Van

Wire Line

Coiled Tubing Unit

Piletas Pulmn

Tratamiento Flowback

Gas Buster

Pileta con Golpeador

Manifold

D.G.I. y E. Direccin de Estudios

Preparado por Alan Toth

Cmo se genera? ETAPA N1 (Colchn) Se bombea Fluido de Fractura a alta presin (5.000-15.000

psi) a travs del pozo desde un equipo en superficie. Esta presin tiene que ser lo suficientemente grande como para realizar una pequea rotura en la roca, la cual dar inicio a la fractura.

ETAPA N2 (Colchn con Agente de Sostn)

Se bombea fluido de fractura junto con un Agente de Sostn. Esta mezcla ingresar a la rotura inicialmente formada que se extender en funcin de la proporcin agua-agente de sostn, del tipo de roca y de la presin de inyeccin.

Cuando se deja de bombear el fluido, el agente de sostn queda retenido dentro de la fractura generada y evita que sta se cierre.


Fuente: Simuladores de Fractura- YPF

Fluido de Fractura

El fluido de fractura debe ser compatible con el reservorio y lo suficientemente viscoso para crear, propagar la fractura, y transportar agente de sostn dentro de la fractura.

Una vez que el tratamiento termina, la viscosidad debe decaer para promover una rpida y eficiente evacuacin del fluido inyectado.


Evolucin del Fluido de fractura (F.F)

Por seis dcadas se ha trabajado para desarrollar fluidos de fractura ms eficientes y que generen el menor dao a la formacin. Tipos: Base Agua: Slickwater, Lineal o Crosslinkeado, viscoelstico Base Hidrocarburo: Kerosn, Gas oil, Petrleo Espumas (gel + N2 o CO2) Energizado (gel+ N2 o CO2) Metanol cidos: Gelificados y No Gelificados

Fuente: Open Channel Fracturing OilField Review


Geles Crosslinkeados

Los geles lineales no tienen suficiente viscosidad para transportar a grandes distancias altas concentraciones de agente de sostn dentro de la fractura.

Se crosslinkean o reticulan para dar mejores viscosidades y minimizar la cantidad de residuo dentro de la fractura.


Slickwater

En un reservorio No Convencional se busca que el fluido penetre la mayor cantidad de fisuras posibles y se deslice con facilidad dentro del sistema. Por ello se requiere un fluido de baja viscosidad (agua).

El fluido slickwater es bsicamente agua con reductores de friccin.


Slickwater vs Crosslinkeado

Mecanismo de distribucin del Agente de Sostn

dentro de la fractura

Puede evitarse modificando la densidad del Agente de Sostn (A.S)


A.S

F.F A.S

A.S

F.F F.F

Punzados

Seleccin del Fluido de Fractura

Slickwater Frac (SWF) Es ms utilizado en

Reservorios de Shale Gas/Oil

El fluido penetra mayor cantidad de fisuras naturales.

Se recicla y genera menor dao a la formacin.

Tiene menores costos que el Gel X-link.

Gelificado y Gel CrossLinkeado

(X-link)

Tiene alta Eficiencia de Fractura

Ubica y distribuye mejor el Propante

Produce un dao significativo

No puede penetrar fracturas naturales

Tiene mayor costo


Red de Fractura

En un reservorio no convencional se genera una red de fracturas de tipo compleja. Esto se debe a que el objetivo es conectar la mayor cantidad de fracturas naturales y generar un mayor volumen de roca estimulada (SRV). El ancho del SRV depender de la anisotropa entre los estreses horizontales y de las propiedades de la matrix.

Fuente: Operaciones de Refracturamiento hidrulico


Agente de Sostn (AS) o Propante

Debe tener la capacidad de mantener la fractura abierta, generar un canal conductivo de fluido y mejorar la permeabilidad.

Se selecciona en funcin de las propiedades del reservorio (presiones, fluidos, etc.)


Seleccin del Agente de Sostn

Resistencia a Esfuerzos Compatible con Fluido de Fractura Resistencia a la corrosin Baja Gravedad Especfica (SG) Disponibilidad Bajo Costo

Fuente: Caractersticas del Agente de Sostn utilizado en Reservorios No convencionales -Petrotecnia


Tipos de Agentes de Sostn

Arena (Pc

Control de Propiedades del AS

Esfericidad y Redondez (arenas)

Resistencia a la compresin

Granulometra (anlisis de tamices)

Solubilidad en cido

Turbidez

Densidad

Prdida por ignicin (AS resinados)


Normas API e ISO para Agentes de Sostn

Las Normas API para el Control de Calidad de los Agentes de Sostn son:

API RP 19 C: Propiedades de los Propantes (ISO-13503-2)

API RP 19 D: Conductividad de Propantes (ISO-13503-5)

Reemplazan a las Normas

API RP-56: Control de Calidad de Agentes de Sostn

API RP-58: Control de Calidad de Arenas para engravado

API RP-60: Control de Calidad de Agentes de Sostn

API RP-61: Conductividad de los Agentes de Sostn


Granulometra y Nomenclatura

Granulometras comunes: 8/12, 12/20, 16/30, 40/70. Tamao de tamices (mallas) medida en hilos por pulgada cuadrada. Cada malla se define con un tamiz ms grueso y uno ms fino Ej: 12/20, grano que pasa por tamiz de 12 hilos (ms grueso) y es retenida por tamiz de 20 hilos (ms fino).

Anlisis de tamizados: < 0,1% debe quedar en el superior >90% entre nominales (pasa por malla gruesa y retenida por malla fina)

Tamao de la Fractura

El ancho de la fractura esta ntegramente relacionado con el tamao grano del Agente Sostn.

Ser de 2 a 3 veces el dimetro de grano del tamiz ms grande (0,2 a 2 cm de espesor)


Qu aditivos necesita?

Adems del fluido de fractura y Agente de Sostn, se necesitan otras sustancias que se deben agregar a la inyeccin.

Estas sustancias son necesarias para que la fractura sea efectiva y no produzca un dao a la roca.


Composicin de Fluido de Fractura Gelificado

Reductor de Friccin (0,08%)

Bactericida (0,001%)

Surfactante (0,08%)

Inhibidor de Corrosin (0,001% )

Inhibidor de Arcillas (0,05%)

Inhibidor de Incrustaciones (0,01% )

cido Clorhdrico (0,11% )

Agua (90,6%)

Gelificantes (0,05% )

Crosslinkeador (0,009%)

Agente de Sostn (8,95%)

Ruptor (0,009%) Fuente: SPE 121038


Aditivos: 0,4% aprox.

Composicin de Fluido de Fractura Slickwater

Reductor de Friccin (0,025%)

Bactericida (0,001%)

Inhibidor de Corrosin (0,0005% )

cido Clorhdrico (0,1% )

Agua (95,1%)

Agente de Sostn

(4,8%)

Fuente: SPE 121038

Otros Qumicos (0,13%) (Surfactantes, biocida alternativo, inhibidor de incrustaciones)


Aditivos: 0,25%

Aditivos y Uso Cotidiano


Qu sucede con los Aditivos?

Los aditivos qumicos, como surfactantes y cidos, se pierden en la formacin. Mientras que otros emigran a superficie con lentitud.

Segn experiencia internacional, el 0,1% de los qumicos iniciales de la fractura quedarn retenidos, dependiendo de la actividad superficial, biodegradacin, retencin de agua y la capacidad de los minerales de adsorcin.


Por qu el Shale Retiene algo de agua?

Los shales (lutitas) tienen baja saturacin de agua por lo que parte del agua quedar adherida por fuerzas electroestticas.

Otra posibilidad puede ser la apertura de fisuras naturales con la inyeccin de agua a alta presin, la cual quedar en el shale por efectos capilares.


Qu es el Flowback?

Flujo de Retorno

Proceso que permite a los fluidos inyectados durante una estimulacin, fluir a superficie luego de un tratamiento.

Es una limpieza post-fractura, clave para el rendimiento futuro del pozo y para maximizar una recuperacin efectiva.

D.G.I. y E. Direccin de Estudios Octubre2013

Flowback (flujo de Retorno)

Puede representar entre 20 y 40% del fluido Inyectado.

El fluido de retorno puede contener agua de:

Flujo multifsico (agua de formacin)

Formaciones adyacentes que puedan haber sido contactadas con la fractura y que estn cargadas con agua.


Flujo de Retorno y Agua de Fractura

Las empresas Operadoras deben presentar Autorizacin del uso del agua y de vertidos de efluentes.

Agua de Retorno: Debe ser tratada y acondicionada en su totalidad para Reutilizacin o Disposicin Final.


Fuente: Decreto 1483/12 Procedimientos Reservorios No Convencionales-Provincia de Neuqun

Alternativas de agua tratada de Flow back

1- Reuso industrial 2- Reuso en Riego asociado a un proyecto

productivo o de recomposicin ambiental del rea intervenida

3- Inyeccin a Pozo Sumidero

Fuente: Decreto 1483/12 Procedimientos Reservorios No Convencionales-Provincia de Neuqun


Monitoreo y Control de las Fracturas Hidrulicas


Microsismica

Es una herramienta importante utilizada para: Entendimiento de los procesos de subsuelo Mapeo de fracturas hidrulicas, para determinar

el rea estimulada Supervisin del reservorio Mostrar la distribucin y la magnitud de actividad

ssmica asociada con el plano de deslizamiento, as como el deslizamiento de las fracturas naturales incipientes.


Mapeo Ssmico de Fracturas

Se utilizan sensores de tres componentes. Se colocan entre 5 y 12 gefonos o acelermetros en un pozo de observacin vecino para detectar los eventos microssmicos.

Fuente: Operaciones de refracturamiento hidrulico


500 m aprox.

Utilizacin de Microssmica para el monitoreo de fracturas

Fuente: Hydraulic Fracturing 101-SPE 152596


Mapeo Ssmico desde superficie


La energa liberada por una fractura es similar a un sismo natural, pero vara en

Magnitud y Frecuencia Sismo Natural: Imperceptible para el humano es del orden de 2-

2.9 en la escala de Richter y ocurren alrededor de 1000 por da

Sismo de Fractura: Es del orden de -3 a -1, estos son registro Micro acsticos, no perceptibles por el humano. Son 10.000 veces ms pequeo que un sismo natural y slo pueden ser detectados por Sismgrafos Especiales.

Basado en documentos de U.S. Geological Survey

Liberacin de Energa


Liberacin de Energa

Fuente: The Facts About Hydraulic Fracturing and Seismic Activity


Sismo de Grado 3 Imperceptible por el humano

Reservorios Shale de U.S

Fracturas Hidrulicas en Shales (lutitas)


Fuente: Integrates Production And Reservoir Engineering for shale Gas Reservoirs

Distancia de Acuferos y Roca Productora

300m

2500-3000m

Fm. Vaca Muerta en Zona de Loma La Lata est a una profundidad entre 2500-3000 m


Obelisco mide 67m aprox. Distancia del tope de Roca Productora

a Superficie equivale a 37 obeliscos (2500m de profundidad)

Comparativa Distancia Vertical para la Fm. Vaca Muerta


Profundidad del Tope Fm. Vaca

Muerta

Comparativa Distancia Horizontal


Configuraciones de Pozos Horizontales Fracturados

Pozo Horizontal Fracturado


Etapa de Fractura

Fracturas

Rama Lateral

Distancia entre etapas

rea Estimulada

Fuente: Evaluacin de Recursos Asociados a Lutitas, P. K. Pande, SPE 2012-2013


Crecimiento de la fractura

Depende de: Tipo de Roca

Esfuerzos de la formacin

Barreras Naturales

Sellos /Barreras Naturales, que no permiten que la fractura se propague hacia arriba.


Sellos Naturales


De dnde se obtiene el agua para la Fractura?

Ro Neuqun Ro Colorado Ro Limay

El Consumo superficial de Agua para una Estimulacin Hidrulica es de 15.000m3, siendo 0.067% del total del caudal mnimo anual frente al 5% que se utiliza para el abastecimiento de las poblaciones, sumadas a las actividades industriales e irrigacin del caudal total mnimo de los Ros, descargando el 94% restante al mar sin utilizarse. (Decreto 1483/12.)

Es decir, se utilizan 15.000m3 de agua para una la estimulacin

hidrulica de un pozo, que equivale al 0,067% del caudal diario de cada ro.


Normas API para Fracturas Hidrulicas

Prcticas Recomendadas


Proteccin de acuferos y medio ambiente (API HF1)

Mantencin de la Integridad del pozo importante para:

1. La aislacin del conducto interno del pozo con la superficie y ambiente subterrneo.

2. La aislacin y contencin del fluido de produccin dentro del pozo.

Proteccin de acuferos y medio ambiente (API HF1)


Proteccin de acuferos y medio

ambiente (API HF1) Los acuferos son protegidos durante la

perforacin, la fractura hidrulica y produccin por una combinacin de una tubera metlica y vaina de cemento, adems de otros dispositivos de aislacin mecnicas.

Se debe prevenir la comunicacin entre fluidos de produccin y otras formaciones con o sin fluidos.


Monitoreos

Se deben realizar monitoreos regulares en los procesos de perforacin, fracturamiento y produccin para asegurar que estas operaciones procedan dentro de los parmetros establecidos y acorde con el diseo, plan del pozo y los requerimientos permitidos.

Finalmente, el pozo es peridicamente testeado para asegurar que la integridad se mantenga.


ambiente (API HF1)


Diseo

Las bases de diseo del pozo enfatizan en la performance de la aplicacin de barreras y zonas de aislacin durante los preparativos del pozo, la remocin del lodo, colocacin de tubera de aislacin y cementacin que proveen barreras para la migracin del petrleo y/o gas de formacin.


ambiente (API HF1)


Tubera de Aislacin:

Su eleccin es de suma importancia.

Debera seguir las normas API estndar, incluyendo API Spec 5CT, especificaciones y prcticas recomendadas.

Cementacin:

Parte fundamental para aislacin y proteccin de la tubera de aislacin (casing) contra la corrosin.


ambiente (API HF1)


Manejo del agua asociada con la Fractura Hidrulica (API HF2)

Gua para las mejores prcticas usadas para minimizar los impactos ambientales y sociales asociadas con la adquisicin, uso , manejo, tratamiento y disposicin del agua y fluido de fractura.

El volumen de agua utilizado para fracturar un pozo vara ampliamente, pero en promedio se usan de 2 a 4 millones de galones (8.000 -15.000 m3).

El agua puede ser de varias fuentes como superficiales, reciclada de otros proceso, municipales.

Si se tomaran aguas superficiales se debe estar balanceada con las necesidades de la comunidad y las estaciones de mayor y menor caudal. D.G.I. y E. Direccin de Estudios Octubre 2013

Manejo del agua asociada con la Fractura Hidrulica (API HF2)

Logstica del Agua para Fractura: almacenada en Piletas o tanques

Reso y Reciclado de Agua de Flowback

En algunos casos, puede ser ms prctico tratar el agua hasta lograr una calidad que pueda ser reusada para una subsecuente fractura u otro, que ser tratada para disposicin superficial.


Bibliografa consultada

Hydraulic Fracturing, Carl Montgomery and Smith, NSI Technologies, JPT 2010. Fractura Hidrulica en Arcilitas, Julio Alonso y Adolfo Giusiano, Subsecretara de

Minera e Hidrocarburos, 2012. El abec de los Hidrocarburos en Reservorios No Convencionales, IAPG 2013 Open Channel Fracturing- OilFiel 2011 The Facts About Hydraulic Fracturing and Seismic Activity, Anga-API-AXPC Hydraulic Fracturing 101, SPE 152596 Operaciones de Refracturamiento hidrulico, Oilfield 2004 Mapeo Microssmico de Fracturas Hidrulicas, Weatherford 2010 Workover Operations and Fracturing Non Conventional Reservoirs, George E. King.

Notas de Curso, IAPG 2013. La Arena, Caractersticas del Agente de Sostn utilizado en Reservorios No

Convencionales, Emmanuel dHuteau, Petrotecnia 2012 Hydraulic Fracturing Operations-Well Construction and Integrity Guidelines, API

HF1 Water Management Associated with Hydraulic Fracturing, API HF2


fractura hidrulica

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