Fracturamiento

El Fracturamiento hidráulico comenzó a aplicarse a partir de los años 1940, con el objetivo de crearcanales de alta conductividad dentro del yacimiento, incrementado el área de drenaje y laproducción en yacimientos de muy baja permeabilidad, reduciendo la energía requerida para moverel hidrocarburo del yacimiento hacia el pozo. Este objetivo es alcanzado bombeando fluido a altapresión, rompiendo la formación y creando canales de alta conductividad.

La creación de la fractura es lograda a través de fluidos de alta viscosidad la cual permitentransportar material apuntalante (propante). Este fluido viscoso es diseñado apropiadamente con elpropósito de que este se pueda "romper" después de un tiempo estipulado, perdiendo la capacidadde transporte.

El material apuntalante es mantenido en el sitio por la presión ejercida por la formación después dealcanzar la presión de cierre de fractura. Debido a las propiedades mecánicas, el materialapuntalante puede mantener la fractura abierta y sobre todo, la de crear un canal con unapermeabilidad considerablemente mayor que la permeabilidad de la formación. Después de laoperación de bombeo, el fluido "roto" de fractura es retornado a superficie en la fase de limpiezadel pozo.

Pruebas de inyectividad

Previa ejecución de cualquier operación de Fracturamiento hidráulico, es altamente recomendablerealizar una prueba de inyectividad. En caso de aplicarse la técnica de entrada limitada, dichaprueba adquiere máxima relevancia ya que permitirá determinar los siguientes parámetros:

Gradiente de fractura. Número de perforaciones abiertas. Localización de las zonas no tratadas. Altura de la fractura. Pérdidas de presión por fricción.

Además de permitirnos conocer a priori la existencia o no de problemas mecánicos en el pozo.

Las etapas componentes de una prueba de inyectividad pre-fractura son:

Toma de registros de referencia.- Se deben efectuar registros de Temperatura y RayosGamma antes y después de la prueba para que sirvan de comparación.

Limpieza de las perforaciones.- Se deberá efectuar una limpieza de las perforacionesutilizando un ácido débil o bolas selladoras y determinar el número de perforacionesabiertas.

Inyección de un fluido enfriador.- Se utiliza un gel de baja eficiencia en control defiltrado. El objetivo es provocar un bloqueo del calor proveniente de la formación hacia lafractura, evitando así la ruptura prematura del fluido que lo sigue. El volumen empleadodependerá de la temperatura del pozo.

Inyección del fluido de fractura.- Se inyecta un fluido igual al que se utilizará en elFracturamiento. En esta etapa es importante la aplicación de un trazador radioactivo paraluego correr un registro de rayos gamma y determinar el desarrollo de la fractura vertical.

En conclusión, las técnicas mencionadas, aplicadas al Fracturamiento hidráulico con sustentante ogravadas, es excelente alternativa para optimizar la distribución de los fluidos de tratamiento.

Comparación del Fracturamiento ácido y Fracturamiento con apuntalante.

Los principios básicos y objetivos de un Fracturamiento ácido son similares que el Fracturamientocon apuntalante, en ambos casos, la meta es crear una fractura conductiva con longitud suficienteque permita más área de drene efectiva del yacimiento. La diferencia principal es la forma dealcanzar el canal conductivo.

En el tratamiento apuntalado, la arena u otro agente apuntalante es colocado dentro de la fracturapara prevenir el cierre cuando la presión es retirada. Un tratamiento ácido generalmente no empleaagente apuntalante, pero el ácido grava la cara de fractura para dar la conductividad requerida.Como resultado. El ácido está limitado para formaciones carbonatadas dolomías.

Es raramente utilizado en tratamientos para arenas, debido a que aun incluyendo el ácidofluorhídrico no tiene un grabado adecuado de cara de fractura. Sin estos tratamientos han sidoexitosos en algunas formaciones arenosa que contenían carbonatos fallados naturalmente, laremoción de los depósitos de carbonato muchas veces resultan con conductividad suficiente paraobtener un excelente rendimiento del tratamiento. En algunos casos, especialmente en carbonatos,existe la opción entre tratamientos ácidos y apuntalados.

Cada uno tiene ventajas y desventajas, si la mejoría de producción es similar puede ser logrado.Operacionalmente, los tratamientos ácidos son menos complicados debido a que no se utilizaagente apuntalante, además, los riesgos por un arenamiento prematuro, problemas de retorno dearena y la limpieza dl pozo no se tienen. El transporte de apuntalante para un fluido de fractura noes más preocupante, sin embargo, el ácido es más caro que un fluido no reactivo.

El ácido utilizado como fluido fracturante elimina muchos problemas inherentes al Fracturamientoapuntalante, pero se tienen otros problemas de diferente naturaleza. La longitud efectiva de unFracturamiento apuntalado está limitado por la distancia en que el apuntalante puede sertransportado hacia dentro de la fractura. En una manera similar, la longitud efectiva de unFracturamiento ácido está limitado por la distancia en que el ácido viaja a lo largo de la fracturaantes de que esta sea gravada. A Altas temperaturas, esto puede ser un problema, sin embargo, lamayor barrera para una efectiva penetración de fractura para el ácido parece ser la perdida defiltrado excesiva.

La pérdida de filtrado es un gran problema cuando se usa ácido y es muy difícil su control. Laconstante erosión de la cara de fractura durante el tratamiento hace difícil la creación de un enjarreque sirva como barrera. En resumen, la perdida de fluido es muy uniforme y resulta en la creaciónde agujeros de gusano y amplitud de las fracturas naturales, esto incrementa grandemente el áreaefectiva cuando la perdida ocurre y está perdida es muy difícil de controlar.

Fracturamiento ácido

El Fracturamiento ácido es un proceso de estimulación de pozos en el cual el ácido, generalmenteácido clorhídrico es inyectado a la formación carbonatada a una presión suficiente para fracturar lamisma o abrir fracturas naturales existentes. El ácido fluye a lo largo de la fractura de una manerano uniforme disolviendo la roca en la cara de la misma, la longitud de fractura depende del volumende ácido, el ritmo de reacción de este y de las pérdidas de filtrado en la formación.

En un Fracturamiento ácido generalmente se inyecta un fluido altamente viscoso (gelatina) comocolchón para generar la fractura y mantenerla abierta durante todo el tratamiento, seguido del ácidoque reacciona con la formación creando un ancho gravado y finalmente un fluido para desplazar elácido dentro de la fractura. La efectividad de un tratamiento de este tipo lo determina la longitud defractura gravada.

Factores que controlan la efectividad de un tratamiento de Fracturamiento ácido.

Existen dos factores principales que controlan la efectividad de un tratamiento ácido, la longitud defractura y la conductividad de la misma.

Longitud de fractura efectiva. Este parámetro está controlado por las características de laspérdidas del fluido, el ritmo de reacción del ácido y el gasto del ácido en la fractura.

Conductividad de fractura. Este parámetro es la culminación del tratamiento, en él se basala efectividad del mismo, ya que para obtener canales altamente conductivos, depende dela forma en que el ácido reacciona con la formación y la forma en que este grava las carasde la fractura al cierre de la misma al termino del tratamiento.

Mecanismos de penetración del ácido

El objetivo de un Fracturamiento ácido es la de crear una fractura con penetración suficiente yancho gravado, la simulación de este fenómeno es más complejo que la predicción de propagaciónde fractura con apuntalante.

La longitud de fractura depende de gran manera de la perdida de fluido y del coeficiente dedifusividad, el cual está en función de la temperatura y del número de Reynolds.

En la practica el proceso se realiza en dos partes, primeramente se inyecta un fluido con unaviscosidad tal que permita propagar y mantener abierta la fractura, a este fluido se le conoce comocolchón, seguido como colchón, y segundo

Fluidos de tratamiento

Los fluidos más comunes para realizar un Fracturamiento acido es la gelatina, ya sea baseaceite o agua, la cual es utilizada como colchón y cuya finalidad es crear y propagar lafractura e interdigitales con el ácido para el logro de mayor penetración del mismo.

El ácido comúnmente clorhídrico a una concentración del 15 %, en diversas formulaciones,ya que este se puede mezclar con alcohol o con emulsificantes según sea el casoparticular.

Aditivos

Los aditivos más comunes para la preparación de los sistemas ácidos y gelantes son lossiguientes:

Surfactantes. Desviadores químicos. Controladores de pérdida de fluido. Controladores del rimo de reacción. Agentes gelificantes Inhibidores de corrosión Inhibidores de ion fierro

Fracturamiento con apuntalante

Un tratamiento de Fracturamiento consiste esencialmente en el rompimiento de la formaciónproductora mediante un fluido a un gasto mayor que pueda admitir matricialmente la roca. Lainyección continua de dicho fluido permite ampliar y extender la fractura, cuando se alcanza unaamplitud tal, se le agrega un material solido al fluido para que lo acarre y evitar al término deltratamiento cierre la fractura dejando un empaque altamente permeable. El fluido empleado recibeel nombre de fluido fracturante y el sólido es conocido como agente apuntalante.

Usos del Fracturamiento hidráulico.

La finalidad de un Fracturamiento es la de establecer o restablecer las condiciones de flujo quefaciliten la afluencia de fluidos del pozo a la formación o viceversa.

Este tipo de tratamiento se utiliza básicamente en:

En formaciones de baja permeabilidad Permitir que los fluidos producidos o inyectados atraviesen un daño profundo En el campo de la recuperación secundaria para el mejoramiento del índice de inyectividad

del pozo y la creación de canales de flujo de alta conductividad en l área de drene del pozoproductor.

Fluidos fracturante

Existe una gran variedad de fluidos que se utilizan en el tratamiento y para seleccionarloadecuadamente es necesario analizar las propiedades del fluido a utilizar, las condiciones depresión y temperatura del pozo, características de los fluidos de formación.

Tipo de roca.

Las propiedades que debe tener:

a) Bajo coeficiente de pérdida

b) Alta capacidad de acarreo del apuntalante

c) Bajas perdidas de presión por fricción en las tuberías y altas en la fractura

d) Fácil remoción después del tratamiento

e) Compatibilidad con los fluidos de formación

f) Mínimo daño a la permeabilidad de la formación y fractura.

Tipos

En los Fracturamiento hidráulicos se utilizan básicamente dos tipos de fluidos, los base aceite ybase agua.

Fluidos base aceite

Estos pueden ser aceites crudos o refinados, las ventajas que ofrecen son: no inhiben las arcillas,tienen baja tensión interfacial en el sistema roca fluido, son compatibles con la mayoría de lasformaciones y los fluidos contenidos en ellas.

Los fluidos a base de aceite refinado pueden tener una ventaja que es la económica, ya que este alser recuperado en la superficie después del tratamiento, pude ser reutilizado o vendido. Porsupuesto que tiene desventajas y la principal es que, puede ser arriesgado utilizarlo baja ciertascondiciones.

Fluidos base agua

Este tipo de fluidos es el más utilizado en la actualidad, ya que se obtiene de diversas fuentes desuministro, pero se debe verificar porque podría contener sólidos en suspensión que afectarían elcomportamiento del fluido mezclado con sus aditivos.

Aditivos

Existen una gran variedad de aditivos utilizados en los fluidos fracturante y son la clave para laobtención de las propiedades requeridas para el éxito del tratamiento, entre los más comunestenemos:

a) Polímeros. Utilizados para incrementar la viscosidad del fluido y puede ser del tipo Guar,Hidroxipropilguar (HPG), carboximetilhidroxipropil guar (CMHPG), entre los más comunes.

b) Activadores de viscosidad. Son agentes reticuladores que unen las cadenas formadas porel polímero y elevan considerablemente la viscosidad del fluido, entre los más comunes setienen los boratos, aluminatos, zirconatos.

c) Controladores de pH. Este aditivo es muy importante ya que es el que le da la estabilidadal fluido con respecto a la temperatura. Entre los más comunes se tiene el fosfato de sodio,ácido acético, carbonato de sodio entre otros.

d) Quebradores. Estos agentes se utilizan principalmente para seccionar los enlaces de lascadenas poliméricas al termino del tratamiento y los mas utilizados son los oxidantes,enzimas y ácidos

e) Surfactantes. Se utilizan básicamente para reducir la tensión superficial e interfacial y lapresión capilar en el espacio poroso.

f) Bactericidas. Utilizados esencialmente para prevenir el ataque de bacterias a lospolímeros.

g) Estabilizadores de arcillas. Utilizados básicamente para la prevención de migración dearcillas, entre los más comunes es el cloruro de potasio.

h) Controladores de pérdida de fluido. Estos agentes básicamente controlan la filtración delfluidoHacia la formación durante el tratamiento, el más común es la arena silica.

i) Reductores de fricción. Este aditivo se emplea para reducir la perdida de presión por lafricción generada por el efecto del bombeo durante la operación, tanto en la tubería comoen los disparos.

Apuntalantes

Del conjunto de materiales utilizados en el Fracturamiento hidráulico el agente apuntalante osustentante es el único que permanecerá en la fractura manteniéndola abierta y estableciendo uncanal conductivo para la afluencia de los fluidos de formación hacia el pozo.

Estos materiales son diseñados para soportar los esfuerzos de cierre de la formación, sin embargo,se debe seleccionar de acuerdo a los esfuerzos a que estará sometido y a la dureza de la roca, yaque si se tienen esfuerzos de cierre altos, este se podría triturarlo en formaciones suaves este sepuede embeber y el grado de ocurrencia de estos factores depende del tamaño y resistencia delapuntalante, la dureza de la formación y los esfuerzos a que estará sometido.

Propiedades

De acuerdo a las propiedades físicas se han dividido en dos grupos:

Apuntalantes Elasto – FrágilesEn esta clasificación las deformaciones que sufre el material son casi nulas con losesfuerzos aplicados sobre él hasta que viene la ruptura, ejemplo: arenas de sílice

Apuntalantes Elasto – PlásticosEn esta la deformación del material es proporcional a los esfuerzos aplicados sobre elmismo, la curva del esfuerzo contra la deformación presenta una primera fase elástica yposteriormente, el comportamiento de la deformación es plástica.

Fracturamiento con espumas.

Por sus propiedades la espuma es un fluido ideal para el Fracturamiento de formaciones de bajapermeabilidad, productoras de gas o sensibles al agua.

Dichas propiedades son:

Alta capacidad de acarreo del sustentante. Baja perdida de filtrado. Baja pérdida de presión por fricción. Alta viscosidad en la fractura inducida. El daño a la formación es prácticamente nulo, debido a que el líquido filtrado es mínimo y

sin residuos. Limpieza rápida después de la intervención

Aunado a estas propiedades, el ácido espumado exhibe un efecto de retardo del ritmo de reacción,lo que es favorable para lograr fracturas con alta penetración.

La calidad de la espuma usada es del 70 al 90 %, ya que en este rango su viscosidad es alta.Abajo del 65% de calidad, la espuma es propiamente agua con gas atrapado y arriba del 95 % seconvierte en niebla.

A pesar de las características mencionadas, las espumas se tornan inestables a temperaturasmayores de 80ºC, lo que limita su aplicación.

Fracturamiento con gas altamente energizado

Ésta avanzada tecnología está basada en el uso del propelente científico, desarrollado por laindustria aeroespacial. Esta técnica es una estimulación dinámica, desarrollada con el objeto deincrementar la permeabilidad de la formación en las cercanías del pozo, revirtiendo así el dañoexistente.

La velocidad de propagación del gas está controlada de tal manera, que resulta ser menor que laonda expansiva provocada por una explosión y mayor que la causada por una fractura hidráulica,logrando penetraciones efectivas que van de los 5 a los 53 pies en todas direcciones.

Esta expansión de energía produce múltiples fisuras en la periferia del pozo, dando como resultadoun marcado aumento de la permeabilidad en dicha zona.

La velocidad de propagación de la energía, es la que le da la característica al tipo de fracturaoriginada, por lo tanto se tienen tres tipos de fracturas que son:

Fractura estática.- Este tipo de fracturas son las ocasionadas por el Fracturamientohidráulico, en donde la energía es transmitida de segundos a milisegundos. Eneste caso la longitud de la fractura no puede ser controlada.

Fractura explosiva.- Este tipo de fractura ocurre cuando toda la energía estransmitida en microsegundos y la formación no puede absorberla toda en esetiempo, lo que provoca que la misma se pulverice, ocasionando un daño severo enel pozo por compactación (similar al daño por disparo), reduciendo lapermeabilidad casi en su totalidad.

Fractura dinámica.- En este caso la energía es controlada por el sistema Radialfracy la energía es transmitida en un rango de milisegundos a microsegundos.