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UNIVERSIDAD NACIONAL

AUTNOMA DE MXICO

FACULTAD DE INGENIERA

DIVISIN DE INGENIERA EN CIENCIAS DE LATIERRA

Desarrollos de shale gas yperspectivas deexplotacin

Tesis que para obtener el ttulo de:

Ingeniero PetroleroPresenta: Daniel Rojas RodrguezDirector: Ing. Mario Becerra Zepeda

Ciudad Universitaria, Mxico D.F., Junio de 2012

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Desarrollos de shale gas y perspectivas deexplotacin

Alumno: Daniel Rojas Rodrguez

Director: Ing. Mario Becerra Zepeda

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICOFACULTAD DE INGENIERA

DIVISIN DE INGENIERA EN CIENCIAS DE LA TIERRACiudad Universitaria, Mxico D.F., Junio de 2012

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Tabla de contenido

INTRODUCCIN ............................................................................................................................. 1

I.1. Por qu buscar incorporar reservas de recursos no convencionales.............................. 1I.2. Por qu se ve al shale gas como potencial fuente de energa.......................................... 2

I.3. Definicin de lutitas ............................................................................................................... 5

I.4. Yacimientos de lutitas ............................................................................................................ 6

I.5. Diferencias con respecto a los yacimientos convencionales............................................. 8

I.6. Qu constituye un play de shale gas.................................................................................. 13

I.7. Viabilidad econmica ........................................................................................................... 14

I.8. Retos en el desarrollo de plays de shale gas ..................................................................... 16I.8.1. Geologa de los yacimientos de shale gas .................................................................. 16

I.8.2. Maximizacin de la produccin................................................................................... 18

I.8.3. Empleo de eficiencias operacionales a travs de los procesos................................. 19

I.8.4. Capacidad ....................................................................................................................... 20

I.8.5. Logstica .......................................................................................................................... 20

I.8.6. Experiencia ..................................................................................................................... 20

CAPTULO 1: SOLUCIONES HOLSTICAS .............................................................................. 21

1.1. Aspectos crticos de los desarrollos de lutitas gasferas........................................... 21

1.2. Geologa ........................................................................................................................... 24

1.3. Caracterizacin de la formacin ................................................................................... 27

1.4. Maximizacin de la produccin a travs de la vida del activo.................................. 29

1.4.1. En la exploracin .................................................................................................... 29

1.4.2. En la perforacin .................................................................................................... 29

1.4.3. Terminacin ............................................................................................................ 30

1.4.4. Planeacin y optimizacin de la estimulacin.................................................... 30

1.4.5. Aspectos ambientales ................................................................................................. 31

1.6. Discusin detallada ......................................................................................................... 31

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1.6.1. Valoracin temprana de pozo/campo................................................................... 31

1.6.2. Caracterizacin ........................................................................................................ 33

1.6.3. Perforar para para maximizar la produccin...................................................... 61

1.6.4. Posicionamiento de pozos: encontrando al objetivo en el yacimiento(Geonavegacin) ..................................................................................................................... 64

1.6.5. Reduccin de tiempos de no produccin y de costos......................................... 65

1.6.6. Administracin de pozo ......................................................................................... 65

1.6.7. La integridad de pozo para una produccin a largo plazo................................ 66

1.6.8. Estimulacin y planeacin de la optimizacin................................................... 71

1.6.9. Optimizacin de la produccin ............................................................................. 85

1.6.10. Soluciones ambientales.......................................................................................... 98

CAPTULO 2: SOLUCIONES ACTUALES Y FUTURAS........................................................ 103

2.1. Valoracin temprana de pozos/campo ms gil........................................................... 104

2.2. Caracterizacin ................................................................................................................... 106

2.3. Perforar para maximizar la produccin.......................................................................... 119

2.4. Reduccin de tiempos no productivos y costos.............................................................. 122

2.5. Administracin del pozo ................................................................................................... 123

2.6. Integridad de pozo para producir a largo plazo............................................................. 126

2.7. Planeacin y optimizacin de la estimulacin............................................................... 129

2.8. Optimizacin de la produccin ........................................................................................ 142

CAPTULO 3: DESARROLLOS MUNDIALES DE SHALE GAS............................................ 147

1. ESTADOS UNIDOS .......................................................................................................... 147

3.1.1. Eagle Ford .............................................................................................................. 147

3.1.2. Haynesville .................................................................................................................. 151

3.1.3. Marcellus ............................................................................................................... 157

3.1.4. Woodford ............................................................................................................... 166

3.2. DESARROLLOS INTERNACIONALES..................................................................... 174

3.2.1. Norteamrica ............................................................................................................... 175

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3.2.2. Sudamrica .................................................................................................................. 176

3.2.3. Europa .................................................................................................................... 179

3.2.4. frica ...................................................................................................................... 184

3.2.5. Medio Oriente ....................................................................................................... 186

3.2.6. Asia y Pacfico ....................................................................................................... 188

CAPTULO 4: POTENCIAL EN MXICO ................................................................................ 193

4.1. SITUACION ACTUAL Y PERSPECTIVAS ................................................................ 193

Conclusiones ................................................................................................................................. 199

Referencias .................................................................................................................................... 201

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Introduccin

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INTRODUCCINI.1. Por qu buscar incorporar reservas de recursos no convencionalesM. King Hubbert cre y uso en un modelo matemtico que presento en 1956 parala API el cual predice el nivel de extraccin del petrleo a lo largo del tiempo.Segn su teora, la extraccin de un pozo cualquiera sigue una curva gaussiana conun mximo, cenit de produccin, en su centro. Llegados a ese punto cada barril depetrleo se hace, progresivamente, ms caro de extraer hasta que la produccindeja de ser rentable al necesitarse gastar ms cantidad de crudo, que el que seobtiene de extraerlo, es decir cuando se necesita consumir el equivalente a un barrilde petrleo, o ms para obtener ese mismo barril de crudo del subsuelo. Observtambin que, si la curva de produccin de un pozo segua esa simple funcingaussiana, la curva de produccin de pases enteros y, por extensin, la curvamundial seguiran patrones similares. Aunque Hubbert no tomo en cuenta losincrementos de reservas debido a las nuevas tecnologas de recuperacin,descubrimientos y la incorporacin de recursos no convencionales, es cierto quelos hidrocarburos son un recurso finito, por lo que un descontrolado declive de lasreservas tendra profundos efectos adversos en la economa mundial.

Es sabido que la necesidad de incorporar reservas de hidrocarburos incrementa demanera directa a la demanda de los mismos, hoy da la demanda se acerca a sermayor que la oferta, durante las ltimas dcadas dicha situacin a incentivado a labsqueda de alternativas energticas (recursos renovables) y la incorporacin dereservas de hidrocarburos a travs de recursos no convencionales como: coalbedgas (gas asociado a depsitos de carbn), tight gas (yacimientos de gas de bajapermeabilidad o arenas comprimidas), shale gas/oil (gas de lutitas o lutitasgasiferas/aceite de lutitas), hidratos de metano y arenas bituminosas. Dichosrecursos se hallaban en la situacin de insuficiencia tecnolgica para su

explotacin, pero la razn principal razn de que no se utilizaran era laimposibilidad de explotar de manera comercial dichos recursos. Hoy da estosrecursos se encuentran en una etapa de transicin en la que se estn volviendoparte de las futuras reservas de hidrocarburos. Esto se debe a las mejorastecnolgicas y al incremento de los precios de los hidrocarburos. El nfasis en losrecursos no convencionales se ha hecho patente en los cambios en materia de

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poltica energtica de distintos pases y empresas petroleras, los cuales hanincrementado las inversiones para la investigacin y el desarrollo de este tipo derecursos, ante todo en pases que han llegado a su pico de produccin y en pasescon potencial de recursos no convencionales que no cuentan con hidrocarburos

convencionales propios pero debido a su desarrollo econmico son altamentedependientes de los mismos.

Dicho lo anterior, es posible concluir que la incorporacin de reservas a partir derecursos no convencionales es una apremiante necesidad actual. Dicho trabajopretende dar a conocer lo que es el shale gas, que implica su explotacin, lassoluciones que actualmente se usan para explotarlo, ejemplos de la explotacin deeste recurso y los potenciales mundiales incluyendo a nuestro pas. Sin duda hoy enda el shale gas (o lutitas gasferas) se est posicionando como uno de los ms

importantes recursos no convencionales.

I.2. Por qu se ve al shale gas como potencial fuente de energaLas lutitas son rocas generadoras a travs de las cuales se ha producido grancantidad de aceite y gas por medio de yacimientos convencionales. En la mayorade los casos, los hidrocarburos generados en las lutitas, son expelidos, migrados yatrapados en yacimientos convencionales de areniscas o carbonatos. Sin embargo,

en algunos otros casos, cuando se dan las condiciones geolgicas propicias, loshidrocarburos generadospor la arcilla son atrapadosin situ y la formacin delutita se vuelve unyacimiento autoabastecido.

Hoy en da, existe un graninters por los recursos de

hidrocarburos contenidosen las lutitas, debido a que

tienen alto potencial para laproduccin junto con bajasdeclinaciones por pozo ysobre todo por una mayor

Fig. 1. Grfica de la produccin (MMMCM/D) mostrando como la

produccin de gas cambia la tendencia (Newell, 2010).

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Introduccin

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recuperacin finalcomparada con otros tiposde yacimientos noconvencionales, por ejemplo

el Tight gas. Los plays shalegas muestra tres ventajasclaves relativas a los deTight gas: costos deexploracin moderados,desarrollos ms exitosos y

bajas tasas de declinacin dela produccin

comparativamente.

Por ejemplo en EU los yacimientos de lutitas potencialmente productores, cubrengrandes reas y constituan los mayores recursos de hidrocarburos noconvencionales conocidos en 2010. A lo largo de la dcada pasada la produccin deshale gas incremento ocho veces. En 2008 un reporte indicaba que las reservas degas natural incrementaron alrededor de 40% entre 2006 y 2008 debido a losavances en las tecnologas para shale gas. En muy poco tiempo, desde 2005, la

declinacin de gas en EU se ha revertido (Fig. 1), y dicho pas ha pasado delmercado de Tight gas y la importacin de gas, hacia un excedente de la produccinde gas (Sterne, 2009) con una estimacin actual de 12 TCM (423.7 TCF) en reservasde gas (Newel, 2010). El desarrollo de este recurso ha presentado un grancrecimiento para el gas no convencional en EU (Fig. 2).

Fuera de norte amrica, muchas naciones en Sudamrica, Europa, del norte y surda frica, Asia central y del sur, y Australia, estn convirtindose en reas de rpidodesarrollo de inters y de montos de inversin en la exploracin de arcillas. El

incremento del inters internacional se debe a la fuerte demanda, bajos costos deentrada, atractivos regmenes fiscales, ambientes regulatorios estables, la existenciade infraestructuras de tuberas, los esfuerzos para reducir las emisiones de carbn yla necesidad de seguridad energtica. Algunas de las mayores compaasoperadoras y NOCS han puesto inters en el desarrollo de este recurso enNorteamrica para desarrollar su propio potencial y adquirir experiencia. Gran

Fig. 2. Produccion de gas natural por recurso (MMMMCF),19902035. La perspectiva de gas no convencional en EUmuestra el crecimiento de la produccin de Shale gas con unmayor ritmo que los dems recursos no convencionales, como el

Tight gas y el coalbed methane (US EIA, 2010).

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parte de las empresas concentran sus esfuerzos en Europa (Dar, 2009). ActualmentePolonia y Hungra estn atrayendo actividades de exploracin y a un gran nmerode compaas. Las evaluaciones de reconocimiento tempranas tambin estnteniendo lugar en Argelia, India, China y Australia.

De acuerdo a informacin de la Energy Information Administration de EstadosUnidos, tendramos la siguiente lista de pases ms importantes de acuerdo a losrecursos de shale gas tcnicamente recuperables:

1. China, con 1275 billones de pies cbicos de shale gas.2. Estados Unidos, 862 de billones de pies cbicos.3. Argentina, 774 billones de pies cbicos.4. Mxico, 681 billones de pies cbicos.5.

Sudfrica, 485 billones de pies cbicos.6. Australia, 396 billones de pies cbicos.

7. Canad, 388 billones de pies cbicos.8. Libia, 290 billones de pies cbicos.9. Argelia, 231 billones de pies cbicos.10.Brasil, 226 billones de pies cbicos.

(http://www.eia.gov/analysis/studies/worldshalegas/)

En general, los yacimientos de gas no convencionales son complejos y con bajapermeabilidad de matriz que resulta en altas tasas de declinacin de la produccininicial y pequeas reas de drenaje por pozo, lo cual dificulta el aprovechamiento

Fig. 3. Espectro de los yacimientos de gas no convencional basndose en el contenido de materia orgnica

http://www.eia.gov/analysis/studies/worldshalegas/http://www.eia.gov/analysis/studies/worldshalegas/http://www.eia.gov/analysis/studies/worldshalegas/http://www.eia.gov/analysis/studies/worldshalegas/

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Introduccin

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de los recursos (Fig. 3). Eldesarrollo econmico delas lutitas requiere de ungran nmero de pozos

con espaciamientoscerrados entre s.

La viabilidad econmicade los hidrocarburos noconvencionales de lutitasdepende de los avancesen la tecnologa y mayoreficiencia operacionalesen la interpretacinssmica, perforacin,

caracterizacin y terminacin. La produccin comercial de lutitas dependegrandemente del contenido de gas o aceite, capacidad natural de almacenamiento yde entrega por parte de la roca. El desarrollo exitoso se centra en incrementar laexposicin de l yacimiento, es decir, conectar las fracturas naturales existentes y lasinducidas, mientras se reduce la influencia de la heterogeneidad, todo hecho a

travs de prcticas eficientes de perforacin, estimulacin y terminacin (Fig. 4).

El desarrollo moderno ha sido posible debido a los avances en tecnologasdesarrollados por la industria en EU e incentivados por el gobierno de ese pas apartir de la dcada de los 80. Inicialmente estas tecnologas se desarrollaronoriginalmente para lutitas con Tight gas y coalbed methane, de los cuales se fueronextrapolando progresivamente a formaciones de lutitas con muy bajapermeabilidad. El resurgimiento del inters por el shale gas en la ltima dcada haresultado en tecnologas avanzadas aplicadas a las lutitas as como software y flujos

de trabajo especficos para las lutitas, que sumadas a la experiencia que se hatenido en este campo permiten la viabilidad de la explotacin de este recurso.

I.3. Definicin de lutitasUna definicin estrictamente geolgica de arcilla es roca consolidada con ms del67% de materiales correspondientes al tamao de arcillas, los cuales soncompuestos laminados (Jackson, 1997), aproximadamente 50% de las rocas

Fig. 4. Produccinde la lutita deBarnett, la cual noresulto despegar

comercialmentehasta despus de2001, cuando losaltos precios decommodityhicieron posible laexperimentacincon tcnicasconjuntas deperforacinhorizontal yestimulacin(Wang and Gale,2009).

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sedimentarias estn clasificadas como lutitas. Las arcillas estn depositadas enambientes de baja energa donde las partculas de grano fino caen en suspensin.Estos sedimentos arcillosos que conforma a las lutitas se depositan principalmenteen ambientes sedimentarios marinos o de transicin, por ejemplo: las llanuras deinundacin, estuarios, lagunas, pantanos, segmentos distales en abanicos aluviales,deltas y abanicos submarinos; fondos de lagos y cuencas marinas. Las laminaciones(

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Introduccin

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que las lutitas con altocontenido orgnico puedanproducir hidrocarburos, debenser termalmente maduras, es

decir, debieron estar sujetas asuficiente presin ytemperatura, a travs desubsidencia continua y continuo

y creciente sepultamiento, parasometer a cracking trmico a lamateria orgnica. Las lutitas conalto TOC (contenido orgnico

total) (Fig. 5), pero que sontermalmente inmaduras, no son

capaces de producir, por ejemplo, la lutita de Silvan (Oklahoma), la formacinGreen River (Colorado y Utah). La mayora de las formaciones productivas sontermalmente maduras y producen gas hmedo o seco, pero en algunos casosproducen aceite (por ejemplo Bakken) junto con gas; a estas se le llama oil Shales.Las lutitas productoras de aceite son menos maduras termalmente que las queproducen gas seco y requieren de calentamiento adicional para poder producir. A

pesar de que existe mayor dificultad para la produccin del aceite de lutitas,existen grandes acumulaciones conocidas como el caso de las formaciones GreenRiver y la cuenca de vinta que contienen alrededor de 1.5 MMMMBPCE in situ(Dyni, 2006). Estas acumulaciones estn a la espera de nuevas tecnologas deexplotacin, como mtodos de conversin de hidrocarburos in situ.

El gas natural puede ser de origen termognico o biognico, los pozos en lutitaspueden producir un tipo de gas o el otro, o una mezcla de ambos. El gas derivadotermognicamente requiere de una roca almacn lo suficientemente gruesa y una

materia orgnica del tipo, la cantidad y la madurez adecuados. La materia orgnica(principalmente los lpidos de los tejidos animales, la materia vegetales o la ligninade las clulas de plantas) es transformada en kergeno. El posterior sepultamientoy calentamiento, transforman el kergeno en bitumen, luego en hidrocarburoslquidos y finalmente en gas termognico el cual empieza como gas hmedo yluego como gas seco (excepto el kergeno tipo III que pasa directamente a gas)

Fig. 5. Grafica que ilustra la variacin en la mineraloga dela lutita para un nmero de yacimientos productores.Mientras incrementa la reflectancia, la fragilidad decrece;mientras la fraccin de cuarzo incrementa, la fragilidadincrementa; y mientras la fraccin de carbonatosincrementa, la fragilidad es moderada (Rickman et al. 2008SPE 115258).

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(Fig. 6). El nivel de madurez termal, el cual es funcin de la temperatura, el tiempoy la profundidad, determina el potencial para producir hidrocarburos, as como eltipo de produccin.

El gas derivado biognicamente (como el de las lutitas de Antrim y NuevaAlbania), es gas generado por la biodegradacin de la materia orgnica por mediode microbios en reas con recarga de agua dulce y puede estar asociado a lamateria orgnica madura o inmadura. Grandes cantidades de agua relativamentedulce son tpicamente producidas junto con gas biognico, mientras que losvolmenes pequeos y ms salinos acompaan a la produccin de gas hmedotermognico (Walter et al. 2000).

La determinacin del TOC, la madurez termal y el anlisis de kergeno se usan

para predecir el potencial de la lutita para producir volmenes de hidrocarburoseconmicamente viables y medir los parmetros clave para la caracterizacin. Lacaracterizacin de las lutitas de grano fino requiere mayor nfasis en lamineraloga y la composicin geoqumica. El principal objetivo en los desarrollosde las lutitas es incrementar la desorcin del gas por medio de incrementar laexposicin de la lutita a travs de incrementar la exposicin de su superficie pormedio de pozos mltiples y el fracturamiento hidrulico.

La lutitas silceas, como las de la formacin Monterey de California, representan los

yacimientos mayores y menos desarrollados. Estas lutitas estn finamentelaminadas y con altas porosidades (> 30%), muy bajas permeabilidades (

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Introduccin

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presin y temperatura hacen posible la generacin de metano termognico(derivado del proceso de cocimiento de la materia orgnica). El hecho de que loshidrocarburos se hallen en medios de baja permeabilidad hace imposible laexplotacin a la manera de los yacimientos convencionales, sin embargo novedosas

tecnologas de fracturamiento de lutitas han hecho posible la explotacincomercial del shale gas.

Estos yacimientos carecen de los contactos de fluidos presentes en yacimientosconvencionales. Los yacimientos de lutitas exhiben significativas diferenciastexturales, composicionales y petrofsicas con respecto a los yacimientosconvencionales. Poseen alto nivel de heterogeneidad y gran contenido de materiaorgnica.

Los yacimientos de shale gaspresentan numerosos retospara el anlisis, los cuales noson un smil de losyacimientos convencionales.Un gran reto de estosyacimientos es la existenciade doble porosidad. De formasimilar a los yacimientoscarbonatados, los yacimientos

de shale gas cuentan con dosalmacenamientos principales,el de la matriz de la roca y elde las fracturas naturales. Sin

embargo dentro de la porosidad de matriz se dan otros tipos de almacenamiento(Fig. 7) relacionados con la estructura fsica de las lutitas, los minerales complejoalmacenamiento presentan numerosas complicaciones para el pronstico deproduccin y clculo de reservas (Tabla 1). Por otro lado las fracturas naturales,por lo general estn cerradas. La matriz tiene muy baja permeabilidad, por logeneral del orden de nanodarcys hace que las estimulaciones de los yacimientosconvencionales sean imposibles. Por lo tanto, casi todos los yacimientos de shalegas deben ser hidrulicamente estimulados (fracturados) para alcanzar unaproduccin rentable. Las fracturas hechas tienen por objetivo conectar y activar lasfracturas naturales que estn en la roca.

Fig. 6. Generacin termognica de aceite y gas (Jarvie, 2008).

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La relacin entre porosidad de matriz (la cual se subdivide en porosidadintergranular, interlaminar y microporos entre laminaciones y matera orgnica),fracturas naturales, fracturas hidrulicas y materia orgnica influye en laproduccin as como en la declinacin de la misma. Como resultado de lo anterior

se tienen altas producciones iniciales principalmente por la aportacin de lasfracturas, seguidas de ritmos de declinacin rpidos cuando se cambia a laproduccin del gas de la matriz (tpicamente declina entre el 65 y 75% de laproduccin en el primer ao), despus se tienen tasas de declinacin ms bajas yestables, que estn dominadas por el gas desorbido y la tasa de difusin. Lacantidad de gas libre producido por la matriz y el gas desorbido es una complejafuncin de las propiedades de la lutita, y puede variar significativamente. Laexpectativa de vida de un pozo de gas de lutitas ronda los 30 aos.

Otra diferencia importante entre los yacimientos convencionales y los de shale gas

es la adsorcin del gas (Fig. 8). La adsorcin del gas es el efecto por el cual unaparte de las molculas de gas se quedan adheridas a la superficie de los granos de laroca. El gas adsorbido no puede ser producido por lo cual, dependiendo de lasituacin, este gas puede representar una importante fraccin del gas total in situ,teniendo efectos dramticos en la produccin. La adsorcin se ve afectada por lanaturaleza del solido adsorbente, la temperatura y la tasa de difusin del gas.Actualmente la nica forma para determinar con precisin la cantidad de gas

Tabla 1. Mecanismos de almacenamiento y flujo de hidrocarburos en lutitasAlmacenamiento Descripcinporosidad de la matriz de la arcilla con flujodarciano controlado por kh espacio intergranular en la matriz de arcillaporosidad secundaria o de fractura fracturas naturales o vugulares que pueden estar o noconectadasmicroporosidad con flujo darciano y pordesorcin estructuras de poro de 1-200 micrmetros en los granosminerales y materia orgnicaporosidad por laminacin delgada con flujodarciano controlado por kh porosidad intergranular convencional contenida en capas dearenas, limos o dolomita en una unidad productora en lutitas,esta es medida con registros convencionalesporosidad por laminacin ultradelgada conflujo darciano controlado por kh parecida a la porosidad convencional pero con estructuras quevan de 1-200 micrmetros o menos y no es medible conregistros convencionalesflujo por adsorcin/desorcin controladopor presin de Langmuir cantidad de gas adsorbido en los materiales orgnicos yarcillosos usualmente constituye el 50% o menos en lutitascon altas tasas de produccin de gas

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adsorbido es a travs de del anlisis de ncleos. Este gas usualmente se reporta enscf/ ton de roca o scf/ft3 de roca.

Debido a los cambios ocurridos durante la depositacin, las lutitas productivas

comnmente estn comprendidas de capas delgadas o laminas que pueden tenerdiferentes litologas o mineralogas. Esto las hace altamente variables, oheterogneas y las propiedades petrofsicas, geoqumicas, geomecnicas y deingeniera de los yacimientos de shale gas pueden variar abruptamente de formavertical y lateral. Esta variabilidad frecuentemente resulta en cambios localizadosen la fragilidad y permeabilidad, lo cual se traduce a nivel macro como diferenciasen las tasas de produccin entre pozos adyacentes. Las variaciones en la distribucingeogrfica de la madurez termal (debido a las diferencias entre historia geolgica)puede resultar en aceite, gas hmedo y gas seco producidos por la misma

formacin como sucede en Bakken, Eagle Ford y Marcellus. Los atributos que msimpactan en la productividad, es decir la permeabilidad y la heterogeneidad, hacennecesario el uso de tcnicas de caracterizacin, perforacin y terminacinespecializadas para permitir la produccin y desarrollo exitosos de los plays.Basndose en los litotipos y mecanismos de produccin, las formaciones de lutitasproductivas pueden ser ubicadas en cuatro tipos (ver Tabla 2).

Fig. 8. Grafica que muestra le incremento en el gas adsorbido junto con el del TOC en la lutita de Barnett

(Wang and Reed, 2009).

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Los retos tambin se presentan en el desarrollo de los campos de shale gas. Losavances en las reas de perforacin horizontal, tubera flexible, operaciones dedisparos e hidrulico y pozos multilaterales, han sido muy tiles para la explotacinde este recurso. No existe una solucin nica para el desarrollo de este tipo deyacimientos, por lo que las empresas ofrecen los conjuntos de soluciones yherramientas que ms se adecuan a un cierto yacimiento de shale gas.

El flujo de fluidos en yacimientos de Shale Gas se puede analizar a travs desimulaciones numricas para conocer las respuestas de la presin y la distribucin

y la saturacin, al igual que para yacimientos convencionales. Dado que se tienepermeabilidades de matriz extremadamente bajas, el flujo en este tipo deyacimientos sucede a travs de redes de fracturas naturales interconectadas. Lamatriz provee el almacenamiento del gas y las fracturas son los principalesconductos de flujo. Un modelo apropiado de la orientacin, distribucin yconectividad de las fracturas naturales es crtico para la estimulacin y previsin(Cipolla et al. 2009; Olson 2008). En particular, el entendimiento de la interaccinentre las fracturas hidrulicas inducidas y las fracturas naturales existentes esimportante para el desarrollo y la explotacin de estos yacimientos. La planeacinde una estrategia de desarrollo de campos efectiva requiere de la estimacin de lacapacidad de drenaje de los pozos actuales y la optimizacin de la localizacin depozos para minimizar la superposicin de volmenes de drenaje en los pozosexistentes. Las curvas de declinacin de la produccin han sido ampliamenteusadas para computar los volmenes de drenaje y estimar las recuperacionesfinales. Uno de los ms comunes y efectivos caminos para desarrollar y explotar

Tabla 2. Clasificacin de los yacimientos en lutitasClasificacin Descripcin Mecanismo de produccin YacimientosanlogosTipo 1 mudstone fracturada con

contenido orgnico y altocontenido de carbono

mezcla 50/50 de produccin porfractura/microporosidad y desorcin

Barnett,Woodford,CaneyTipo 2 grupos de lminas delgadas

de arena embebidas en lutitasricas en contenido orgnico

principal produccin de la matriz, a travs

de las arenas

Lewis

Tipo 3 lutitas negras ricas encontenido orgnico

produccin principal a travs de desorcin Antrim,Marcellus,EasternDevonianShalesTipo 4 combinacin de los tipos

anterioresproduccin principal a travs de desorcin,matriz y fracturas

Monterey,Forbes,Niobrara

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Introduccin

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yacimientos no convencionales, es a travs de pozos horizontales conFracturamientos masivos. De hecho, las mejoras en tecnologas de fracturamientohidrulico y terminacin han sido el elemento principal en la recuperacin de gasen estos yacimientos. El fracturamiento hidrulico con apuntalante y agua no slo

crea una gran conductividad hidrulica primaria en las fracturas, sino que tambinestimula y reabre fracturas naturales en la vecindad de las fracturas hidrulicas.Esto generar una compleja red de fracturas o volumen de yacimiento estimulado(SRV) circundando cada etapa de las fracturas hidrulicas primarias. El crecimientoy patrn final del SRV, el cual depende de las propiedades de la roca y de lafractura es tpicamente complejo e impredecible. El mapeo microssmico ha sidoampliamente usado para medir la geometra y localizacin de complejos sistemasde fractura (Fisher et al. 2002; Mayerhofer et al 2010), esto no provee informacin

de la penetracin dentro de la conductividad de la red de fractura o la efectividaddel volumen/rea de drenaje de la regin estimulada. Esto es debido a la falta deinformacin suficiente para localizar la distribucin del apuntalante y ladistribucin de la conductividad en la red de fracturas. Recientemente, el uso dedatos de tazas de presin normalizadas ha sido propuesto para estimar el SRV queactualmente contribuye al flujo.

I.6. Qu constituye un play de shale gasCon el objetivo de que una lutita se convierta en un yacimiento productivo, debeser capaz de generar hidrocarburos y tener la suficiente porosidad y permeabilidadpara el almacenamiento y flujo de hidrocarburos. Los requerimientosfundamentales para la produccin en lutita se muestran en la Fig. 9 y se discutenen la tabla 3, donde se plantea los criterios mnimos para que una lutita seaproductiva.

Fig. 9. Parmetros fsicos que definen laviabilidad econmica de un play de

shale gas.

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I.7. Viabilidad econmicaLa primera produccin comercial de gas en este tipo de yacimientos se dio enEstados Unidos en 1821, en las arcillas del devoniano en la cuenca de losApalaches; se comenz en 1926 una produccin significativa de gas en la cuenca delos Apalaches (ms especficamente en las arcilla de Ohio). Desde entonces se hanproducido ms de 3 Tcf de gas de lutitas (Milici, 1993). Antes de 1998, el 90 % de laproduccin de shale gas, vena de las arcillas de Ohio. La produccin se establecien la lutita de Nueva Albania (cuenca de Illinois) en 1858, y en la lutita de Antrim(cuenca de Michigan) en 1926. A mediados de 1980, los incentivos en los impuestosrealizados por el gobierno de EU incentivo la exploracin y la explotacinelemental de yacimientos de gas no convencionales, resultando que a partir del

2000 se ha dado un amplio desarrollo y produccin de yacimientos de Antrim,Bakken, Barnett y Lewis. Los estudios conducidos por los servicios geolgicosestatales y federales en los pasados 15 aos han un gran potencial en las lutitasnegras de la cuenca de los Apalaches y otras cuencas de EU (Fig. 10).

Los factores que permitieron hidrocarburos en lutitas tomar un papel significativoen EU, fue la combinacin de ventas en costos y la necesidad del uso decombustibles ms limpios. En el desarrollo de las lutitas, un pozo seco es algo muy

indeseable y el mayor riesgo financiero presente es la posibilidad de no obtenerproducciones econmicamente viables. Hasta hace poco diversos factores inhibanla produccin de shale gas a gran escala: la dificultad de perforacin, la rpidadeclinacin que requiere de tratamientos de remediacin cada 4 o 5 aos y lo msimportante, es el bajo precio del gas. Las predicciones del precio del gas a largoplazo, han renovado el inters por la exploracin de formaciones de lutitas. El xitoen el play de Barnett en la cuenca de Fort Worth en Texas ha sido posible a travs

Tabla 3. Caractersticas mnimas necesarias para la produccin econmica de un play de arcillaLitologa y fbrica dela roca una combinacin que mejore la producibilidad del gasGrosor de la zona >100 ft (30.5 m)Contenido de arcilla moderado (3%Madurez termal en la ventana de gas Ro esta entre 1.1 y 1.4Contenido dehidrogeno BajoContenido de gas > 100 scf/ton

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de avances tecnolgicos como: perforacinhorizontal efectiva en costos, posicionamiento depozo (geonavegacin) y tecnologas defracturamiento hidrulico multietapa yoptimizacin del fracturamiento a travs demapeo microssmico. El conjunto anterior hademostrado el gran potencial que se puedeobtener del shale gas. Estas tecnologas tambinse han enfocado en cumplir con requerimientospara minimizar el impacto ambiental, como es elcaso de los equipos de perforacin multipozo, eltratamiento de fluidos y el uso de aditivos parafluidos de perforacin y terminacin menostxicos (GWPC, 2009).

La lutita de Barnett es primer gran play de shalegas moderno en EU, lo cual se debe en granmedida a la persistencia de George Mitchell, deMitchell Energy (ahora Devon Energy). Dichoplay tuvo una curva de aprendizaje de alrededorde 20 aos desde el descubrimiento, hasta eldesarrollo a gran escala. Durante este periodo,nuevas tecnologas, tcnicas (la ms importantefue la combinacin de pozos horizontales

mltiples junto con fracturamiento hidrulicomasivo) y mejores prcticas se desarrollaron parasuperar los retos de explotacin. Basndose en lasexperiencias, la curva de aprendizaje se redujodrsticamente, de dcadas a unos pocos aos, yahora en Eagle Ford en unos cuantos meses (Fig.10).

Este xito ha incentivado a muchas compaas operadoras y de servicios alrededor

del mundo han invertir capital y generar tecnologa para la explotacin de estosrecursos; el resultado ha sido una importante inversin en la identificacin derecursos prospectivos de shale gas y la generacin continua de tecnologasasumiendo que los precios del gas se mantendrn favorables. De modo que a futuroya se proyecta una substitucin de una importante parte de la produccin de gasconvencional por la produccin de shale gas.

Fig. 10. Reduccin de la curva de

aprendizaje en plays de lutitas

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I.8. Retos en el desarrollo de plays de shale gasLos retos tcnicos y de impacto ambiental se pueden resumir bsicamente en:

Entendimiento de la geologa y el yacimiento desde las perspectivas macro ymicro

Maximizacin de la produccin a travs del pozo y el ciclo de vida delyacimiento

Empleo de eficiencias operacionales a travs del proceso Uso de la tecnologa para hacer econmico el proyecto Soluciones ambientales Capacidad Logstica Experiencia

I.8.1. Geologa de los yacimientos de shale gasLa evaluacin inicial de yacimientos y la evaluacin cuantitativa y cualitativa delmismo, se vuelve necesaria para proveer un punto de partida en el cual los datos depozos subsecuentes puede ser un punto de referencia. Los datos geolgicosrepresentan el fundamento de la evaluacin de la Lutita, son usados para tomardecisiones informadas en los pozos piloto exploratorios en etapas de desarrollo, y

tambin para facilitar la planeacin de la perforacin a futuro. En las fases inicialesde un nuevo play en lutitas gasferas se requiere un tiempo considerable paradescribir (caracterizar) cualitativa y cuantitativamente al mismo. Un completo yprofundo entendimiento de la geologa sirve como base en el desarrollo de este tipode campos.Los datos geolgicos son usados para definir la fuente, identificar el potencialproductivo de los objetivos, disear todas las fases del programa de construccin depozos, programa de perforacin, el diseo de la terminacin, los mtodos deestimulacin y el fracturamiento hidrulico. La geologa tambin influye en laproduccin. Los atributos y propiedades geolgicos son generalmente usados enmltiples flujos de trabajo necesarios para reconocer los mltiples retos en eldesarrollo de campos de Shale Gas.

En anlisis geolgico igualmente sirve para conocer las propiedades hidrulicas dela roca, como la permeabilidad y porosidad, las cuales reflejan la habilidad paramantener y transmitir fluidos como agua y gas natural. La arcilla tiene un tamao

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pequeo de partcula, por lotanto, los espacios intersticialesson muy pequeos. De hecho,estos son tan pequeos que elgas natural y el agua presentanseveras dificultades paramoverse a travs de la roca. Lasarcillas, por lo tanto, sirven comouna capa de roca que atrapa demanera natural al gas que definelos lmites de flujo de fluidos.

Es por medio del entendimientode la geologa, que es posible

ubicar las zonas objetivo pormedio de la concurrencia deparmetros favorables comoporosidad, espesor,

permeabilidad, mineraloga, fragilidad, fracturamiento natural, madurez termal ycontenido de gas.

Los parmetros ms crticos para determinar si la lutita es capaz de producir son elespesor mnimo, el contenido de gas (que es a su vez funcin de la madurez termaly la riqueza orgnica) y la fragilidad (potencial de fracturamiento (Fig. 11) (Wang yGale, 2009). La produccin comercial de las lutitas depende del gran contenido degas, la capacidad natural de almacenamiento y la capacidad de la roca parapermitir el flujo. La cantidad de gas producido por desorcin est directamenterelacionada con la superficie expuesta del yacimiento. Consecuentemente, existendos factores crticos en el desarrollo de las arcillas: 1) alcanzar la mximaexposicin del yacimiento a travs de pozos horizontales y 2) fracturamientohidrulico para crear una red de fractura lo suficientemente larga para producircanales de permeabilidad que mejoren el flujo.

Mientras que diferentes formaciones de lutitas comparten distintas caractersticasgenerales, existe una amplia variabilidad en su profundidad (Fig. 12), geologa,geomecnica, petrofsica y caractersticas de ingeniera. Esto queda ilustrado en laTabla 4, la cual muestra los atributos clave y propiedades de distintos activos delutita en EU, en el cual se nota un amplio rango de variacin de las propiedadesmencionadas.

Fig. 11. Relacin entre madurez, fragilidad y flujo de gas.Los gastos de flujo de gas incrementan cuando

incrementa la madurez, la RGA y la fractura (Jarvie et al.2007)

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Incluso dentro de la mismalutita puede haber granvariabilidad (heterogeneidad) deforma vertical y horizontal, loque resulta patente en pozos dealto desempeo a lado de otrosde bajo desempeo. Para losfines del desarrollo de losyacimientos de lutitas es msimportante definir lasdiferencias entre arcillas que sussimilitudes.

El gran xito de la lutita de Barnett ha generado un modelo de desarrollo que estbasado en lecciones aprendidas y el desarrollo de mejores prcticas para eldesarrollo econmico de las reservas de hidrocarburos en formaciones de lutitas.Algunos operadores simplemente han aplicado el modelo de Barnett a otros plays,sin embargo un concepto crtico y esencial en el desarrollo de las lutitas es que noexisten dos arcillas exactamente iguales y el xito en un play de arcilla no garantizael que el mismo enfoque resultara en xito para otro play. Cada yacimiento delutita requiere un set nico de mtodos y estrategias para la caracterizacin,perforacin, terminacin y la produccin. La eleccin incorrecta puede revertir la

rentabilidad del proyecto. Lo anterior es la razn por la que se debe contar con unconocimiento especfico de cada yacimiento de lutitas. Es crtico tambin elmantener los costos de desarrollo bajo control a travs de la optimizacin de laproduccin y la recuperacin final estimada (EUR) a lo largo de la vida del pozo ydel yacimiento.

I.8.2. Maximizacin de la produccinEl primer enfoque en el desarrollo de lutitas es determinar cmo optimizar laterminacin y continuamente mantener la produccin optima a travs de la vidadel pozo y del yacimiento. Los datos adquiridos durante la perforacin, elposicionamiento de pozos y las fases de la caracterizacin, son interpretados y losresultados son usados para maximizar la exposicin del yacimiento en la zonaobjetivo. Los datos son usados para optimizar la terminacin y el diseo de lostratamientos de fractura; a su vez el tratamiento es monitoreado a travs de mapeomicrossmico en tiempo real para permitir cambios rpidos que beneficiaran a las

Fig. 12. Rango de profundidad de los mayores plays de shale

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siguientes etapas de fractura para ayudar a maximizar la produccin. Las tasas deproduccin son comparadas con los valores predichos y el monitoreo de laproduccin se usan para verificar que la terminacin est funcionandocorrectamente. El uso de bucles de retroalimentacin permite una optimizacincontinua a travs de la vida del pozo.

I.8.3. Empleo de eficiencias operacionales a travs de los procesosLos plays de gas no convencional con muy baja permeabilidad, como el Shale yTight gas tienen mucho menos mrgenes y sustentabilidad y requieren que eloperador balancee los costos y la tecnologa. La economa de los yacimientos delutitas requiere continuos esfuerzos para mejorar las eficiencias en la perforacin laterminacin y las operaciones de fractura, mientras se reduce el tiempo de no

produccin (NPT). Los equipos de perforacin multipozo junto con nuevastecnologas en las barrenas, fluidos de perforacin, herramientas de cable y LWDas como de telemetra, han permitido reducir drsticamente los tiempos deperforacin de pozos. Por ejemplo en el play de Marcellus, el tiempo de perforacinfue reducido de periodos de 1830 das a periodos de 48 das. En Haynesville, eluso de equipos de bombeo y registros para condiciones de alta presin y altatemperatura (HPHT), reduce las fallas de equipo y por lo tanto el NPT asociado, asse consigue mejorar la eficiencia de construccin de pozos. El uso de cementosespecializados, mangas mecnicas deslizables, tapones perforables, mtodos deubicacin de puntos de estimulacin, bombas que pueden trabajar de manera

continua por largos periodos con altos gastos y una operacin tipo fabrica hanhecho ms eficientes las operaciones (Fig. 13).

Fig. 13. Atributosprincipales de los playsde shale gas: madurez(%Ro), grosor, % gasadsorbido, gas in situ yTOC, con rangos de1 a5 en una escala

normalizada.

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I.8.4. CapacidadEn el desarrollo de los plays de lutitas exige una gran demanda de equipos deregistros, perforacin, terminacin, fracturamiento, abastecimiento y personal enlas reas requeridas. Sin embargo uno de los grandes retos que enfrenta eldesarrollo de lutitas la infraestructura de recoleccin, proceso, almacenamiento yentregas de gas al mercado. Esto constituye un rea que puede causar retrasossignificativos en el desarrollo de las lutitas.

I.8.5. LogsticaUno de los aspectos mas importantes en las operaciones de desarrollo es la entregaoportuna de materiales necesarios es decir grandes cantidades de apuntalante parael fracturamiento; abastecimiento de agua para las operaciones de perforacin y

fracturamiento. Por esta razn es necesario que los mtodos de logstica (oplaneacin) estn funcionando antes de que se lleve a cabo el desarrollo a granescala.

I.8.6. ExperienciaLos desarrollos de shale gas son altamente dependientes de la tecnologa, pero latecnologa es tan buena como los ingenieros, cientficos y especialistas que realizanlos estudios, las metodologas, las operaciones y las herramientas para el desarrollo

de estos recursos, as como la acumulacin de experiencia en la explotacin de esterecurso. Dos buenos indicadores, aunque no definitivos son: el nmero de patentesque tiene cada empresa dedicada a la explotacin del recurso, as como unapuntuacin del esfuerzo de investigacin, basado en los montos de inversin para eldesarrollo de tecnologa en el rea. A este respecto el peridico Wall Street pblicoun Rankin de las empresas lderes en desarrollos tecnolgicos para Shale gasbasado en los aspectos mencionados (Fig. 14).

Fig. 14. Tabla depuntuacin de cada

empresa por nmero depatentes e inversin eninvestigacin en el campode shale gas, por The WallStreet Journal en Junio de

2010

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Captulo 1: Soluciones holsticas

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CAPTULO 1: SOLUCIONES HOLSTICAS1.1.Aspectos crticos de los desarrollos de lutitas gasferas

Un desarrollo exitoso tiene que ver con la cuidadosa seleccin de lastecnologas apropiadas necesarias para dirigir las necesidades crticas la rocapara producir:

Las condiciones geolgicas apropiadas son centrales en el desarrollo. Laperforacin la terminacin y la produccin dependen de estas.

Cada play de shale gas es nico. La perforacin y diseo de la terminacinevolucionaran a lo largo de la vida del activo.

Las arcillas son heterogneas. La calidad del yacimiento y la produccinvariaran aun entre yacimientos muy cercanos.

El almacenamiento de hidrocarburos y los mecanismos de produccin aunno estn bien entendidos. Esto complica la estrategia de terminacin y laparte econmica. La fragilidad y contenido de arcilla son los componentesque ms afectan a la productividad.

Es necesaria una evaluacin inicial cuantitativa de la calidad del yacimiento.Esta evaluacin permite hacer una comparacin de los subsecuentes datosde pozo para permitir la toma de decisiones con base en informacindurante el descubrimiento y las etapas de desarrollo a lo largo de la vida del

proyecto. La viabilidad econmica debe ser evaluada con base en la productividad a la

par que las reservas. Las decisiones con la productividad en mira y laviabilidad econmica deben estar basadas en flujos de trabajo queevaluacin de formaciones, simulacin, datos y resultados de produccin.

La perforacin debe maximizar el contacto del fondo del pozo con elobjetivo con un mnimo tiempo de no produccin.

En la totalidad del diseo debe estar presente una estrategia de terminacinque contemple condiciones futuras del yacimiento y la produccin, ya que

esto ser critico durante la etapa de declinacin. Los factores de desarrollo crticos deben de ser analizados como un sistema.

El xito alcanzado en cualquier aspecto individual del desarrollo nosignifica el xito de en el activo.

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La integracin de datos que son componentes de las eficiencias del sistema.Un enfoque holstico del desarrollo de los campos de lutitas, reduce loscostos y mejora el aprovechamiento.

Los puntos mencionados deben aparecer y dirigir flujos de trabajo necesarios en laevaluacin y desarrollo de los plays. Estos flujos de trabajo incluyen datos de lacaracterizacin, la perforacin, terminacin y diseo de la terminacin, de larevaluacin por medio del monitoreo de la produccin post-fractura yoptimizacin a travs de flujos de trabajo individuales y a lo largo de todo elsistema (Fig. 1). Cada flujo de trabajo consiste en tareas individuales y solucionesconjuntas.

Los detalles sobre las tareas individuales se enuncian en la tabla siguiente (Tabla

1). Los flujos de trabajo deben ser optimizados individualmente y posteriormentecomo una unidad integrada en una solucin holstica, es decir integral, en lugar deuna serie de operaciones discretas. Esto permite que cada miembro de los equipostomen decisiones con un conocimiento completo y pueden saber cmo repercutensus decisiones a los objetivos.

Fig. 1. Ejemplo de enfoque Holstico para activosde shale gas

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Tabla 1. Retos presentes en yacimientos de shale gasReto dentro del flujo de trabajo FinalidadEvaluacinReconocimiento de la cuenca Interpretacin ssmica

Mapeo geolgico

Integracin de flujos de trabajo Modeladoplaneacin del campo

Geologa Propiedades petrofsicasMineraloga

Propiedades geoqumicas

Propiedades geomecnicas

Registros

PerforacinConstruccin de pozos Como y donde Perforar

Geometra de pozoadministracin del pozo

administracin de los recortes

Localizacin de la zona objetivo GeonavegacinDatos de telemetra en tiempo realTerminacinEstrategia de terminacin Tipo de terminacinIntegridad de pozo Cementacin

Asentamiento de casingIntegridad del casing y lacementacin

ProduccinOptimizacin y planeacin de laestimulacin Planeacin de la estimulacin

Mtodo de fracturamiento

Seleccin de fluidos fracturantes

Mejoramiento de la conductividad

Optimizacin de la produccin Monitoreo de las fracturasAnlisis de produccin e histrico deproduccin

Monitoreo de la produccin

Remediacin de pozos yrefracturamiento

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Un aspecto clave de las soluciones holsticas es que los datos actuales se estnretroalimentando lo cual permite un proceso continuo de optimizacin. Unasolucin holstica acelera la curva de aprendizaje por medio de la reduccin deriesgos de perforacin y terminacin, reduciendo el nmero de pozos de baja

productividad e incrementando la eficiencia operativa. Lo anterior favorece a lasinergia dentro del proyecto.

El enfoque holstico provee un plan flexible y unificado que permite solucionar dosasuntos fundamentales en cualquier play petrolero pero especialmente til enshale gas. Primero, determinar si hay mercado para el tipo de recurso que seproducir; segundo, la geologa y la caracterizacin adecuada de los yacimientos, loimpacta considerablemente en el xito de las operaciones para el desarrollo decampos (Tabla 2).

Tabla 2. Factores que influyen en la estrategia de desarrolloGeolgico identificacin de riesgo geolgico, fallas,karsticidadGeoqumico variacin de litologa, mineraloga,madurez termal (tipo de hidrocarburo)Geomecnico interaccin de esfuerzos (tectnica, fallaso produccin)Petrofsico cambios en la porosidad, permeabilidad,saturacin, presin de fondo

Logstico disponibilidad de fluidos, equipo paraapuntalante, recursos humanosEconmico costos de pozo, precios de fluidosproducidos, VPN, TIRMedioambiental regulaciones del estado y locales,sustentabilidad de los recursos, seguridad

1.2.GeologaLa evaluacin inicial del yacimiento y valoracin de la calidad del mismo es lo queproporciona una lnea base para referencia de los pozos subsecuentes. Los datos

geolgicos representan el fundamento de un activo de shale gas; estos datos sonutilizados para tomar decisiones para la perforacin de los pozospiloto/exploratorios y para las etapas de desarrollo, con lo que se facilita laplaneacin de la perforacin futura. Las fases iniciales del desarrollo de un play deshale gas consumen de manera considerable tiempo y dinero para caracterizar alyacimiento. Los datos geolgicos se usan para definir el almacn, identificar los

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objetivos potencialmente productivos, disear todas las fases del programa deconstruccin de pozos, el programa de perforacin, el diseo de la terminacin y elmtodo de estimulacin y tratamiento de fractura. La geologa tambin influye enla produccin. Los atributos y propiedades geolgicas son generalmente usados en

mltiples flujos de trabajo necesarios para dar solucin a los retos que presenta eldesarrollo de las lutitas gasferas (Tabla 3).

Tabla 3. Geologa, datos usados dentro de los flujos de trabajoCategora Atributos o propiedades Aplicacin (Retos)Geofsica Velocidad ssmica (3D,

VSP, verificacin de losdisparos)Geologa Litologa y mineraloga Perforacin: seleccin de la barrena, mtodo de

perforacin, tasa de penetracin

Espesor, presencia debarreras de fracturaadyacentes

Produccin - estimulacin, sitios de inicio defracturamiento

Fluido, seleccin de apuntalante, parmetros detratamiento

Petrofsica Porosidad, Permeabilidad,Saturacin de fluidos

Optimizacin de la produccin: reservas,recuperacin final

Densidad bulk GIP

Contenido de arcillas Perforacin: estabilidad del agujero

Terminacin para la produccin

PerforacionesPerforacin y fluidos de terminacin

Velocidad acstica(anlisis de anisotropa)

Perforacin: posicionamiento de pozos(orientacin del agujero)

Terminacin : identificacin de los intervalosfracturados

Produccin (estimulacin): seleccin del mtodoapropiado

Rayos gamma, Densidad,respuestas de Resistividad

Perforacin : posicionamiento de pozo(geonavegacin)

Registros de imagen Terminacin: identificacin de los intervalos defractura

Geoqumica Carbn orgnico total(TOC), tipo de kergeno,reflectancia de la vitrinita(Madurez Termal)

Perforacin: posicionamiento de pozos(orientacin del agujero), fluido de perforacin

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Produccin (estimulacin): seleccin de sitios deinicio de fracturamiento

Isotermas de gas,constante de desorcin,contenido dehidrocarburos (scf/ton,bbl/ton, GIP)

Produccin: Recuperacin final

Optimizacin de la produccin: modelado,estimacin de las reservas

Compatibilidad defluidos i.e., sensibilidaddel agua y solubilidad delcido

Perforacin: seleccin de fluidos

Produccin (estimulacin): seleccin de fluidos

Geomecnica Relacin de Poisson,mdulo de Young(fragilidad)

Produccin (estimulacin): sitios de inicio delfracturamiento, barrenas a usar

Dureza de Brinnell Produccin (estimulacin): seleccin delapuntalante

Resistencia de la roca Perforacin: seleccin de la barrena, tasa depenetracin de la barrena, estabilidad del pozo

produccin (estimulacin): seleccin del tipo deapuntalante

Presin de cierre Estimulacin: seleccin del apuntalante

Anisotropa de losesfuerzos (esfuerzos-orientacin de campo)

Perforacin: estabilidad del pozo, orientacin depozo

Produccin (estimulacin): diseo defracturamiento

Datos de pozos Historial de perforacin,registros de lodo

Perforacin: seleccin de barrena, fluido y tasade penetracin

Reportes de presin Perforacin y terminacin: estabilidad del pozo

Historia de produccin Produccin (estimulacin): diseo de

fracturamiento, seleccin de apuntalante, calidadactual de hidrocarburos y calidad de laproduccin

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1.3. Caracterizacin de la formacin

La exploracin y caracterizacin de yacimientos de Shale gas no ha sidoampliamente llevada a cabo fuera de Norteamrica, en teora, cualquier buena rocageneradora puede servir como play. Sin embargo, ningn play de shale gas esexactamente igual por lo que se requiere de combinaciones de tecnologas a lamedida para cada play, lo cual hace imprescindible una buena caracterizacin.

Los yacimientos de shale gas deben ser caracterizados tomando en cuenta el altonivel de heterogeneidad, los mecanismos de almacenamiento y los atributos quegobiernan la productividad. Los avances en la comprensin de las complejidades en

los ltimos veinte aos han trado sustanciales mejoras en el rea de perforacin,terminacin y tecnologas de produccin; el resultado ha sido la obtencin demayores tasas de produccin, as como mejores estimaciones de reservas y recursos,y por ende la optimizacin econmica de estos plays.

Estos yacimientos, a menudo muestran una continuidad estratigrfica y unaconfiguracin estructural relativamente simple, pero localmente, sonextremadamente heterogneos. La actividad de exploracin en este tipo de

proyectos difiere fuertemente de aquellos que son convencionales. Estos requierenen general:

Un uso completo de la geologa. Integracin de los datos para comprender la heterogeneidad. Una integracin y flujo de trabajo paralelo con los ingenieros desde el inicio

de la evaluacin.

Una cultura de intercambio de informacin.Para las compaas petroleras, la posibilidad de explorar y desarrollar plays deshale gas en reas donde la actividad convencional es una buena oportunidad,permitiendo sinergia y optimizacin de operaciones e infraestructuras.Desafortunadamente, incluso en reas maduras y bien conocidas, en las cuales setienen lutitas, solo se les ha visto como roca generadora, y por lo tanto los estudios

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que en el pasado se hicieron, tuvieron por objetivo nicamente investigar suspropiedades de generacin lo cual hoy resulta en una falta de informacinimprescindible para la explotacin de yacimientos en arcillas. Por dicha razn serecomienda que en la medida de lo posible, se adquiera informacin de este tipo de

almacenamientos no convencionales cuando se est desarrollando playsconvencionales asociados a los anteriores.

Los datos adquiridos a travs de registros de cable y durante la perforacinMWD/LWD y ncleos, son los datos de entrada dentro de diferentes flujos detrabajo que usan el software para crear los diseos de perforacin inicial,geomecnicos, de terminacin y de estrategias de estimulacin. (TABLA 4). Comoparte del proceso de modelado de las lutitas bajo estudio son comparados con los deestudios anlogos. Por ejemplo: Los plays en arcilla de Estados Unidos. Esto reduce

la curva de aprendizaje (lo cual tiene que ver con el tiempo de anlisis) y provee unpunto de partida para identificar el programa de desarrollo ptimo y reducir eltiempo y la incertidumbre en el proceso de evaluacin. El resultado del modeladode estos datos permite determinar de manera inicial las reservas, el tipo deproduccin y estimar la heterogeneidad lateral. Conforme progresa el desarrollo decampos y se obtienen nuevos datos adicionales, se realiza un proceso deretroalimentacin para revisar esas estrategias basadas en correlaciones que seestablecen entre la geologa, la calidad del yacimiento, la produccin, el mtodo de

terminacin, la fractura y/o estimulaciones.Tabla 4. Flujos de trabajo clave utilizados en la etapa de desarrolloRecoleccin y revisin de datos de afloramientos, campos, estudios de cuencas: registros de pozo, ncleos,recortes e historiales de pozoCorrida e interpretacin de ssmica 3DAdquisicin de datos de ncleos y registrosPruebas de ncleos en laboratorio para la caracterizacinDesarrollo de un modelo petrofsico basado en registrosCalibracin del modelo de registros utilizando anlisis de datos de ncleos y de formacinDiseo de la cementacin para el uso de fluidos compatibles con la formacinDiseo inicial del programa de terminacin; seleccin de perforaciones e intervalos de terminacin

Seleccin de fluidos fracturantes y mejoradores de conductividadSeleccin del apuntalante: tipo, grosor, concentracin y programa de bombeoDiagnstico de desempeo fractura-inyeccin para determinar las propiedades de la formacinOptimizacin del diseo del tratamiento-fracturaEtapas del tratamiento del desempeo de las fracturasDiagnstico del desempeo post-fractura incluyendo mapeo microssmico y trazadores de barridoUso de los resultados para optimizar el diseo de fracturamiento de pozos futurosCorrida de registros de produccin en intervalos fijados y anlisis de resultados

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1.4. Maximizacin de la produccin a travs de la vida del activo En la etapa de desarrollo inicial, los datos generados en la etapa de caracterizacinson puntos de referencia para el pozo, el diseo de la perforacin, terminacin yflujos de trabajo para la optimizacin de la produccin en nuevos pozos (Fig. 3). En

una solucin holstica como ya se vio, esta informacin esta interconectada y escontinuamente mejorada a travs de datos de retroalimentacin de las eficienciasoperacionales.

1.4.1. En la exploracinAl principio del proyecto es necesario contar con la metodologa que determine laruta a seguir, la figura 2 establece un mapa de actividades para este proposito.

Este tipo de metodologa

debe tener componentesanalticos que ayuden adeterminar a) si existe lacapacidad de fracturar laroca, b) la capacidad desostener la produccin, c) siel desarrollo del campopuede ser rentable yajustarse a las restriccionesambientales. Estametodologa toma en cuentala evaluacin econmica delcampo, el comienzo de laexploracin, produccin yrecuperacin de las reservascon respecto al flujo deefectivo.

1.4.2. En la perforacinLas propiedades geolgicas (litologa, mineraloga, resistencia de la roca, presin deporo) y las condiciones en el fondo del pozo impactan directamente a la perforaciny son crticas para la determinacin de barrenas apropiadas, fluidos y equipo para laperforacin vertical (del pozo piloto) la perforacin curva y la horizontal lateral. Eluso de equipo y mtodos apropiados para la geologa en el pozo repercutirn de

Fig. 2. Procesos del flujo de trabajo

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manera positiva en el desempeo de la perforacin. As mismo para optimizar laterminacin, de que la perforacin debe de poner en contacto con el pozo a la zonaobjetivo. Esta zona es aquella en la que se maximizan atributos de litologa,mineraloga, porosidad permeabilidad, TOC, espesor, madurez termal y orientacin

de los esfuerzos de campo.

1.4.3. TerminacinLa geologa del yacimiento tambin influye en la seleccin del mtodo determinacin. Por ejemplo en las arcillas de Bakken, las terminaciones laterales sehacen por lo general sin cementar, las terminaciones compartamentalizadasconstan ya sea de 1) la combinacin de un liner colgador, mangas de aislamiento, yun empacador hinchable o 2) mtodos de perf and plug.

La seleccin del cemento apropiado y el diseo del proceso de cementacintambin est influenciado por aspectos geolgicos (como la mineraloga y elcontenido de arcilla); las propiedades reolgicas del cemento en suspensin debenser compatibles con la mineraloga de la arcilla al igual que con las condiciones deyacimiento (como presin, temperatura y contenido de CO2). La integridad delpozo es la mayor preocupacin en las terminaciones. La cubierta de cementodeber ser capaz de evitar fracturarse y no fallar en a lo largo del proceso cclico derepresurizacin a lo largo del proceso de fracturamiento, y debe asegurar laintegridad del pozo a lo largo de toda la vida del pozo.

1.4.4. Planeacin y optimizacin de la estimulacinLa geologa del yacimiento determina la estrategia del fracturamiento: la seleccindel fluido base y el tipo de apuntalante. La mineraloga, la fragilidad, la dureza, laresistencia de la roca y la sensibilidad del fluido (determinada con el estudio conregistros y laboratorio) entran en juego, junto con propiedades de la roca derivadasde registros. Modelos de simulacin de fracturamiento integran estos datos yoptimizan el diseo del fracturamiento as como predicen la produccin. Nosolamente los apuntalantes y el fluido base deben ser apropiados para lascondiciones del yacimiento y la geologa del mismo, sino que tambin el equiposuperficial debe contar con la potencia necesaria para el proceso. Por ejemplo elequipo de bombeo debe ser capaza de operar a altas tasas y a altas presiones porperiodos de tiempo largos para completar las fracturas multietapa en altaspresiones de yacimiento (como en el caso de Haynesville) donde el esfuerzocompresivo de la roca es alto.

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Diagnstico de la fractura, monitoreo de la produccin y optimizacin de laperforacin/produccin

Las tcnicas de diagnstico cerca del pozo como el DFIT, registros de temperatura,

registros de produccin, trazadores radioactivos y datos de produccin, proveeninformacin acerca de la profundidad de la fractura as como la efectividad de ladistribucin del apuntalante. A su vez el diagnostico externo al pozo como elmapeo microssmico provee dados de escala del campo para determinar lasdimensiones, espaciamiento y orientacin de las fracturas. Los datos de diagnsticoy monitoreo son evaluados junto con datos de produccin, para determinar paraidentificar los candidatos para re-fracturamiento. Los datos de perforacin,terminacin, estimulacin y produccin son analizados y los resultados sonutilizados para validar y refinar los flujos de trabajo y los modelos de perforacin,

terminacin y estimulacin. Esta continua retroalimentacin permite laoptimizacin de la produccin en los pozos futuros y a travs de la vida del activo.

Tambin el empleo de tuberas flexibles especiales que combinan caractersticas deun equipo de reparacin hidrulico y de un equipo de tubera flexible permitehacer terminaciones y estimulaciones con un mayor volumen de yacimientoestimulado (SRV) a travs de una la larga red de pozos laterales. Esto se consiguerealizar terminaciones y estimulaciones en reducidos periodos de tiempo,disminuyendo as los periodos de no produccin.

1.4.5. Aspectos ambientalesLos gobiernos locales han incrementado su enfoque en los aspectos ambientales delos desarrollos petroleros y han promulgado nuevas regulaciones limitando laobtencin, descarga y disposicin de agua, con el objetivo de proteger los mantosacuferos, los suministros superficiales de agua y disturbios superficiales. Esto hacenecesario una reingeniera en los equipos superficiales de perforacin, unidades defractura as como la forma en la que se perforan los pozos.

1.6.Discusin detallada1.6.1. Valoracin temprana de pozo/campoEl primer paso en de la caracterizacin de arcillas consiste en el reconocimiento delos recursos para identificar a las formaciones potencialmente productivas. Revisinde datos de la cuenca, estudios regionales de campos y pozos pueden proveer unpanorama inmediato y un conocimiento aproximado de propiedades (profundidad,

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grosor, composicin, roca almacn) de los potenciales yacimientos. Estos datosdeben ser almacenados y administrados a travs de un a base de datos accesible atodos los miembros del equipo de caracterizacin. En algunos casos se ha obtenidoinformacin de manera exitosa a travs de informacin obtenida en la bsqueda y

desarrollo de yacimientos convencionales (por historias de pozo y registros). Porotro lado cuando se tiene falta de informacin debido a escasa actividadexploratoria, el riesgo geolgico aumenta, por lo cual se vuelve indispensableobtener una mayor cantidad de informacin para asegurar el potencial econmicodel play.

Despus de que las formaciones arcillosas productivas han sido identificadas pormedio de estudios, trabajo de campo (estudios de afloramientos), y/o correlacin depozos existentes (topes y fondos de formaciones) y datos ssmicos son usados en

conjunto con la informacin geolgica para mapear el rea de extensin y el grosorde la formacin; as como desarrollar un historial tectnico de la cuenca, lo cual esimportante parta identificar las reas con mayor frecuencia de fracturamientonatural as como otras caractersticas estructurales. Sin embargo y a pesar delavance en la disminucin del riesgo en la exploracin de yacimientosconvencionales, los yacimientos de shale gas no comparten los mismos atributosssmicos que permiten reconocer a los ya mencionados, por lo que a la fecha elriesgo extra es inherente en yacimientos de shale gas.

Las grandes fracturas pueden ser a veces identificadas usando ssmica 3D wide-azimuth. Los anlisis de la anisotropa de las ondas de cizalla proveen informacindel azimuth de los esfuerzos insitu del campo, lo cual permite la ubicacin desecciones laterales y horizontales de un pozo para tomar partido de la anisotropade los esfuerzos y la permeabilidad. Los anlisis de anisotropa ssmica tambin seinvestigan para identificar y evaluar reas donde las redes de fractura pueden estarpresentes. La heterogeneidad lateral cambia la mineraloga la fragilidad, elcontenido orgnico total, la madurez termal y la densidad natural de las fracturas

tienen un impacto mayor en la productividad de las arcillas y de las reservas. Enconsecuencia se ha vuelto comn el uso de ssmica 3D en la etapa de desarrollo, ascomo en la primera etapa de la caracterizacin para entender los cambios lateralesde litologa.

Si los datos existentes permiten hacer evaluaciones de reconocimiento, lainformacin que se tenga ser la conduzca a mayores estudios y a delinear el

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potencial, identificando en primer lugar las reas que cumplen con los criteriosbsicos para un play exitoso de shale gas.

1.6.2. CaracterizacinEn contraste con la tpica evaluacin que consiste primeramente en estudios degeologa, geofsica y petrofsica, la caracterizacin de arcillas involucra tambinestudios de mineraloga, geoqumica y propiedades geomecnicas.

Los objetivos especficos en la caracterizacin de shale gas son:

Evaluar el comportamiento especfico de los factores clave que impactan elsistema

Identificar las localizaciones con potencial en la formacin Evaluar parmetros geoqumicos y geomecnicos

Determinar la geometra de pozos Evaluar la terminacin y las

estrategias de estimulacin Predecir y evaluar el desempeo

de pozo Optimizar los programas de

perforacin de pozos Para cualquier yacimiento de

arcillas, las herramientas de laboratorio ytecnologas de campo necesarias

Para la adecuada caracterizacin delyacimiento dependen del grado de

heterogeneidad, las propiedades mecnicas y los tipos de fluidos presentes. Laheterogeneidad del yacimiento afecta a las prcticas de perforacin y terminacin,donde estas ltimas variaran segn el tipo de hidrocarburos presentes y tomandoen cuenta si la produccin es en una o dos fases. Como ya se ha dicho, una

caracterizacin multidisciplinaria combinada e integrada proveer los datos paraoptimizar las operaciones y la produccin (Fig. 3).

Anlisis de ncleos y recortesEl anlisis directo de muestras nos solo mejora la caracterizacin, esto esencial paracalibrar las interpretaciones y estimar parmetros de forma indirecta. Los servicios

Fig. 3. Procesos utilizados para optimizar laroduccin de shale as

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de evaluacin de la formacindeben incluir el anlisis deafloramientos, ncleos yrecortes para determinar

mineraloga, litologa,petrofsica (k, phi, Sw),geoqumica (TOC, madureztermal y contenido de gas), ypropiedades geomecnicas(mdulo de Young, relacinde Poisson y resistencia de laroca) (Fig. 4). Son preferibleslos ncleos tomados en el agujero, ya que permiten realizar mltiples anlisis.

Los ncleos extrados sirven para proyectar la compatibilidad geoqumica deacuerdo a distintos fluidos base usados en la perforacin y en la terminacin (y lanecesidad de aditivos de estabilizacin) con la finalidad de minimizar el daopotencial a la formacin causado principalmente por el hinchamiento de lasarcillas. Tambin la proyeccin incluye el anlisis con una variedad deapuntalantes para minimizar la prdida de conductividad de las fracturas.

Tambin es necesario el uso de un sistema de anlisis de registros que incluya unmodelo petrofsico calibrado con la informacin de la evaluacin del anlisis dencleos y recortes. Este modelo petrofsico resultante agiliza la determinacin delas propiedades necesarias para optimizar el proceso de estimulacin, as como laestimacin del gas almacenado y el potencial de produccin. La siguiente tablamuestra los beneficios de la combinacin e integracin de anlisis de ncleos yrecortes junto con informacin de registros (ver tabla 5). En cuanto a ladeterminacin de aceite y/o gas in situ es calculado usando el rea de extensin dela formacin y el espesor (determinados por mapeo ssmico), la densidad de laarcilla (determinada a partir de ncleos o registros) y el contenido de aceite y/o gas(determinado por ncleos).

Fig. 4. Correlacin de datos de laboratorio (derecha) para formar unmodelo petrofsico para registros (izquierda)

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Tabla 5. Beneficios del uso del uso conjunto de anlisis de laboratorio y un modelo pararegistros calibrado por dicho anlisis

Beneficios Propiedades involucradasDeterminar si la lutita se fracturar ycul ser el espesor de esta Mineraloga, fragilidad (relacin de Poisson ymdulo de Young)

Identificar los intervalos a terminar yfracturar (puntos de inicio de fractura) Porosidad, permeabilidad, contenido de arcilla,fragilidad, ndice de complejidad de fractura

Cuantificar las propiedade3sgeoqumicas TOC, madurez termal, contenido de gas y gas insitu

Determinar la orientacin del esfuerzoregional para la orientacin de pozo ymodelado de la fractura

Velocidad ultrasnica

Reduce el riesgo de dao a laformacin Proyeccin de la sensibilidad de fluidos

Reduce el riesgo de tratamientosinnecesarios

Los resultados del a anlisis de ncleos se presentan en la siguiente figura (Fig. 5)que incluye mineraloga, litologa, tipo de arcilla, permeabilidad, propiedades

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mecnicas de la roca, fragilidad, TOC, tipo de kergeno y volumen, madureztermal contenido de gas, propiedades de las fractura e identificacin de laspotenciales barreras pro fracturas, solubilidad en cido y sensibilidad de la arcilla.Con la informacin de salida de litologa y mineraloga es usada para seleccionar

el fluido fracturante, el lodo de perforacin, el tipo de barrena. Las propiedadesgeomecnicas son usadas para seleccionar el lodo de perforacin, la barrena ydiseo de la fractura e indican la viabilidad comercial y anticipar el potencial deproduccin.

Propiedades petrofsicasLas propiedades petrofsicas y geomecnicas controlan la porosidad de matriz y defractura, permeabilidad y la produccin resultante. Los ncleos de lutita requieren

una preservacin y mtodos de manejo diferente al de los yacimientosconvencionales. Debido a la permeabilidad extremadamente baja son necesariatcnicas de medicin especiales para la obtencin de parmetros como porosidad,permeabilidad y saturacin de agua.

PorosidadEl gas libre puede estar almacenado en la porosidad de matriz, en la

Fig. 5 Resultados de salida del modelo petrofsico para registros

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microporosidad en granos minerales y material orgnico, o en fracturas (Fig. 6).

La porosidad y permeabilidad pueden variar con la mineraloga y la fbrica. Los

valores de porosidad en yacimientosarcillosos estn tpicamente en valoresde 2 a 15 %. La capacidad de adsorcines el principal mecanismo dealmacenamiento en los yacimientosarcillosos someros y la porosidad (dematriz y fractura) se vuelve msimportante en yacimientos arcillososprofundos (Fig. 7). En Barnett el 50% oms del gas almacenado in situ est enla porosidad de matriz. La porosidad y lapermeabilidad son ms altas en lutitasricas en cuarzo detrtico que en cuarzobiognico.

Las lutitas productivas requieren unaporosidad mnima de 2% o 3%. La

presencia de diatomeas preservadas enla lutita puede ayudar alalmacenamiento como en el caso deHaynesville y Monterrey. Una altamadurez termal reduce el volumen dematerial orgnico y ayudad a la creacinde espacio poroso adicional. Ladeterminacin de la porosidad, particularmente la medicin del tamao de poro, lacual requiere una identificacin precisa de la densidad de grano proveniente del

anlisis mineralgico, es especialmente difcil en rocas de grano fino.

La permeabilidad de matrizLa permeabilidad en las lutitas es funcin del tipo de arcilla, tipos de muestras(ncleos, recortes y muestras trituradas), porosidad, presin de poro y presin deconfinamiento (fig. 8). La permeabilidad es la propiedad fsica que afecta ms al

Fig. 6. Imgenes con microscopio electrnicode barrido mostrando la porosidad de los

componentes (Rai et al. 2009).

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perfil de produccin. El drenaje delgas es dependiente del grado depermeabilidad e la lutita, la presenciay extensin de la permeabilidad

entre laminaciones y la eficiencia delfracturamiento inducido. Por lo

general una alta permeabilidad dematriz resulta en una alta tasas dedifusin, permite fracturar ms a lalutita e incrementa la produccin y el

radio de drene. La evidencia emprica de estudios en arcillas sugiere que la bajapermeabilidad restringen fuertemente a la produccin econmica en las mismas,eso sin tener en cuenta la calidad de la terminacin ni el contenido de gas. Con loque se establece un mnimo de 100 nanodarcies.

Saturacin de aguaEste parmetro es muy difcil de medir en las lutitas. La saturacin de gas inicial enyacimientos de lutitas productivos es tpicamente alta, mientras que en lasaturacin inicial de agua es generalmente baja., por debajo del 30%. Las lutitasricas en materia orgnica y muy bajo contenido de agua como Bakken, Marcellus,

Lewis y Barnett producenmuy poca o nada de agua.

Presin de poroLos sistemas de lutitasproductoras de gas puedenser sobrepresurizados,subpresurizados o

normales (tabla 7). Losbeneficios de tener altaspresiones en el yacimientoson un mayor volumen degas almacenado en unvolumen dado de arcilla,

Fig. 7. Relacin que muestra la relacin entrecontenido de gas y presin de confinamiento(Kuuskra and Steven, 2009).

Fig. 8. Grfica que muestra el efecto de la presin de confinamiento

(esfuerzo efectivo) en la permeabilidad de la roca (WANG AND Reed,

2009).

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tambin permite elfracturamiento a bajaspresiones debido al reducidoesfuerzo efectivo y mantiene

abiertas las fracturas naturalese inducidas durante laproduccin inicial. Cuando laproduccin disminuye debidoa la produccin, el gas

adsorbido es desorbido de lasuperficie interna de losmicroporos y junto con el gas

libre almacenado en los microporos, se difunde y fluye a travs de la matriz dentrode la red de fracturas, en donde se dirigir hacia los pozos. En la figura se muestrala relacin presin temperatura de algunas formaciones productoras (fig. 9).

MineralogaLa mineraloga de las lutitas productivas varia (fig. 10). Es necesaria unadeterminacin precisa de la mineraloga para poder calibrar el modelo petrofsico ydeterminar el grado de sensibilidad del agua y la arcilla (lo cual es trascendental en

el diseo de la perforacin y terminacin). Muchos yacimientos arcillosos no sonestrictamente yacimientos en lutitas (con contenido de arcilla superior al 40%), elrango puede ser menor al 5% en algunos yacimientos arcillosos como Barnett yWoodford. El bajo contenido de arcillacausa una mayor fragilidad de la roca ypor ende mejora el fracturamiento. Enyacimientos profundos el contenidoarcilloso tiende a ser menor del 50% y

dominado por minerales frgiles comoel cuarzo, carbonatos y feldespatos.

La evaluacin de la lutita se hace a travsde la difraccin de rayos x (XRD).Tambin se puede usar herramientas derayos gamma de captura, anlisis de

Fig. 9. Rangos de presin y temperatura de algunasformaciones productivas (Bustin et al. 2009).

Fig. 10. Grafica que ilustra la variacin en lamineraloga de la lutita para un nmero deyacimientos productores (Rickman et al. 2008SPE 115258).

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ncleos y recortes o anlisis de espectrometra para obtener informacin sobre lamineraloga. El conocimiento de la mineraloga es importante para conocer elcontenido de gas, la capacidad de flujo y las propiedades mecnicas de la roca. Losdatos obtenidos con los recursos ya mencionados se integraran en el modelo

petrofsico para calibrar los datos petrofsicos derivados de registros.

LitologaLas litofacies presentan diferencias en el contenido de materia orgnica, ambientede depositacin y propiedades petrofsicas y mecnicas. La integracin de laslitofacies basadas en la mineraloga y los datos ssmicos, contribuye al desarrollo deun modelo geolgico o de cuenca por medio de la construccin de un mapa delitofacies.

FragilidadLa fragilidad es la habilidad de laroca para fracturarse. Estapropiedad est relacionada con lacomposicin mineralgica, laresistencia de la roca, la textura, lafbrica de la roca, el esfuerzoefectivo, la temperatura, el tipo de

fluido, la diagnesis, el TOC y lahistoria del sepultamiento. Lafragilidad incrementa con elporcentaje de cuarzo y/o carbonatos

y cuando disminuye el contenido de arcilla. El ndice de fragilidad (BI), el cual es inelemento esencial en el modelo caracterizacin para derivar informacinpetrofsica a partir de registros; es un indicador cuantitativo de que tan fcilmente

falla la formacin sujeta a esfuerzo. Este ndice es funcin del mdulo de Young yde la relacin de Poisson; la fragilidad incrementa cuando incrementa el valor demdulo de Young y disminuye el valor de la relacin de Poisson (fig. 11) y sirvecono una gua para la ubicacin de las perforaciones, puntos de aislamiento yetapas de fractura. El modelo petrofsico usa los datos derivados de fragilidad enncleos para calibrar la fragilidad derivada de registros.

Fig. 11. Grfica que muestra la relacin entre relacinde Poisson, mdulo de Young e ndice de fragilidad(Wang and Gale, 2009).

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Segn incremente la fragilidad, la complejidad de la geometra de fractura sermayor. En general las arcillas ricas en cuarzo, promueven la creacin de sistemasramificados, mientras que en las lutitas ricas en contenido de arcillas como muchaslutitas del cretcico. Son ms plsticas (dctiles), absorben mayor energa,

requieren altas presiones de fractura y favorecen las fracturas en un solo plano (Fig.11). Este ltimo tipo de lutitas constituyen buenas barreras de fractura y roca sello.El ndice de fragilidad determinado en el modelo petrofsico es usado en laseleccin del fluido fracturante y en la entera creacin del diseo de terminacin.

DurezaEl nmero de la dureza de Brinell (BNH) es una medicin de laboratorio de laresistencia a la tensin, especficamente la resistencia a la indentacin que es

aplicada a los ncleos de arcilla, primeramente como un indicador de del potencialde empotramiento delapuntalante. El BHN proveeun parmetro de comparacinde lutitas. El ndice esdeterminado antes y despusdel tratamiento en un ncleo,para determinar el efecto delfluido en la integridad de laroca. La qumica del fluido deperforacin as como el

tiempo de la formacin al mismo, tambin impactan en la resistencia de la roca.

El reblandecimiento de la lutita puede causar un significativo dao a la formacincausado por el empotramiento del apuntalante o el cierre de las fracturas. El gradode reblandecimiento de la lutita varia con diferentes fluidos, por ende el objetivo eselegir un fluido fracturante que no cause la reduccin del BHN o modificar lasalinidad para reducir el efecto de reblandecimiento de la cara de fractura. Lasformaciones arcillosas pueden variar ampliamente en dureza (fig. 12), lasdiferencias guardan relacin con la mineraloga y el TOC. Las arcillas suavesrequieren mayor concentracin de apuntalante para mantener la conductividad defractura. El nmero de Brinell tambin es usado para optimizar la perforacin, elposicionamiento de pozos, la cementacin y el diseo de fractura, incluyendo lageometra de fractura y la anchura, el fluido y las propiedades del apuntalante.

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Propiedades geomecnicasLos anlisis geomecnicos de ncleos,recortes y muestras de afloramientos es unaspecto integral y esencial de lacaracterizacin. Los objetivos primarios deeste anlisis son determinar el volumen, eltipo y la madurez del material orgnicocontenido y si este es capaz de generarhidrocarburos, el tipo de hidrocarburos y lanaturaleza y el origen del gas producido.

Diferentes mtodos de laboratorio con la

medicin del TOC, la pirolisis, lareflectancia de la vitrinita son usadas para

evaluar el potencial generador de hidrocarburos, el tipo de materia orgnicapresente, la madurez termal de los sedimentos y los hidrocarburos que pueden sergenerados.

Contenido total de carbn orgnico (TOC)Este parmetro es expresado en porcentaje en peso (%w) es un indicador del total

de materia orgnica presente. El TOC es usado para proyectar el potencial dealmacenamiento de hidrocarburos en las lutitas. El valor del TOC comprende 3componentes: el carbn extrable de la materia orgnica EOM, el carbnconvertible y la fraccin de carbn residual. El EOM es el carbn contenido en elaceite y gas ya form