8.- fracturamiento acido

8/13/2019 8.- Fracturamiento Acido

1/65

Terminacin

GUA DE

Diseo

Para

Fractur

amie

ntos

cid

os


2/65

Gua de Diseo Para Fracturamientos cidos


3/65

11Gua de Diseopara Fracturamientos cidos

CONTENIDO

1. OBJETIVO.

2. INTRODUCCIN.

3. MECNICA DE LA GEOMETRA DE FRACTURAS.

4. PARMETROS DE DISEO.5. SISTEMAS DE FLUIDOS FRACTURANTES.

6. METODOLOGA DE DISEO.

7. EVALUACIN DEL FRACTURAMIENTO.

APNDICE 1 Nomenclatura.

APNDICE 2 Cantidad de caliza que disuelve un cido.

APNDICE 3 Clculo de diseo de un fracturamiento cido.

APNDICE 4 Referencias.


1


4/65

El fracturamiento cido es un proceso de estimulacin en el cual un fluido reactivo(usualmente HCl) se inyecta en formaciones carbonatadas (caliza o doloma) auna presin suficiente para fracturar la misma, con la finalidad de crear un canalconductivo y abrir o conectar fracturas naturales existentes.

En esta gua se presentan los conceptos fsicos bsicos para entender estatcnica, las caractersticas y propiedades de los fluidos, as como los aditivosusados en las operaciones; adems, las consideraciones tcnicas msimportantes para planear y disear un fracturamiento cido. Estos conocimientospermitirn utilizar con mejor criterio la interpretacin de los resultados de losdiversos programas de cmputo que existen en el mercado.


2


5/65

1. OBJETIVO.

Proporcionar al ingeniero de diseolos principales elementos tcnicos quele permitan, conceptualizar el procesode fracturamiento cido desde laplaneacin hasta su evaluacin, as

como tambin, cuente con loselementos necesarios para interpretarlos resultados del software tcnicodisponible en el mercado para este fin.

2. INTRODUCCIN.

El fracturamiento cido es un procesode estimulacin que combina laAcidificacin Matricial con la FracturaHidrulica, de tal forma que el cidoinyectado tienda a grabar la roca deuna manera no uniforme, creando conello, los canales conductivos luego deque la fractura se cierra.

El objetivo bsico de la fractura cidaes el mismo que la fracturaapuntalada, es decir, la creacin deun canal de alta conductividad quepermita el drenado eficiente delyacimiento; la gran diferencia, es

como se alcanza ese objetivo.

El problema principal en este tipo detratamientos es la longitud que elcido puede viajar a lo largo de lafractura y grabar adecuadamente las

caras de la misma, antes de que estese gaste.

La longitud de la fractura grabadaser funcin del tipo, volumen, con-centracin y velocidad de reaccindel cido, as como de la tempe-ratura y prdida de fluido en laformacin.

Este tipo de tratamiento est limitadoa formaciones limpias altamentesolubles (calizas y dolomas), nosiendo candidatos carbonatos sucioscon solubilidades menores del 70%

en HCL debido a las siguientesrazones:

a. La creacin de los canales deflujo grabados se vern daadosdebido a la baja solubilidad.

b. La liberacin de finos tender a

taponar los canales de flujocreados en las formaciones debaja permeabilidad.

El fracturamiento cido no es usadoen arenas, ya que el cidofluorhdrico (HF) no grabar ade-

cuadamente la cara de la fractura;an si la arena contiene calizascomo material cementante, la libe-racin de finos a travs de ladisolucin de este material (cemen-tante), taponar la fractura, aunado a


3


6/65

que existe el riesgo de la formacinde precipitados insolubles.

La diferencia entre el fracturamientoapuntalado y cido, es que laconductividad de la fractura en lasfracturas apuntaladas se obtienecolocando un material (apuntalante)fuerte y muy permeable que mantengaabierta la fractura luego de que elbombeo se ha detenido y el fluido seha filtrado hacia la formacin.

En cambio, las fracturas cidasaprovechan la gran reactividad de

ciertas rocas del yacimiento condeterminados fluidos comnmentecidos, con lo cual se graban lasparedes de la fractura de tal maneraque al cerrarse la misma, quedanabiertos los conductos de gran per-meabilidad, lo que permite la comu-

nicacin del pozo con el yacimiento.

3. MECNICA DE LAGEOMETRA DE FRACTURA

3.1. Proceso de fractura

El proceso de fracturamiento cidosucede de dos maneras:

1.- La generacin y propagacin deuna fractura hidrulica medianteun fluido viscoso, el cualmantiene abierta dicha fractura

(similar al fracturamiento conapuntalante).

2.- Una vez creada y propagada lafractura, se coloca el cidodentro de ella para que estereaccione con las caras de laroca para la disolucin de lamisma, con la finalidad derealizar un grabado en ellas yobtener los canales conductivosnecesarios para la aportacin delos fluidos de la formacin(similar a una estimulacinmatricial).

Generacin y Propagacinde la fractura

Para la primera parte, el procesoconsiste en aplicar presin a unaformacin, hasta que se produce

en sta una falla o fractura. Unavez producida la rotura, se continaaplicando presin para extenderlams all del punto de falla y crearun canal de flujo de gran tamaoque conecte las fracturas naturalesy produzca una gran rea de drenede fluidos del yacimiento.

Durante la operacin, el bombeo defluido se realiza de formasecuencial, primero se bombea unprecolchn de salmuera o gelatinalineal, con el objeto de obtenerparmetros y poder optimizar el


4


7/65

diseo propuesto. Posteriormentese bombea un colchn de gelatinao cido emulsionado con lafinalidad de producir la fracturaabriendo la roca lo suficiente paracolocar los fluidos de reaccin;luego, se realiza el bombeo detratamiento, que es un fluidoreactivo con la formacin, el cualgraba la cara de la fractura y lamantiene abierta.

Durante el proceso se deben moni-torear en superficie los parmetrossiguientes:

a) Presin de rotura.

b) Presin de bombeo (superficie).

c) Presin de cierre instantnea(Pci).

d) Presin de fractura.

e) Gasto de inyeccin.

f) Potencia utilizada.

g) Volmenes de las etapas.

La presin de fractura se puedecalcular de acuerdo con la siguiente

ecuacin.

Pf = Pci+ Ph (1)

La presin hidrosttica se calculacomo:

Ph = 0.4334**D (2)

La prdida por friccin (Pfrictp) en latubera puede ser calculada me-diante un diagrama de Moody, si elfluido es newtoniano.

Para fluidos no newtonianos (geles),el clculo de la prdida de carga porfriccin es mucho ms complejo. Lanorma API describe un mtodo decinco parmetros, calculados por unviscosmetro.

Una vez obtenidas las diferentes

presiones y prdidas por friccin, sepuede obtener la presin de trata-miento en superficie y la potenciahidrulica.

La presin en superficie ser:

Ps= Pf+ Pfrictp+ PfricP- Ph (3)

La potencia hidrulica (PHid), es:

PHid =Ps * Q / 40 .8 (4)

3.2. Comportamiento de la roca

La seleccin del modelo matemticopara representar el comportamientomecnico de la roca es muyimportante. Existe una amplia gamade modelos que intentanrepresentar el comportamientomecnico de la roca. Los hay desde


5

G d Di P F t i t id


8/65

el modelo lineal elstico hastamodelos complejos, que incluyen elcomportamiento inelstico de lasrocas, efectos de interaccionesfsico-qumicas del sistema roca-fluido y efectos de temperatura.

Cada vez que se somete a uncuerpo a una carga originada en uncampo de esfuerzos, el mismo sedeforma. La magnitud de dichadeformacin depende de lasconstantes elsticas del materialque constituye el mismo.

Entre estos modelos el msconocido es el lineal elstico, el cuales ampliamente utilizado por su sim-plicidad (modelo de dosparmetros).

Este modelo se fundamenta en los

conceptos de esfuerzo (

) ydeformacin (), los cuales relacionala Ley de Hooke expresada en lasiguiente ecuacin (de la lnearecta).

= E * (5)

3.2.1. Constantes Elsticas

En elasticidad lineal isotrpica, solohay dos constantes elsticasindependientes: el Modulo de Young

(E) y la Relacin de Poisson ().

3.2.1.1.Modulo de Elasticidado de Young

Cuando una muestra de roca essometido a una prueba decompresin uniaxial (realizado en unlaboratorio), se grafica la defor-macin del mismo contra la fuerza(esfuerzo) aplicado, obtenindoseun grfico como el de la figura 1.

A diferencia de una pruebarealizada en forma similar enmetalurgia, con probetas metlicas,aqu se pueden distinguir varias

regiones. Este fenmeno tiene suorigen en la heterogeneidad de lamuestra, especficamente suporosidad.

El Mdulo de Young representadocon la letra (E), es una medida de la

rigidez de la roca y sus valorestpicos para las rocas deyacimientos varan entre 0.5 E6 < E< 5 E6; a mayor valor de E, mayores la rigidez de la roca.

Esta constante afecta directamentea la propagacin de la fractura, avalores bajos se induce una fracturaancha, corta y de altura limitada;mientras que a valores grandesresultan en una fractura angosta,alta y de gran penetracinhorizontal.


6

G d Di P F t i t id


9/65

fuerzo aplicado. Su pendiente E1representa al Mdulo Elstico oMdulo de Young (E).

= E * (6)

El segmento BC o Regin Plstica.En este periodo si se continaaplicando esfuerzos cada vezmayores, la roca continuardeformndose, pero ya no en formaproporcional al esfuerzo aplicado; ladeformacin provocada en esteperodo ser permanente y lamuestra ya no recuperar su forma

original cuando se quite el esfuerzo.La porcin pdel eje horizontal es lamagnitud de esa deformacin.

Adems, en la figura 1 se observaque al descargar la fuerza aplicadasobre la muestra, el grfico no sigue

el camino original, sino que formaotra curva, dando origen a un ciclo;si ahora aplicamos la fuerzanuevamente sobre la muestra hastael punto C, veremos que se repiteaproximadamente el ciclo, pero estese ve desplazado con respecto alanterior. Este fenmeno, originadopor la composicin del material, sellama Histresis, y continuarrepitindose hasta que la muestrafalle por exceso de deformacin opor exceso de carga, al superar elpunto C, siendo este el momento enque la roca se fractura.

Solo nos interesala regin situada

entre los puntos A

y B. Ah se define

el Modulo de

Young (ReginElstica)

Co =Resistencia a laCompresin Uniaxialk

Falta delEspcimende Roca

Deformacin Permanente

Eo

E1

0

0.5

B

C

Co

A

Li Lo

Fuerza

AL = Desplazamiento

AL

Figura 1. Representacin de la prueba decompresin realizada a una muestra de

roca.

De la figura 1, se puede observar losiguiente:

El segmentoOA (Regin No-Lineal),durante este perodo, la porosidad se

cierra, originando una respuesta no-lineal de la deformacin con respectoal esfuerzo aplicado. La pendienteinicial (ES) depende de la porosidadde la muestra en prueba y sumagnitud es menor que la pendienteE1.

El segmento AB o Regin Lineal oElstica, aqu la muestra se com-porta como un slido homogneo; lalnea recta representativa de esteperodo denota una respuesta linealde la deformacin respecto al es-


7



10/65

Figura 2. Representacin de la

deformacin del material.

Cuando se incluyen los efectos de laporosidad y los fluidos contenidos enla roca en el modelo elstico, ste seconvierte en un modelo poroelstico,el cual es ampliamente utilizado ensimuladores comerciales para diseo

de fracturamiento hidrulico.

En la Tabla 1, se muestran losvalores tpicos de las propiedadeselsticas para diferentes tipos deroca.

3.2.1.3. La Constante Poroelstica ()

Existen diferentes criterios paradefinir los parmetros que represen-tan el comportamiento de los fluidoscontenidos en la roca. Uno de losms comunes es el coeficiente

3.2.1.2. Relacin de Poisson

Cuando la roca es comprimidauniaxialmente, la misma se deformaen dos direcciones distintas, seacorta a lo largo del eje del esfuerzoy se expande lateralmente en elplano vertical al eje del esfuerzo.

Si definimos ambas deformacionescon sus respectivas ecuaciones,tenemos:

1= Deformacin longitudinal

1

12

1

L

LL (7)

2= Deformacin lateral

1

12

2D

DD (8)

Luego, el Mdulo, ndice o Relacinde Poisson () se define como larelacin entre ambas deformacionesy es siempre positiva, de all el signo

negativo en la ecuacin.

2

1

(9)

Fuerza

D2

D1

L1

L2

L


8


11/65



12/65

3.2.2.1. Presin de poro

La matriz rocosa solo se ve afectadapor el esfuerzo efectivo, debido a queel fluido contenido en ella soporta partedel esfuerzo aplicado y acta como unmuelle amortiguador, la ecuacin quelo representa es:

pP' (10)

Si analizamos la ecuacin podemosinferir que, a medida que la presin deporo disminuye, el esfuerzo efectivo se

hace mayor, hasta alcanzar el valor dela carga litolgica cuando la presin deporo cae a cero (Pp= 0).

Luego: lim cuando P0

En este caso, durante el fractu-ramiento

es ms difcil iniciar una fractura cuandola formacin esta en su etapa madura.

Esto es importante porque haciendouna analoga con una prueba uniaxial,la porosidad de la roca disminuye por laaplicacin de una carga mayor y, porende, la permeabilidad es ms baja. Almismo tiempo, si se desea fracturaresta zona, la energa a aplicar parainiciar y propagar la fractura es mayor,debido a que ya no tenemos un fluidopresurizado dentro del yaci-miento quenos ayude a abrir la roca.

Figura 3. Representacin del campo deesfuerzo.

Existen diversos efectos o factoresque inciden sobre el estado deesfuerzos presentes en la formacin,de los cuales podemos mencionarlos principales.

La magnitud y distribucin de losesfuerzos in-situ, en la profundidadde la formacin, depende de las con-diciones de deposicin y de eventostectnicos ocurridos posteriormente,ello resulta en un campo de esfuer-zos donde se combinan esfuerzosnormales y de corte, cuya resultante

conforman tres esfuerzos principalesperpendiculares entre si, general-mente de magnitudes diferentes.

La figura 3 muestra el campo deesfuerzos que actan in-situ sobre laformacin a una profundidad dada.

Z

X

Y

x

xyxz

yx

yyz

zx

zy

z

y

z

x

yx

yz

xz

zy

zx

zy


10



13/65

En caso inverso, si la presin de poroincrementa debido a la inyeccin defluidos al yacimiento, el esfuerzoefectivo de la roca disminuye. En estecaso, durante el fracturamiento elprimer fluido que se inyecta se filtrahacia la formacin, lo que ocasiona unadisminucin en la presin efectiva

permitiendo iniciar la fractura msfcilmente.

3.2.2.2. Temperatura

Cuando se inyecta un fluido a menortemperatura que los fluidos contenidos

en el yacimiento, se origina un sbitogolpe trmico por cambio detemperatura que altera el estado deesfuerzos de la roca.

La magnitud del esfuerzo normal de laroca () vara directamente

proporcional a la variacin de tempe-ratura (dT); por ello, el enfriamientoocasionado a la formacin con el fluidofracturante disminuye el esfuerzoefectivo de la roca y facilita el inicio dela fractura hidrulica. Esta es la prin-cipal razn que justifica el bombeo deun precolchn.

3.2.3. Criterios de falla

Los criterios de falla se utilizan paracomprender bajo que condiciones decarga la roca se rompe, ya que al estarconfinada dentro de un ambiente

cerrado, la interaccin de los tresesfuerzos principales, junto con unacuarta componente que es la presin deporo (variable con el tiempo), hace quebajo cierta combinacin la roca falle.

En general, la roca puede fallar cuandoes sometida a compresin o a tensin,

uno de los criterios de falla ms comuneses el de Mohr-Coulumb, basado en elclsico diagrama de Mohr; donde unaenvolvente de falla define el lmite entrela integridad de la roca y el punto dondefalla.

En este punto slo se mencionan loscriterios de falla ocasionados por tensindebido a que, en un fracturamientohidrulico, la presin ejercida en la pareddel pozo incrementa los esfuerzos detensin hasta fracturar la formacin.

Una falla por tensin ocurre cuando elesfuerzo efectivo mnimo en la pared delpozo ( min) es mayor que la resistencia ala tensin de la roca (t). Una vez que lafractura se inici, el criterio para definir sila fractura se propagar hacia el interiorde la formacin est definido por lasiguiente ecuacin.

Pfmin (11)

Los criterios de falla nos ayudan no soloa determinar esa condicin, sino tambinla direccin del plano de falla.


11


14/65



15/65

velocidad con que se transportehacia la superficie de la rocafracturada y de la velocidad con queste reaccione en dicha superficie.

3.3. Cintica de Reaccin

Cuando un fluido reactivo es

inyectado a la formacin, estereacciona qumicamente con losminerales slidos contenidos en laroca, a este tipo de reaccin entre unfluido y un slido se conoce comoReaccin Heterognea y se presentacuando dos molculas se ponen en

contacto y tienen suficiente energapara vencer la barrera de activacin.

Los mecanismos implicados en unareaccin son:

a) Estequiometra de la reaccin.

b) Equilibrio Termodinmico de lareaccin.

c) Velocidad de reaccin.

A continuacin haremos mencin delos aspectos mas importantes deestos mecanismos para un mejor

entendimiento de ellos.

a) Estequiometra de la reaccin

En este proceso se describe elnmero de molculas requeridaspara disolver una cantidad de

slidos, es decir, la estequiometraconcierne con la accin molecularentre los reactantes, para darproductos de reaccin.

Las principales reacciones qumicasde inters en una estimulacin o unfracturamiento cido son las que se

dan entre el cido clorhdrico con loscompuestos de las formacionescarbonatadas, como: la caliza(CaCO3) y la doloma (CaMg (CO3)2),las cuales reaccionan dando comoresultado sales altamente solubles,agua y dixido de carbono (CO2).

Para las calizas:

2HCL + CaCO3 CaCl2+ H2O + CO2

Esta expresin indica que senecesitan dos moles de HCL parareaccionar con un mol de CaCO

3 y

dar como resultado un mol de CaCl2,H2O y CO2.

Para las dolomitas:

4HCL + CaMg (CO3)2 CaCl2+MgCl2+ 2H2O + 2CO2

Aqu se necesitan 4 moles de HCLpara reaccionar con un mol de CaMg(CO3)2 y obtener un mol de CaCl2 yMgCl2, dos moles de H2O y CO2.


13



16/65

Estas ecuaciones nos permitencalcular el volumen de roca disueltapara un volumen de cido dado.

Adems, conociendo la cantidaddisuelta de roca por un volumen decido, podemos determinar el poderde disolucin del cido, mediante las

siguientes expresiones:

(12)

(13)

b) Equilibrio Termodinmicode la reaccin

Este equilibrio es alcanzadogeneralmente antes de que el cidohaya reaccionado totalmente, lareaccin entre un cido y un mineralconlleva a la formacin de otrosproductos y esto prosigue hastaalcanzarse un equilibrio, punto en elcual la reaccin cesa. En realidad alequilibrio, la reaccin es irreversible,

es decir, los productos de reaccinse combinan para formar nueva-mente molculas de reactantes.

El equilibrio depende de lascondiciones termodinmicas en quese realiza la reaccin y por supuesto

de los reactantes implicados,especialmente en la reaccin entrecarbonatos y cidos orgnicos, yaque estos pueden llegar a agotarseen un 50 % de su concentracininicial, dependiendo de lascondiciones de presin ytemperatura.

Dado que la cantidad de slidosdisueltos por una cierta cantidad decido esta limitada en cada caso porlas condiciones de equilibrio, elpoder de disolucin de los cidosbajo condiciones de yacimiento

deben modificarse apropiadamente.

c) Velocidad de la Reaccin

Todas las reacciones en laestimulacin de pozos entre cidos yminerales contenidos en laformacin, se dan por cambioqumico y se producen a diferentesvelocidades.

La velocidad de reaccin se definecomo la cantidad de moles demolculas que reaccionan por unidadde tiempo y para su determinacin,

es suficiente conocer como varia conel tiempo la cantidad de una de lassustancias participantes en lareaccin.

La velocidad de reaccin estagobernada por la rapidez con la que

mineral MWmineral =

acido MWacido

mineral MWmineral =

acido MWacido

Xc =

cC

CaCO3

Xc =

cC

CaCO3

14



17/65

iii. De la cantidad de roca disueltapor unidad de rea expuesta ypor unidad de tiempo.

Se han realizado muchos estudiosexperimentales con la finalidad deevaluar los diferentes parmetrosque afectan o influyen en la

velocidad de reaccin del cido conlas rocas. Entre los factores que sehan identificado y que afectan lavelocidad de reaccin son:

1) Relacin rea / volumen.

2) Temperatura.

3) Tipo y concentracin del cido.

4) Velocidad de flujo.

5) Composicin de la roca.

6) Viscosidad.

7) Presin.

3.4. Modelos de diseo

Como se mencion anteriormente, elproceso de fracturamiento cido sedivide en dos partes y eso sucede

con los modelos de aplicacin, loscuales consisten en:

1. Modelo de fractura hidrulica.

2. Modelo de reaccin del cido.

el in hidrogeno es transportado a lasuperficie slida y la rapidez queeste alcanza las molculas delmineral (figura 5); la velocidad detransporte esta determinada por losfenmenos de difusin y conveccin.Por otra parte, la rapidez de reaccinen la superficie, depende de la

composicin qumica del slido y delcido, de la concentracin del mismoen la superficie y de la temperatura.

Figura 5. Intercambio molecular entre elcido y la roca.

Los estudios para medir la velocidadtotal de reaccin entre un cido y unmineral, se hace a travs de ladeterminacin:

i. Del cambio de la concentracindel cido con respecto al tiempo

(dC/dt).ii. Del tiempo en que el cido

cambia de una concentracininicial Co a una concentracinfinal Cf a este tiempo se ledenomina tiempo de reaccin otiempo de gastado.

H+ Ac-

CaCO3

Liquido

Slido

(Cacl2) + H20 + CO2 **

15



18/65

La primera parte del modelado delfracturamiento cido, es la degenerar una fractura hidrulica, lacual se disea por medio de losmodelos descritos en la gua defracturamientos con apuntalante, conel propsito de calcular la geometrade fractura y la velocidad del fluido a

lo largo de la misma. Estos factorespueden ser realizados por medio demodelos en 2D o 3D.

Mientras que el modelado de lareaccin del cido, es calculado conbase a:

a. La transferencia de masa delcido entre la matriz y superficiede la roca.

b. La velocidad de reaccin delcido en la superficie de la roca.

c. El perfil de la concentracin del

mismo dentro de la formacin.

d. El coeficiente de prdida defluido dentro de la formacin.

Desde el ao de 1970 se han estadodesarrollando modelos que simulenla reaccin del cido con la

formacin para la obtencin deparmetros, tales como: el anchograbado, longitud y conductividad,cantidad de roca disuelta y de cidogastado.

La industria ha desarrollado cuatrotipos de modelos, siendo estos lossiguientes:

Modelo Tipo I. Este modelo fuedesarrollado por Williams y Nierodeutilizando la solucin de Terrill, estemodelo es el ms sencillo de todos y

asume que:

1. El flujo de cido esta en estadopermanente.

2. La velocidad de reaccin esinfinita (CD= O).

3. El flujo a lo largo de la fractura eslaminar e incompresible.

4. La viscosidad del cido esconstante.

5. La perdida del fluido esconstante.

6. No existen fuerzas externas(como la gravedad).

Este modelo resuelve analticamentela ecuacin de conveccin-difusinen un plano dimensional.

Modelo tipo II. Desarrollado porRoberts y Guin, las suposicionesbsicas de este modelo son lasmismas del tipo 1, excepto que lareaccin del cido esta controladapor la transferencia de masa y lavelocidad de reaccin del cido. Con

16



19/65

este modelo es posible calcular demanera terica la longitud de fracturacuando la reaccin cintica eslimitada en la superficie de la roca,como en el caso de la reaccin delHCl con la dolomita a bajastemperaturas.

Modelo Tipo III. Este tipo es unmodelo de simulacin numricadesarrollado por Lo y Dem, con estemodelo se resuelve simultneamentela geometra de la fractura, eltransporte y difusin del cido, sinembargo, el modelo asume que la

velocidad de reaccin es infinita (CD=O). Un aspecto importante de estemodelo est en dos dimensiones(2D) la ecuacin convencin-difusines resuelta en una dimensin (1D),brinda una aproximacin promediodel ancho de fractura. Lassuposiciones del modelo son:

1. Estado estacionario perfil deconcentracin flujo abajo.

2. Cero concentracin de cido a lolargo de la frontera de fractura.

3. Velocidad constante de prdida

de fluido.

Modelo tipo IV. Es un modelonumrico desarrollado por Settari ytiene las siguientes caractersticas:

1. La durabilidad del cido estacontrolada por el transporte demasa y la velocidad de reaccin.

2. Secuencia de diferentesreologas incluyendo gel-cidoson calculadas para fluidosmltiples.

3. Calor de transferencia y calor dereaccin estn juntos en estemodelo

4. Se consideran los efectos deagujero de gusanos en la cara dela fractura.

5. Se consideran los efectos de lavelocidad de prdida de fluidosobre la velocidad detransferencia de masa

6. El coeficiente de mezcla en ladireccin Dy, puede serintroducido directamente o

extrapolado de la correlacinWilliams-Nierode.

7. El coeficiente de transferencia demasa puede ser cargadodirectamente o calculadoutilizando el numero de Nusselt.

Las suposiciones bsicas de estemodelo son:

a) La ecuacin de conveccin-difusin es usada en estadotransitorio en 2D y la variacin enz en la ecuacin es despreciable.

17



20/65

b) Los efectos de la difusin a lolargo de la longitud de fractura esdespreciable debido a que eltransporte del cido porconveccin es mucho msgrande que la difusin.

c) La viscosidad del cido no es

funcin de la concentracin.d) El cido es un fluido

incompresible.

e) Los efectos de la reaccin notienen efecto al perfil develocidad.

f) Los efectos de la complejidad delflujo (turbulencia, conveccinnatural, interdigitacin) puedenser motivada solamente por lasvariaciones de las propiedadesde transporte y de la velocidadde reaccin aparente.

Las diferencias entre los modeloshan sido en trminos de lacomparacin de ecuaciones bsicas,condiciones de frontera, mtodos desolucin y consideraciones detransferencia de masa.

Para la prediccin de la prdida delfluido se utiliza una ecuacinemprica o una ecuacin tericadentro del modelo de fractura, losparmetros de la cintica del cidoson referidos a la temperatura, cuyo

valor es introducido como parte delmodelo de reaccin del cido.

La velocidad de reaccin del cidoes otra constante que es calculadapor el modelo dependiendo del perfilde temperaturas.

El coeficiente de Difusin y elcoeficiente de Transferencia deMasa pueden ser introducidos dentrode un modelo de reaccin del cidobasado en pruebas de laboratorio opueden ser calculados utilizandoecuaciones empricas o tericas.

Basados en los modelos defracturamiento hidrulico y elmodelado de la reaccin del cido, elclculo de la geometra de fracturaes esencialmente una aproximacin,debido a que se supone que elmaterial es isotrpico, homogneo ylinealmente elstico, lo cual sucedeslo en un material ideal.

Por lo anterior, no se puedenestablecer comparaciones estrictasentre los distintos mtodos dediseo, ya estos se basan en que el

volumen inyectado se divide en dospartes: una, en el fluido que sepierde por filtracin y, la otra la queocupa la fractura creada parareaccionar con la roca.

18


21/65



22/65

Las variables que deben considerarsepara la creacin y propagacin de lafractura, son:

a. Mecnica de la roca: modulo deYoung, Relacin de Poisson y laConstante Poroelstica o de Biot.

b. Altura de la fractura (HF).

c. Longitud de fractura (XF).

d. Ancho de fractura (WF).

e. Prdida de fluido (Cw).

f. Viscosidad del fluido ().

g. Gasto de la bomba (Q).

Estas variables dominan el proceso delfracturamiento hidrulico, ya quegeneran la fractura y propagan lamisma dentro de la formacin.

Las variables que inciden en laconductividad final de la fractura son:

h. Temperatura.

i. Tipo y Concentracin del cido.

j. Velocidad de reaccin del cido.

k. Mineraloga de la formacin.

l. Permeabilidad de la formacin.

Estas variables dominan el procesode la cintica de la reaccin, ya quegeneran en conjunto a la fracturahidrulica, la geometra de final de lamisma.

Debido a que el fluido reacciona conla formacin, aunado a las variables

descritas anteriormente, se tienenque considerar los siguientesfactores:

4.1. Longitud de fracturaefectiva gravada

La longitud efectiva alcanzada estalimitada por la reactividad del cido,siendo mayor cuando la superficie decontacto es grande, y la temperaturade la zona de inters. Esta longitudes menor que la lograda a unafractura apuntalada. Adems, elfiltrado se incrementa en formaexponencial al abrirse la fractura.Este ltimo factor constituye lalimitacin ms grande a lapenetracin de la misma, ya que esmuy difcil de controlar.

La constante erosin de las paredes

por efecto de la reactividad del cido,no deja formar un enjarre quelimitara el filtrado, resultando en laformacin de gusaneras(Wormholes) que provocan ladivergencia indeseada y el excesivoagotamiento del fluido.

20



23/65

4.2. Conductividad Efectiva

La conductividad de una fracturadisminuye a medida que aumenta elesfuerzo efectivo aplicado. Elesfuerzo efectivo dentro de lafractura es:

(14)

Donde p es la presin de inyeccindentro de la fractura. Si el esfuerzohorizontal mnimo es alto, puedellegar a cerrar la fractura debido alcolapso del grabado en las caras de

la roca (Blanton, 1981).

As, cuando superponemos unafractura de alta conductividad atravs de un medio fracturadoanisotrpico, el comportamiento de lamisma es similar al de un medioisotrpico, pero su longitud se verdisminuida en un cierto valor quedepende del grado de anisotropa dela roca (Ben Naceur y Economices,1988).

(15)

Donde Xf es conocida como laLongitud Aparente de Fractura, esdecir, es la longitud que elyacimiento realmente ve y es la que

debe ser tomada para clculos depronstico de produccin.

4.3. Presin Neta vs. reade Flujo Efectiva

El movimiento del cido dentro de lafractura puede ser modelado en

forma similar al movimiento delapuntalante y para simularlo sedeben considerar varios puntosrelativos a:

i. Seguimiento del fluido en lafractura y el yacimiento.

ii. Prdida de la longitud activa dela fractura.

iii. Efecto del grabado de la rocasobre la relacin entre la presiny el ancho de fractura.

Aunque para un clculo rpido muchossimuladores usan un nmero limitadode iteraciones, pero para hacer un buenseguimiento del movimiento de losfluidos, es necesario dividir al procesoen un nmero de iteraciones losuficientemente grande para calcular elfiltrado del mismo hacia la formacin y

la exposicin de la roca al ataque delcido. As es como se puede diferenciarel comportamiento del sistema entre lasetapas cidas y no-cidas.

Normalmente las fracturas cidas sondiseadas con bruscas variaciones de

25.0

'

x

y

ff

k

kXX

ph '

21



24/65

Figura 6. Representacin grfica de laTenacidad en la formacin.

Distancia desde

el extremo de la Fractura - [r]

Esfue

rzo

circunferencial

Fractura

gastos, debido a los diferentesgradientes de friccin de los fluidosutilizados. Estos cambios puedensuceder durante el bombeo de lasetapas de cido, provocando unadisminucin de la presin dentro de lafractura y la recesin de la longitud dela misma.

4.4. Embebimiento y Esfuerzode Cierre o Confinamiento

El embebimiento y el esfuerzo de cierreafectan la conductividad de la fractura,resultando en que el valor de la misma

al final de una fractura cida sea muylejano a aquella estimada por el flujo delcanal creado.

Hay una gran cantidad de factores quereducen el valor de la conductividadreal, pero los principales son:

a. Deformacin elstica de la roca:causa una disminucin del anchograbado por cierre parcial del canalconductivo, cuando la presindentro de la fractura cae al nivel dela presin de produccin. Estocausa el rompimiento parcial de las

irregularidades de las caras delcanal conductivo.

b. Ruptura de las irregularidades delcanal: este factor depende de ladureza de la roca y escaracterizada normalmente por un

trmino llamado embebimiento o

incrustacin (Embedment), queno debe ser confundido con elproducido para fracturasapuntaladas, aunque su efecto final(disminucin del ancho) es elmismo.

4.5. Tenacidad (Toughness)

El mecanismo de fractura admite quesiempre hay irregularidades en la roca yestas inducen puntos de concentracinde tensiones que pueden ser utilizadoscomo una ayuda para iniciar y propagar

una fractura.

As, la teora de una fractura linealelstica nos dice que una fractura sepropagar cuando el valor del esfuerzoen el extremo de la fractura supere unvalor crtico KICdado por el Coeficientede Tenacidad (Toughness), figura 6.

As, puede decirse que la tenacidad nosda una idea de la reaccin de la roca ala presencia de deformaciones.

22



25/65

Diferentes estudios han determinadoque la tenacidad es una medida decun fcil es fracturar una formacindeterminada.

El contraste entre los valores de KIC(Toughness) entre capas adyacentestiene una gran influencia en la

geometra (Forma) de la fractura,Este valor, para varios tipos de roca,esta entre 700 y 2400 [psi.pulg

0.5].

4.6. Efectos que ocurrenen la vecindad del pozo

En pozos desviados, disparadosinadecuadamente o mal diseados,se observan en la vecindad grandesprdidas por friccin; esas prdidasde presin por efectos de la friccinen la vecindad del agujero sonatribuidas a efectos como latortuosidad (cambio o giro imprevistoo repentino de fractura), alineacininadecuada de la fase de disparos,puntos estrechos inducidos de laroca y fracturas mltiples.

4.6.1. Geometra de fracturaalrededor del pozo

Algunos estudios han encontradoque los disparos deben estarorientados en un rango de 10 a 20dentro del plano normal del mnimoesfuerzo para que la fractura inicieen los disparos y se extienda. Otros

estudios muestran que, si no seorientan en la direccin sealada ylos pozos son direccionales, lafractura puede crecer en forma deS. En realidad, es muy difcilpredecir las cadas de presin cercadel pozo en agujeros desviadosdebido a la incertidumbre de la

geometra de fractura cerca de lavecindad del pozo.

4.6.2. Disparos y efectode desviacin

Los tres supuestos componentes en

la prdida de presin en la vecindaddel agujero son:

a) La friccin a travs de losdisparos

b) Los giros de la fractura (porejemplo la tortuosidad)

c) La friccin por un desalinea-miento de los disparos, loscuales pueden sumarse:

pcercadelpozo= ppf+ ptort+ pmisalign

Salvo la friccin a travs de losdisparos, no es posible predecir losefectos cerca del pozo. Existenmodelos para cada uno de esosmecanismos de incremento depresin y cada mecanismo tiene uno

23



26/65

Figura 7. La fractura gira y cambia paraalinearse con la direccin preferente de

propagacin.

Los simuladores P3D actuales

representan el comportamiento ycalculan la fractura. Sus ecuacionesse basan en el gasto de flujo, losesfuerzos mnimos horizontales yotros datos experimentales o decampo.

4.6.5. Desalineamiento de fases

La mayora de los disparos no estnalineados con el plano preferencial defractura, a menos que se disponga dela informacin de la direccin deesfuerzos de un pozo en particular y de

o ms parmetros, que pueden serevaluados con datos de campo.

4.6.3. Friccin en los disparos

Un pozo disparado de maneradeficiente tiene un efecto significativoen la ejecucin y evaluacin de un

tratamiento de fractura debido a quelos disparos afectan la presin derompimiento y de tratamiento,pudiendo provocar un desgasteprematuro del cido.

Si los disparos son de la fase y

tamao adecuado, este efecto esdespreciable, de otra manera elefecto se toma constante durantetodo el tratamiento.

4.6.4. Tortuosidad

Se define como un camino

retorcido que conecta el pozo alcuerpo principal de la fractura, laFigura 7 se muestra cmo unafractura puede cambiar y girar paraalinearse con el plano preferencial defractura.

El ancho de fractura es proporcionala la diferencia entre la presin en lafractura y el esfuerzo contra el cualse abre la misma; cuando la fracturase abre contra un esfuerzo mayorque el mnimo in situ, el ancho de lafractura se reduce con relacin a

aqulla que gira. Este proceso dereduccin del ancho de fractura a lolargo de la reorientacin del caminorestringe el flujo y podra causar unacada de presin en la vecindad delpozo.

Pozo

Reorientacin

de la fractura

Fractura

Plana

24



27/65

de tratamiento debido a lasrestricciones en el ancho.

5. SISTEMAS DE FLUIDOSFRACTURANTES

Como se menciono anteriormente elproceso de un fracturamiento cido locomponen dos elementos:

a. Fracturamiento hidrulico.

b. Acidificacin de la roca.

Los sistemas de los fluidos sern enbase a la funcin que realizarandurante el proceso del fracturamiento.

5.1. Sistemas para el fracturamientohidrulico

Pueden ser de base agua o aceite.Las propiedades que debe cumplir

un fluido fracturante son lassiguientes:

i. Bajo coeficiente de prdida

ii. Bajas perdidas de presin porfriccin en el sistema.

iii. Fcil remocin despus deltratamiento

iv. Compatibilidad con los fluidos deformacin.

v. Mnimo dao a la permeabilidadde la formacin y fractura.

Figura 8.Desalineamiento entre disparos yel plano de la fractura provoca puntos muyajustados.

Nolte seal que si la fractura no inicia

en los disparos, el fluido se comunicarcon la fractura a travs de estrechos

canales alrededor de la tubera derevestimiento, atravesando el microanillo (A) y pasando el rea restringidaantes de entrar al cuerpo principal de lafractura, con tal velocidad queerosionan los puntos estrechos. Estoscanales pueden causar altas presiones

los accesorios necesarios para perforarla tubera. Si se usa una pistola fase 0,la orientacin de los disparos al planode la fractura puede ser tan similarcomo una fase de 90. Por otra parte,una alineacin cas perfecta de fase 0causa una propagacin preferencial defractura de un ala con penetracin

limitada del ala compaera, debido ala cada de presin que resulta del flujoalrededor del anular hacia el ala no

conectada.

Disparos

A

Restriccin

Pozo

25



28/65

Los fluidos base agua son los msutilizados en los tratamientos defracturamiento hidrulico por su bajocosto, alto desempeo y fcil manejo,ya que muchos polmeros solubles enagua pueden ser usados paraproporcionar una elevada viscosidad atemperatura ambiente, sin embargo a

medida que esta se incrementa, laviscosidad de los mismos disminuyesignificativamente.

No obstante, el efecto temperaturase puede contrarrestar con elaumento en la concentracin de

polmeros (carga polimrica), pero noresulta econmico, ni prctico por eldao que provoca en la cara de lafractura. En su lugar se utilizanagentes activadores cuya funcin esincrementar el peso molecularefectivo del polmero, aumentando laviscosidad del fluido.

5.1.1. Polmeros viscosificantes.

Existen distintos tipos, derivados dela goma natural guar o derivadoscelulsicos. En este aspecto elavance tecnolgico ha permitido el

desarrollo de nuevos fluidosfracturantes, bsicamente podemosnombrar los siguientes:

1. Goma Guar.

2. Hidroxipropil Guar (HPG).

3. Carboximetilhidroxipropil guar

(CMHPG).

4. Hidroxietil celulosa (HEC) oHidroxipropil celulosa (HPC).

5. Carboximetilhidroxietil celulosa

(CMHEC).

6. Goma xantana.

7. Fluidos de nueva generacin(fluidos de baja carga polimricay visco elsticos).

Para mayor detalle de estos

sistemas ver la gua defracturamiento hidrulicos conapuntalante.

5.1.2. Aditivos.

Se usan para efectuar el rompi-miento del fluido, controlar la prdidade fluidos, ajustar el pH, tener uncontrol de bacterias o mejorar laestabilidad con la temperatura;debiendo tener cuidado que uno nointerfiera en la funcin de otro.

Se cuenta con una gran variedad de

ellos que se pueden utilizar, siendolos ms comunes los siguientes:

Activadores de viscosidad. Sonagentes reticuladores que unen lascadenas formadas por el polmero yelevan considerablemente la

26


29/65



30/65

lo general, ayudan a mantener laviscosidad del gel reticulado a estastemperaturas, retardando ladegradacin. Suelen sercompuestos salinos, como eltosulfato de sodio (Na2S2O3), quefavorecen la formacin de unionesintermoleculares.

Surfactantes. Tambin llamadosagentes activos de superficie. Es unmaterial que, a bajasconcentraciones, absorbe lainterfase de dos lquidosinmiscibles, como pueden ser dos

lquidos (aceite y agua), un lquido yun gas o un lquido y un slido. Sonusados principalmente paraestabilizar emulsiones de aceite enagua, para reducir las tensionessuperficiales o interfaciales.Promueven la limpieza del fluidofracturante de la fractura, entre

otros.

Controladores de pH (buffers). Seutilizan por dos razones especficas:para facilitar la hidratacin o paraproporcionar y mantener un deter-minado rango de pH, que permita el

proceso de reticulacin (activacin).

Los buffers de hidratacin, por logeneral son sales, como el acetatode sodio o el bicarbonato de sodio,y se adicionan para facilitar laformacin del gel lineal (fluido sin

activar), mejorando la hidratacin,es decir, la incorporacin delsolvente en la cadena polimrica.

Estabilizadores de arcilla. Utilizadosbsicamente para la prevencin demigracin de arcillas. Se usansoluciones del 1 al 3% de cloruro de

potasio para estabilizar las arcillas yprevenir su hinchamiento. Tambinlos cationes orgnicos de tetrametilcloruro de amonio son usados comoefectivos estabilizadores.

5.2. Sistemas para

la Acidificacin

5.2.1. Base del sistema

En la estimulacin o fracturamientode pozos se utilizan cidos quereaccionan con los minerales quecontienen las formaciones, estas

reacciones son procesos decambios qumicos entre losreactantes para dar productos dereaccin; el conocimiento de cmo,cuando y donde se lleva a cabo esesencial para la seleccin y diseode los tratamientos, los cidos que

se utilizan mas comnmente son:

Inorgnicos:

a. cido Clorhdrico (HCL).

b. Fluorhdrico (HF).

28



31/65

Orgnicos:

c. Actico (2HCH3CO3).

d. Frmico (2HCOOH).

Tambin, se emplean la mezcla deellos y son de uso menos comn, yaque se utilizan para aplicacionesespecificas.

cido Clorhdrico: Este cido es unasolucin del gas cloruro de hidrogenoen agua y es el mas utilizado en lostratamientos cidos (estimulaciones yfracturamientos). Este gas se disocia en

agua rpidamente y completamentehasta un 43 % en peso a condicionesestndar; esta disociacin le da lacondicin de cido fuerte.

Su amplio uso es debido a esapropiedad (disociacin) debido a que

genera un mayor volumen de rocadisuelta, dando como resultadoproductos de reaccin solubles enagua; su principal desventaja de estecido es su alta corrosividad, lo quelimita su uso a temperaturas altas(alrededor de 300 F).

Comercialmente se encuentra dispo-nible hasta una concentracin del 32 %en peso.

cido Fluorhdrico: Este cido es elnico que permite la disolucin de

mineral silicio como las arcillas,

feldespatos y cuarzo, a causa de lamayor rea superficial de contacto delas arcillas; adems, reacciona con losminerales calcreos y al hacerlo seproducen precipitados insolubles,motivo por el cual no se utiliza en lostratamientos cidos en carbonatos. Por

lo que, se limita su utilizacin a laremocin de daos causados porarcillas en formaciones arenosas.

Se utiliza mezclado con el cidoclorhdrico a una concentracin nomayor al 3 %. En formaciones de alta

temperatura se utiliza con cidosorgnicos. Comercialmente seencuentra disponible en solucionesacuosas del 40 al 70 % deconcentracin en peso.

cido Actico: Este cido fue el primerode su tipo en emplearse en los

tratamientos de acidificacin, sucaracterstica principal es que es uncido dbil debido a que su ionizacinen agua es parcial y ocurre de maneralenta, esto hace que reaccionelentamente con los carbonatos, por loque es utilizado como cido retardado y

en condiciones de alta temperatura.

Por su caracterstica de baja reaccin ysolubilidad con rocas carbonatadas seutiliza como agente secuestrante defierro y controlador de arcillas. Adems,se emplea en combinacin con el cido

29



32/65

clorhdrico o fluorhdrico a una

concentracin no mayor a 10 % enpeso.

Este cido se presenta como cidoacuoso o no acuoso (glacial), en estaultima forma es soluble en agua o enaceite.

cido Frmico: Esta cido es masfuerte que el actico y mas dbil que elclorhdrico. Constituye un sistemaintermedio de ambos, tanto por sureaccin como por su costo dedisolucin de carbonatos. Este cido es

menos fcil de inhibir que el actico ybien inhibido puede utilizarse hastatemperaturas de 350 F.

Su utilizacin puede ser solo o encombinacin con el cido clorhdrico ofluorhdrico a una concentracin nomayor del 10 % en peso y se utiliza

como cido retardado.

5.2.2. Aditivos

Existe una gran cantidad de aditivosutilizados en los tratamientos cidos,que facilitan el uso de los sistemas

permitiendo una mayor efectividad,bsicamente estos puedenagruparse en:

Inhibidores de corrosin. Sonmateriales con una fuerte afinidadcon la superficie metlica, los cuales

forman una pelcula delgada en el

interior de la tubera y la protegen amedida que el cido es bombeado.

Surfactantes. Son comunes en todoslos tratamientos cidos y lasfunciones que realizan son:desemulsin, dispersin, prevencin

del sludge, penetracin y reduccinde la tensin superficial, evitar elhinchamiento o dispersin dearcillas, mojar de agua a la roca, sercompatible con los fluidos detratamiento y de la formacin, sersoluble a los fluidos de tratamiento a

temperatura de yacimiento. (Params detalle, ver la Gua deEstimulaciones).

Solventes mutuos. Los solventesmutuos o mutuales son otros aditivosfrecuentemente utilizados en lossistemas cidos, a menudo son

utilizados por su solubilidad tanto enfluidos base agua o aceite. Sedesarrollaron para facilitar lareaccin del cido en superficiescubiertas de aceite debido a suhabilidad para ayudar a disolver msall de la cubierta de aceite; tambin

ayudan a disminuir la tensinsuperficial del cido reactivo lo quefacilita la recuperacin del cidogastado y la limpieza del pozo.

Debido a sus propiedades, tienden alimitar la efectividad de los

30



33/65

inhibidores de corrosin y

frecuentemente la concentracin deestos ltimos debe ser incrementadaen el sistema de tratamiento cuandose usan este tipo de aditivo.

Los solventes mutuos para serefectivos, deben ser agregados en

concentraciones de aproximadamente10% del volumen de cido (lo queincrementa el costo del tratamiento) ysu uso debe ser evaluado antes deltratamiento.

Aditivos de control de fierro. Muchas

formaciones contienen Siderita,Hematita y otros minerales ricos enfierro, Adems del fierro que puede serdesprendido de la misma tubera, por lotanto los agentes secuestrantes defierro son un aditivo comn en lostratamientos cidos.

La qumica de los componentes deincrustaciones de fierro es mscompleja que las de otro tipo, ya queexisten dos formas de fierro en laformacin, ferroso y frrico (ste ltimode mayor riesgo, y el primero que seforma en las estimulaciones); en

solucin, la forma ferrosa puede seroxidada a frrico en presencia deoxigeno. La mayora de las aguas deformacin contienen menos de 100ppm de fierro, que puede verseincrementada substancialmente por

corrosin, o por contacto con magnetita

o hematita.

Mientras el cido no esta gastado su pHes 0 muy cercano a l, en estascircunstancias ningn in fierroprecipitar, sin embargo, a medida queel cido se va gastando, su pH tiende a

subir y al alcanzar valores superiores a2, donde comienza a precipitar el fierro.El in ferroso empieza a precipitar enpH de 5 y el frrico comienza a precipitarcon pH de 2.5 y totalmente con pH de3.5. Por ello es importante contar con lossecuestrantes de fierro adecuados einducir el pozo a produccin tan rpidocomo sea posible.

Agentes divergentes. El cubrirefectivamente el intervalo de inters escrtico para el xito de un tratamiento,la desviacin puede ser complemen-tada utilizando divergentes mecnicos

como empacadores, tapones puente,bolas selladoras en los disparos,slidos

Inhibidores de corrosin. Sonmateriales con una fuerte afinidad conla superficie metlica, los cuales

forman una pelcula delgada en elinterior de la tubera y la protegen amedida que el cido es bombeado.

Surfactantes. Son comunes en todoslos tratamientos cidos y las funcionesque realizan son: desemulsin,

31



34/65

dispersin, prevencin del sludge,

penetracin y reduccin de la tensinsuperficial, evitar el hinchamiento odispersin de arcillas, mojar de agua ala roca, ser compatible con los fluidosde tratamiento y de la formacin, sersoluble a los fluidos de tratamiento atemperatura de yacimiento. (Para ms

detalle, ver la Gua de Estimulaciones).

Solventes mutuos. Los solventesmutuos o mutuales son otros aditivosfrecuentemente utilizados en lossistemas cidos, a menudo sonutilizados por su solubilidad tanto enfluidos base agua o aceite. Sedesarrollaron para facilitar la reaccindel cido en superficies cubiertas deaceite debido a su habilidad paraayudar a disolver ms all de lacubierta de aceite; tambin ayudan adisminuir la tensin superficial del cidoreactivo lo que facilita la recuperacin

del cido gastado y la limpieza delpozo.

Debido a sus propiedades, tienden alimitar la efectividad de los inhibidoresde corrosin y frecuentemente laconcentracin de estos ltimos debe

ser incrementada en el sistema detratamiento cuando se usan este tipode aditivo.

Los solventes mutuos para serefectivos, deben ser agregados enconcentraciones de aproximadamente

10% del volumen de cido (lo que

incrementa el costo del tratamiento) ysu uso debe ser evaluado antes deltratamiento.

Aditivos de control de fierro. Muchasformaciones contienen Siderita,Hematita y otros minerales ricos en

fierro, adems del fierro que puede serdesprendido de la misma tubera, por lotanto los agentes secuestrantes defierro son un aditivo comn en lostratamientos cidos.

La qumica de los componentes deincrustaciones de fierro es mscompleja que las de otro tipo, ya queexisten dos formas de fierro en laformacin, ferroso y frrico (ste ltimode mayor riesgo, y el primero que seforma en las estimulaciones); ensolucin, la forma ferrosa puede seroxidada a frrico en presencia de

oxigeno. La mayora de las aguas deformacin contienen menos de 100ppm de fierro, que puede verseincrementada substancialmente porcorrosin, o por contacto con magnetitao hematita.

Mientras el cido no esta gastado supH es 0 muy cercano a l, en estascircunstancias ningn in fierroprecipitar, sin embargo, a medida queel cido se va gastando, su pH tiende asubir y al alcanzar valores superiores a2, donde comienza a precipitar el fierro.

32



35/65

El in ferroso empieza a precipitar en

pH de 5 y el frrico comienza aprecipitar con pH de 2.5 y totalmentecon pH de 3.5. Por ello es importantecontar con los secuestrantes de fierroadecuados e inducir el pozo aproduccin tan rpido como seaposible.

Agentes divergentes. El cubrirefectivamente el intervalo de inters escrtico para el xito de un tratamiento,la desviacin puede ser comple-mentada utilizando divergentes mec-nicos como empacadores, taponespuente, bolas selladoras en losdisparos, slidos qumicos, espuma eincremento en el ritmo de inyeccin pordebajo de la presin de fractura.

Gas. Es tambin considerado unaditivo en tratamientos cidos. ElNitrgeno puede agregarse al cido

para facilitar la recuperacin del cidogastado cuando se acidifican pozosdepresionados y por supuesto cuandose usa espuma nitrogenada comodivergente.

6. METODOLOGA

DE DISEO

6.1. Fundamentos

Existen dos razones por las cuales serealiza un tratamiento de fractura en un

pozo: para incrementar su produccin

o su inyectividad, o para incrementarsu vida til. Si el tratamiento se realizaen un pozo productor, asumiendo quecontenga hidrocarburos para produciry que la presin sea suficiente en elyacimiento, el tratamiento de fractura,por lo general, incrementa la

produccin, lo que da como resultadoun retorno ms rpido de la inversin,ya que las reservas son recuperadasen un perodo de tiempo ms corto.Cuando se disea una fractura cidase deben considerar todos los factoresque afectan al tratamiento.

i. En pozos de temperatura baja amoderada, el factor msimportante es el control del filtradodel cido.

ii. Para alta temperatura, el factorlimitante es la velocidad de

reaccin del cido.iii. En formaciones blandas, el

tratamiento debe ser diseadopara proveer la mximaconductividad posible.

6.2. Validacin del pozo

propuesto

Cuando existe un pozo precandidato afracturar se requiere un rigurosoproceso para que finalmente se ejecutey se evale el tratamiento, el primerpaso en este proceso consiste en la

33



36/65

validacin del pozo precandidato, por lo

que es conveniente tener en cuenta eneste punto dos consideracionesimportantes:

6.2.1. Validacin de las condicionesdel pozo y del yacimiento

El ingeniero de diseo deberconsiderar como parte de su pro-puesta del sistema de tratamiento, larevisin y anlisis de la declinacin dela produccin o en su caso laproduccin por debajo de lo esperadoen un pozo, atendiendo los siguientespuntos:

a. Historia de presiones.

b. Cambios de estranguladores.

c. Comportamiento de produccin deagua.

d. Comportamiento de la relacin gas aceite.

e. Historia de intervenciones.

f. Revisin de conexiones y sistemasuperficial de produccin.

g. Verificacin de la influencia de

pozos vecinos inyectores.

h. Comparacin de la produccin conpozos cercanos.

i. Comparacin de la reserva delyacimiento con la produccinacumulada del pozo.

Adems, debe contarse con unacantidad de informacin previa y conuna serie de herramientas como:

k. Registros elctricos.

l. Anlisis pre y postfractura depozos vecinos.

m. Estudios de laboratorio sobrepropiedades de la formacin yfluidos.

n. Caractersticas del fluido defractura.

o. Resultados del anlisis de la pre-sin transitoria del yacimiento paraestimar su permeabilidad y dao.

p. Simuladores del comportamientode la produccin del yacimiento.

q. Modelos para el diseo defracturas acidas (hidrulica y

cintica de la reaccin del cido).

r. Anlisis de pruebas micro yminifrac.

s. Anlisis postfractura de pozosvecinos.

6.2.2. Identificacin de presenciade pseudo daos

Las condiciones que limitan elpotencial de produccin de un pozo yque no pueden ser corregidasmediante un tratamiento de fractura,

34



37/65

son conocidas como pseudo daos y

podemos sealar los siguientes:

a. Baja densidad y penetracin dedisparos.

b. Fase inadecuada de disparos.

c. Formacin de incrustaciones en

el pozo.d. Produccin por debajo del punto

de burbuja (bloqueo por gas).

e. Produccin de arena.

f. Tuberas colapsadas.

g. Problemas por obstruccionesmecnicas.

h. Mala cementacin.

i. Diseos inadecuados determinacin (aparejo, estrangu-lador, sistema artificial, etc.).

6.3. Consideraciones de diseo

El diseo de un trabajo de frac-turamiento cido es exclusivo paraun determinado pozo y no debe seraplicado a otro, pues el xito logradoen el primero muy probablemente no

se repetir en el segundo. Serequiere de un conocimientodetallado de la geologa delyacimiento especfico, su mecanismode produccin y caractersticas delos fluidos de yacimiento. El anlisispetrogrfico de la roca de yacimiento

es un factor clave de xito, por lo que

deben considerarse los siguientesparmetros de diseo:

6.3.1. Litologa y mineralogade la formacin

Analizar los valores de porosidad y

permeabilidad para determinar laconductividad y longitud de fractura.As mismo, la resistencia de la rocagobierna el ancho de fractura.

6.3.2. Geometra de la fractura

El mdulo de Young estrelacionado con el ancho de fracturay con la posibilidad de obtencin defracturas altamente conductivas.

La relacin de Poisson est ligadaal esfuerzo horizontal actuantesobre la roca y al gradiente de

fractura.

Los esfuerzos horizontales en losestratos limitantes se relacionan conla posibilidad de que la fractura seextienda por encima o por debajode la zona de inters. Una zona con

un esfuerzo horizontal pequeo ybaja relacin de Poisson,probablemente no servir comobarrera efectiva para la extensin dela fractura, mientras que una zonacon alta relacin de Poissonconfinar la fractura.

35


38/65



39/65

6.4. Seleccin del sistema

de fluidos fracturantes

Existe una amplia gama de fluidos defractura para responder a la granvariedad de condiciones de un pozo.

Estos fluidos han sido diseados

para diferentes niveles de pH,amplias variaciones de temperaturay, en fin, para las caractersticasprevalecientes de un proceso defracturamiento. Cuando se seleccio-na el fluido de fractura se debenconsiderar tres elementos: dispo-nibilidad, costo y calidad tcnica.

Adems, se deben considerar lossiguientes aspectos:

a. Tipo de formacin.

b. Temperatura.

c. Mineraloga.

d. Compatibilidad con los fluidos deformacin.

6.5. Variables crticas

6.5.1. Temperatura

de fondo del pozo

Es la consideracin ms importanteen la seleccin del fluido. Serelaciona con el tiempo de bombeo,la prdida por filtrado y la limpieza de

la formacin, una vez extrado el

fluido. Debido a la fuerte depen-dencia de la estabilidad del fluido conla temperatura, si el fluido no man-tiene la viscosidad a la temperaturade fondo del pozo, esto puedeocasionar una prdida adicional delfluido por el efecto del filtrado a la

formacin, y consecuentemente, elcido se gastar ms rpidamente.

6.5.2. Prdida de fluido

La prdida de fluido afecta el tiempode la penetracin y de cierre, existeun cierto grado de dependencia de lapermeabilidad de la formacin, peroel control de prdida de lquido paracasi cualquier sistema de fluido defractura puede ser mejorado usandolos aditivos adecuados.

6.5.2.1. Tcnicas para el control

de filtrado

Colchn de cido gelificadoreticulado. Para reticular estossistemas se utilizan el titanato o losaldehdos. En general este tipo degel reticulado tiende a ser sensible al

corte y es inestable a altatemperatura. Su uso es muy limitado

Colchn de cido emulsificado. Unaemulsin de cido en aceite (Faseexterna) provee un muy buen controlde filtrado, la gran desventaja de

37



40/65

este sistema es el alto volumen de

aceite necesario para supreparacin. Su presencia reduce elvolumen de cido disponible para elgrabado de la roca y limita laconductividad obtenida con eltratamiento. Su uso es muy limitado.

Colchn de cido espumado. Es unode los mtodos ms efectivos paracontrolar la prdida de filtrado. Variosinvestigadores probaron que proveede un excelente control del filtrado,especialmente si se utiliza unprecolchn viscoso delante del cidoespumado.

No obstante, espumar el cidoreduce el volumen de cidodisponible para grabar la roca. Porello en estos casos se debe utilizar lamayor concentracin de cidoposible para preparar la espuma con

el fin de maximizar el cidodisponible para grabar las caras dela fractura.

6.5.3. Velocidad de reaccindel cido

Frecuentemente se considera muyimportante la necesidad de reducir lavelocidad de reaccin del cido paraalcanzar una mayor penetracin dela fractura; en pozos de baja ymoderada temperatura este factorquizs no sea tan importante, pero

en el caso de altas temperaturas,

este se vuelve muy importante.

6.5.3.1. Tcnicas para el controlde la velocidadde reaccin del cido

Emulsiones. Los emulsionantes son

materiales ampliamente conocidoscomo retardadores de cidos. Sonpreparados usando comnmentekerosn o diesel como fase aceite ycido clorhdrico (HCl) como faseacuosa; ambos tipos, directa einversa, han sido utilizadas con xito.

La ms utilizada es la inversa (Faseexterna aceite) ya que fsicamentesepara el cido de la roca. Lossurfactantes utilizados en este casodejan la cara de la fracturafuertemente mojable al aceite,retardando la reaccin entre el cido

y el carbonato. Agregandosurfactantes retardadores seconsigue que la velocidad dereaccin sea baja, tanto encondiciones estticas o dinmicas.

La viscosidad de la emulsin es

controlada por la fase externa, slose requiere de un 10 al 15% dehidrocarburo para prepararla, aunqueactualmente se usa hasta un 30%.La alta viscosidad causa muchafriccin durante el bombeo, esto nolas hace muy aptas para fractura. No

38



41/65

obstante se utilizan ocasionalmente

porque proveen de un muy buencontrol del filtrado y de la velocidadde reaccin.

cidos gelificados. Se considera quelos cidos gelificados son retardadosnaturalmente, simplemente por

efecto de un rea de contactoreducida y una mayor viscosidad queno permite que la roca se mojeeficientemente, haciendo que lavelocidad de transferencia de masaentre el cido y la formacin seamenor. En realidad, la retardacinprovista por este mtodo esprobablemente pequea y bajociertas condiciones de flujo lavelocidad de reaccin puedeacelerarse.

En condiciones de filtradoconsiderable, la velocidad de

reaccin es menor, ya que elpolmero se deposita en la superficiede la roca, inhibiendo parcialmente elcontacto entre cido y formacin.

cidos espumados. De la mismamanera se propuso la utilizacin de

cido espumado para reducir lavelocidad de transferencia de masa,inducida por su mayor viscosidad.Pocos estudios se hicieron sobreeste tema, en los cuales se observen pruebas de grabado, que laespuma disolva ms material que el

cido convencional, esto contradeca

investigaciones anteriores realizadospor Holcomb (1977). De cualquiermanera, su principal ventaja es sucontrol de filtrado.

6.5.4. Conductividad de fractura

Para que una fractura cida seaefectiva, las caras del canal abiertodeben quedar grabados en formasuficiente e irregular para que laconductividad resultante sea mximaluego de cerrada la formacin.

La conductividad del grabado esinfluenciada por la cantidad dematerial removido por disolucin y laforma de limpieza del canal formado.Si el grabado es uniforme, laconductividad resultante ser pobre.Afortunadamente este es un casoque raramente se da porque la gran

mayora de rocas son mineral-gicamente heterogneas, provo-cando que el grabado sea altamentealeatorio y no uniforme.

Adems, la velocidad del cidomovindose dentro de los canales

provoca que los mismos seerosionen en forma diferente,creando un patrn similar a valles ymontaas, que hacen que el flujo sedirija por canales selectivos y noreaccione toda la superficie expuestaal cido.

39



42/65

Otro factor importante es la dureza de

la roca y su esfuerzo de confinamiento.Si el esfuerzo de cierre es muy alto y laroca es blanda, va a generar una granprdida de conductividad cuando lafractura se cierre.

6.5.4.1. Tcnicas para optimizar

la Conductividad

Colchn viscoso por delante deltratamiento. Es la tcnica msutilizada. Al crear ancho no soloincrementa la penetracin del cido,sino que induce la dendritificacinviscosa del cido ms fluido de laetapa subsiguiente.

Surfactantes como retardadores.Broaddus y Knox (1965) sugirieronque el uso de retardadores para cidomejoraba la conductividad de lafractura, promoviendo un grabado no-

uniforme. No obstante Nierode y Kurk(1973) en su estudio acerca del efectodel cido demostraron que la eficaciade los retardadores para mejorar laconductividad era inefectiva cuando sele estudi bajo condiciones simuladasde tratamiento.

6.6. Optimizacin del diseo

El proceso de optimizacinusualmente tiene dos componentes:

a. La determinacin del volumen de

fluido necesario y el costo de losmateriales y servicios a utilizar.

b. La estimacin de la produccin aobtener luego del tratamiento.

En el caso de la conductividad se

considera que es constante, noobstante, esto no es verdad, ya que esimpredecible debido a factores fuerade nuestro control como laheterogeneidad de la roca, que impideun grabado uniforme de las caras de lafractura; adems, tambin se debealcanzar una longitud mnima deancho grabado. Estos factores hacenque la estimacin de un retornoeconmico sea mucho ms difcil en elcaso de las fracturas cidas. Tal es asque actualmente slo se aproxima elestudio de cada caso a unaproduccin ptima ideal.

7. EVALUACIONDEL FRACTURAMIENTOCIDO

La evaluacin de un tratamientoprovee un panorama de que tan biense ha ejecutado y si las metas fijadasen el diseo se han alcanzado, aun silos resultados han sido pobres, losdatos que se pueden obtener de suevaluacin, son tiles para redisear yoptimizar la fractura. Para llevar a cabo

40



43/65

la evaluacin se utilizan datos

obtenidos principalmente de:

i. La operacin de fractura (Anlisisde la presin de fractura)

ii. La produccin post-tratamiento.

7.1. Anlisis de presiones

de tratamiento.

La base es usar la evolucin de laPresin Neta (PN), sucomportamiento a travs del tiempoesta relacionada con la geometrade fractura, especialmente con

aquellos aspectos relacionados a lapropagacin de la altura defractura. La magnitud de la presinneta esta controlada por lageometra de fractura y el mduloelstico por un lado y por laviscosidad y gasto del fluido por

otro. Es decir que nosotrospodemos controlar la magnitud deesa Presin Neta mediante lavariacin del gasto de bombeo y/la viscosidad del fluido

Interpretacin de la Curva deDeclinacin de Presin. El anlisis

de esta curva nos permitecaracterizar la geometra defractura y determinar la presin decierre sobre el agente de sostn, elcoeficiente de prdida y laeficiencia del fluido de fractura.

Prediccin del crecimiento vertical y

mediciones post-tratamiento. Laprediccin de la altura de fractura sebasa en el anlisis y mediciones in-situ de las propiedades de la roca enlas capas situadas por encima y pordebajo de la productora a tratar. Lasmediciones post-tratamiento (Perfiles

radioactivos y de temperatura)permiten una exacta magnificacinde la altura.

7.2. Curvas de variacin de presin

Las curvas de variacin de presin ysu anlisis respectivo, son unaherramienta en la definicin de losparmetros de la geometra defractura, tales como: longitudhorizontal y conductividad de lamisma. Las curvas de variacin depresin implican la interpretacin dela transmisin del pulso de presin

transitorio, a travs de la vecindaddel pozo (fractura) y el yacimientomismo.

La estimacin y evaluacin de laspropiedades de la formacin y losparmetros de la fractura, requieren

una identificacin de los regimenesde flujo caractersticos de dichocomportamiento, mediante el anlisisde pruebas de variacin de presin,lo cual incluye el anlisis dediagnstico mediante la tcnicadoble logartmica, de la respuesta de

41



44/65

presin de fondo y su

correspondiente derivada; el anlisisde grficos especializados para laidentificacin de los regmenes deflujo y la simulacin completa de lahistoria de presin-produccin.

7.3. Anlisis Nodal postfractura

El anlisis nodal es una herramientade ajuste que corrobore el valor dedao determinado y permite crearuna simulacin del comportamientode produccin de un pozo, adems,evala un sin nmero de parmetros,entre los cuales podemos citar:

a. Presencia de dao.

b. Pronsticos de produccin.

c. Determinar cadas de presin.

d. Evaluar produccin simulando

diferentes cambios en el sistema.e. Determinar dimetro ptimo de

tuberas de produccin.

f. Ajustar correlaciones de flujo.

7.4. Anlisis de Productividad

En los aspectos de productividad depozos, los fracturamientos ya seanapuntalados o cidos, se apoyan endos formas para evaluarlos demanera integral:

a. Mediante registros convenciona-

les y especializados.

b. Pruebas de pozos.

La evaluacin mediante los registrostiene como objetivo principaldeterminar la geometra de lafractura obtenida, en combinacin

de la superposicin de las curvas depresin registrada durante eltratamiento vs. el comportamientode presin en el diseo. Acontinuacin se presentan algunosde los registros utilizados para estefin:

7.4.1. Registro de Produccin(PLT)

El Registro de Produccin no puededeterminar ningn parmetrogeomtrico por s mismo, ya quemide la entrada de fluidoproveniente de cada intervalocomenzando desde el fondo hastala superficie, esta medicin serealiza en rpm del molinillo que sirvecomo contador del fluido. Como seconoce el volumen desplazado porcada rpm, entonces se calcula el

gasto tramo por tramo, Figura 9.

El aforo o gasto lquido total medidoen fondo no tiene porque ser igual altotal medido en superficie, ya que alvariar la presin y la temperatura a

42



45/65

Figura 9. Perfil de las curvas presin,densidad y temperatura del registro PLT.

lo largo de la tubera, tambin

varan los parmetros del fluido,especialmente la relacin Gas-Aceite (RGA).

Esta caracterstica nos permitetambin determinar de donde vieneel aceite, gas o el agua, mediante el

clculo de los gradienteshidrostticos del fluido punto apunto a lo largo del pozo. En efecto,los cambios de pendiente de lacurva de densidad nos indican eltipo de fluido actualmenteproducido.

Production log

Gas Flow

water Flow

Density

Temperature

Gamma Ray log Depth

5000

5100

Post-

treatment

gamma

ray

Pre-

treatment

gamma

ray

5200

Figura 10. Perfil de la curva detemperatura.

7.4.2. Registro de Temperatura

El registro de temperatura es muy tilpara estimar la altura de la fracturapor medio del enfriamiento de lazona afectada por la inyeccin de losfluidos. Como la recuperacin detemperatura toma su tiempo,

dependiendo el mismo de lascondiciones de transmisibilidad delcalor tanto de la formacin como delfluido, es posible realizar el registrovarias horas despus de realizado elbombeo. El perfil obtenido, se puede

Thermal

conductivityeffects

Prefractureprofilo

Slanc

log

Profiles

separate

Posfracture

Profile

Fracture top

perforations

Temperature (0f)

175 200 225 250 275

10,400

10,200

10,000

9800

9600

9400

9200

9000

880

Ddedepth

43



46/65

comparar con uno tomado previa-

mente a la inyeccin, la diferencia deperfiles o la deflexin en ellos, nosindicar la zona afectada por lainyeccin y la longitud vertical de lamisma, Figura 10.

El fluido a utilizar debe tener

similares caractersticas reolgicasque el utilizado para la fractura. Sepuede realizar con salmuera o gellineal ya que su viscosidad suele sersimilar, en la mayora de los casos ala del cido utilizado.

7.4.3. Trazadores Radiactivos

La colocacin de diferentes traza-dores radioactivos en el colchn; lasetapas de cido o ambas a la vez,nos permite registrarlas despus conun Rayo Gamma.

El registro nos indica que zonastomaron fluido. Si, adems utilizamosdiferentes istopos para las dife-rentes etapas, podemos ver la ubica-cin final de cada una de ellas.

El ejemplo de la Figura 11, nos

muestra un registro tpico de traza-dores en donde se nota que la fracturase ha confinado dentro de las barrerasnaturales de la formacin.

Los Istopos utilizados para trazar nopueden tener una vida media muy

alta. Usualmente se usan Istopos

de Antimonio, Iridio y Escandio,cuyos diferentes niveles radioactivospueden ser fcilmente diferenciadosuno de otro por la herramienta demedicin, para luego determinar laposicin exacta de colocacin decada etapa.

Figura 11. Perfil de curvas de laradioactividad de los istopos inyectadosdurante el tratamiento.

7.4.4. Pruebas de pozo

La evaluacin del fracturamiento atravs de las pruebas de pozos hasido utilizada exitosamente, ya queadems de conocer la posible

44



47/65

dimensin de la fractura, tambin

pueden determinar las caracters-ticas del yacimiento.

La geometra obtenida por mtodosde pruebas de pozo es la que vela produccin en el perodo dedicha prueba; si se desea conocer

el estado final de la fractura, estaspruebas deben ser lo suficiente-mente largas como para observarun flujo pseudo-radial.

Diferentes autores e investigadoreshan reportado mtodos y curvasrelativas con el fin de estandarizar

los procedimientos y explicar elproceso. Normalmente utilizaronmodelos que consideraban unestado de flujo estabilizado radial(Steady-State) o pseudo radial, detal manera que no consideraban losperiodos transitorios previos. Los

ltimos autores, a partir deGringarten y especialmente CincoLey y Samaniego, tuvieron enconsideracin esos periodos y losvolcaron en Curvas Tipo decomportamiento ms generalizado.

En la figura 12, puede observarsealgunas de las correlaciones msconocidas.

En la actualidad, contina eldesarrollo de este tipo de curvascon procedimientos que evalan los

Figura 12. Comparacin de curvas tipopor diferentes autores, determinacin dela conductividad e ndice de productividad.

periodos transitorios y toman

algunas de estas correlacionespara determinar los resultadosdurante el estado estabilizado delflujo.

A continuacin se mencionan algu-nos de los autores que han

desarrollando estas curvas tipopara la evaluacin de la fractura:

i. Correlacin de McGuire &Sikora (1960)

ii. Correlacin de Prats (1961)

iii. Gringarten & Ramey (1973)

iv. Cinco Ley & Samaniego (1978)

v. Agarwal y Otros (1979)

Flowe

fficiency

Relative conductivity

Raymond and Binder (1967)

McGuire and Sikorca (1960)

Pracs (1961)

Tinsley (1969)

103 104 1052

4

6

8

10

12

45



48/65

7.5. Anlisis Econmico

La determinacin de la penetracin yconductividad de la fractura para unaseleccin del tamao del tratamientopor medio de un simulador permiterealizar combinaciones de las varia-bles a ser consideradas, y comparar

el efecto de varias variables paraobtener un diseo ptimo ante unadeterminada situacin.

Esto ltimo generalmente se hace atravs del clculo del valor presenteneto (VPN), comparando las ganan-cias de la produccin pronosticada

con los costos del tratamiento. Elanlisis de una prueba minifrac,realizada justo antes del trabajo defractura, puede ayudar a determinarlos valores de prdida de filtradopara los fluidos reales a utilizar.

46



49/65

APENDICE 1.

Nomenclatura

Pf Presin de fractura, psi.

Pci Presin de cierre instante-nea, psi.

Ph Presin hidrosttica, psi.

Densidad del fluido, lb/gal.

D Profundidad, pies.

Ps Presin de superficie, psi.

Pfrictp Presin de friccin en la TP,

psi.

PfricP Presin de friccin en losdisparos, psi.

PHid Potencia Hidrulica, HHP.

Esfuerzo normal, psi.

Deformacin del material,adimensional.

E Mdulo de elasticidad ode Young, psi.

Relacin de Poisson,adimensional.

Deformacin longitudinal,adimensional.

L1 Longitud de la muestra sinaplicacin de fuerza, pulg.

L2 Longitud de la muestra

resultante con aplicacin defuerza, pulg.

Deformacin longitudinal conaplicacin de fuerza,adimensional.

D1 Dimetro de la muestra sin

aplicacin de fuerza, pulg.D2 Dimetro de la muestra con

aplicacin de fuerza, pulg.

Coeficiente Poroelstica deBiot, adimensional.

Esfuerzo efectivo, psi.

Py Presin de yacimiento, psi.

Esfuerzo de corte, psi.

dT Diferencial de temperatura,F, C.

min Esfuerzo mnimo, psi.

t Esfuerzo de tensin de laroca, psi.

v Esfuerzo vertical (sobre-carga), psi.

H Esfuerzo horizontal mximo,psi.

h Esfuerzo horizontal mnimo,psi.

Poder gevimtrico dedisolvencia.

47



50/65

mineral Coeficiente estequiom-

trico del mineral, adimen-sional

cido Coeficiente estequiom-trico del cido, adimen-sional.

MWmineralPeso molecular del

mineral, gr/mol.MWcido Peso molecular del cido,

gr/mol.

Xc Poder de disolucin

C Concentracin del cido,porcentaje.

c Densidad del cido, gr/cm3

CaCO3 Densidad de la roca, gr/cm3

Q Gasto de inyeccin de labomba, bpm.

Xf Longitud aparente de

fractura, m, ft.XF Longitud de fractura, m, ft.

Ky Permeabilidad en ladireccin Y.

Kx Permeabilidad en ladireccin X.

KIC Factor de intensidad de laroca.

p Cadas de presin en lavecindad del pozo, psi.

ppf Cadas de presin a travs

de los disparos, psi.

ptort Cadas de presin portortuosidad, psi.

pmisalign Cadas de presindebido a desalinea-miento de los disparos,

psi.Wsa Peso de la mezcla HCl +

H2O.

Vsa Volumen de la mezcla HCL +H2O.

sa Densidad del cido (HCL).

x Velocidad del cido.

Factor de Forma.

w Ancho de la fractura.

h Altura de fractura.

Xfa Longitud de fractura acida.

qi Gasto de inyeccin.

Deff Coeficiente de Difusin.

PYAC Presin de yacimiento.

Wkf Conductividad efectiva.

C1 Constante.

C2 Constante.

SROCK Resistencia de la Roca.

Esfuerzo de la formacin.

48



51/65

fX Longitud de fractura efectiva.

Ky Permeabilidad en Y.

Kx Permeabilidad en X.

FCD Conductividad adimensional.

tD Tiempo adimensional.

Ko Permeabilidad de laformacin.

t Tiempo de anlisis.

Porosidad de la formacin.

Viscosidad del fluido.

Ct Compresibilidad de laformacin.

QD Gasto adimensional.

NP Produccin acumulada.

ht Altura de la fractura acida.

P Cada de presin en elsistema.

o Factor volumtrico delaceite.

z Factor de compresibilidaddel gas.

m Pendiente de la lnea recta.Xfp Longitud de fractura

apuntalada.

Pp Presin de poro, psi

dC Variacin de la

concentracin del cido,adimensional

dt Variacin del tiempo, min.

Co Concentracin del cidoinicial, adimensional.

Cf Concentracin del cido

final, adimensional.

CD Velocidad de reaccin delcido, moles/seg

p Presin de inyeccin dentrode la fractura, psi

49



52/65

APENDICE 2.

Cantidad de caliza que disuelve un cido.

1. Estimar la cantidad de calizadisuelta por 1000 litros de

solucin de HCL al 15% en peso.

Recordando la reaccin qumica delHCL con Caliza, es:

Los pesos moleculares de loselementos qumicos de estoscompuestos son:

H = 1.00797, Cl = 35.453, Ca= 40.08C = 12.01115, O = 15.9994

El peso molculas de loscompuestos que intervienen en lareaccin son:

HCl = 2 x (1.00797 + 35.453)= 73 Kg/mol-Kg

CaCO3= 40.08 + 12.01115 + [3 x 15.9994]

= 100 Kg/mol-Kg

CaCl2= 40.08 + [2 x 35.453]= 111 Kg/mol-Kg

H2O = [2 x 1.00797] + 15.9994= 18 Kg/mol-Kg

CO2 = 12.01115 + [2 x 15.9994]= 44 Kg/mol-Kg

Entonces, podemos decir que:

73 kg/mol-kg de HCL reaccionarncon 100 kg/mol-kg de CaCO3 paraproducir 111 kg/mol-kg de CaCl2, 44kg/mol-kg de CO2 y 18 kg/mol-kg deH2O.

As, para nuestro ejemplo, seprocede de la siguiente manera:

Vsa= 1000 litros de HCL 15 %

sa= 1.075 kg/l(densidad del HCL al 15%)

Por definicin: (1)

cido clorhdrico Carbonato de calcio

2 HCL CaCO3+

Cloruro de calcio AguaCaCL2 H2O

+ Bixido de carbonoCO2

+

V

W

50



53/65

Haciendo la similitud para nuestro

caso, tenemos que:

(2)

Donde: Wsaes el peso de la mezcla

HCl + H2O

Vsa es el volumen de lamezcla HCL + H2O

Entonces, (3)

Sustituyendo los valores en la

expresin, tenemos:

Wsa= 1000 litros * 1.075 kg/litro

Wsa= 1075kg (HCl + H2O)

Para el peso del cido:

Concentracin del cido 15 % enpeso.

Wcido= Wsa * Concentracin del cido= 1075 kg * 0.15

Wcido

= 161.25kg

Ahora, tenemos que:

X kg CaCO3= 161.25*100 / 73

X = 221 Kg CaCO3

De la misma manera para loscomponentes de la reaccin,tenemos:

Para CaCl2

X = 245 kg CaCl2

Para CO2

X = 97.2 kg CO2

Para el H2O

Vsa

Wsasa

Vsa*Wsa sa

)CaCO(KgX

)HCl(Kg5.161

)CaCO(Kg100

)HCl(Kg73

33

)ClCa(KgX

)HCl(Kg5.161

)ClCa(Kg111

)HCl(Kg73

22

)CO(KgX

)HCl(Kg5.161

)CO(Kg44

)HCl(Kg73

22

)OH(KgX

)HCl(Kg5.161

)OH(Kg18

)HCl(Kg73

22

51


54/65

APENDICE 3.C l l d di d f t i t id



55/65

Calculo de diseo de un fracturamiento cido.

1.- Calculo de la Longitudde fractura

Determinar la relacin entre lapenetracin del cido y las variablesdel tratamiento, considerando que la

velocidad del fluido a lo largo de unafractura esta dado por la siguienteexpresin:

wh

q

Af

qiu ix

2

(1)

Donde:

x= Velocidad del cido

= Factor de Forma:

= 1 Modelo 2D KGD

= /4 Modelos 2D PKNw = Ancho de la fractura

h = Altura de fractura

Utilizando los valores siguientes:

Gasto (qi): 25 bpm

Ancho (w): 0.22 pulg

Altura (h): 19 m

Difusividad (Deff): 4E-4 cm2/seg

: /4 Mod. 2D PKN

En este caso el ancho de fractura esgenerado por un colchn de fluidoreticulado bombeado por delante deltratamiento.

SOLUCIN:

La penetracin horizontal o longitudde una fractura cida (Xfa) estadeterminada por la siguienteecuacin:

eff

i

f

pipxaf D

whq

A

tqtuX

8. (2)

Utilizando los valores anexos y losreemplazamos en la ecuacin 2,acomodando las unidades, resultaen:

m77.5

444

819

22.025673.0

E

Xfa

Xfa= 77.5 m

Aqu podemos observar que las dosvariables ms significativas queinfluyen sobre la penetracin son: elgasto de bombeo y el ndice deDifusividad del cido (Deff). A mayorgasto y/o menor difusividad (o

53


8.- fracturamiento acido

Documents