Caracterizacin de

yacimientos de gas

entrampado (lutitas).

Shale Gas

Conocido tambin como gas de lutitas essimplemente gas natural cuya

procedencia es el esquisto (en ingls,

shale).

Los esquistos son rocas sedimentarias1 de

grano fino compuestas por arcilla, lodo y

limo, las cuales son ricas en materia

orgnica. Los esquistos se caracterizan

por su alta impermeabilidad (la cantidad

de poros que poseen es muy baja, lo cual

evita la fuga de los fluidos que contiene).

Shale Oil

Lutita petrolfera es el termino que describe la roca sedimentaria de grano muyfino que contiene volmenes relativamente grandes de material orgnico

inmaduro, o kerogeno. Se trata en esencia de roca generadora (roca madre)

potencial que habra generado hidrocarburos, si hubiera sido sometida a un

proceso de sepultamiento geolgico, a temperaturas y presiones requeridas,

durante un tiempo suficiente.

Caracterizacin de

yacimientos de gas lutita

GAS ENTRAMPADO EN LUTITAS

Principales caractersticas:

Lutitas ricas en contenido orgnico

Naturalmente fracturadas

Se forma en rocas enterradas entre los 450 y los 5.000 metros

El gas se almacena de tres maneras:

Absorbido por el kergeno

Atrapado en poros de sedimentos

Confinado en fracturas internas

ROCA GENERADORARoca sedimentaria con alto contenido de materia orgnica, enterrada a gran profundidad

de sepultamiento y con alta temperatura.

Contenido en materia orgnica Color de roca

1 y 3% Negro

0.5% Verde a gris

Tipo Kergeno Profundidad (km) Temperatura(C)

Aceite Saprpelico 2-4 100

Gas Hmico >6 150

La determinacin e identificacin de la roca generadora se basa en

dos factores:

Contenido de materia orgnica

Tipo de materia orgnica

La materia orgnica es el material compuesto de molculas

orgnicas (monmeros y polmeros) derivado de la materia orgnica

de los organismos, una vez que mueren se depositan y preservan; si

el medio sedimentario est en condiciones reductoras, entonces, el

material orgnico se puede transformar en compuestos de petrleo.

El parmetro de Carbono Orgnico Total (COT) refleja la riqueza orgnica

de las rocas sedimentarias y el potencial generador que puede estar

contenido en un nivel estratigrfico dentro de la cuenca sedimentaria. Si

estas rocas alcanzan la madurez suficiente se convertirn en generadoras

de hidrocarburos.

TIPO DE ROCA COT

Areniscas .03

Lutitas rojas .04

Lutitas verdes 0.11 a .54

Lutitas grises 1.2 a 3

Lutitas negras 7 a 11

Calizas y dolomas .2 a 3.2

Lutitas calcreas y calizas

arcillosas

4 a 18

EVALUACIN Y MADURACIN DE LA MATERIA ORGNICA

Cuando la materia orgnica es sepultada sufre importantes

transformaciones fsico-qumicas controladas por, las condiciones de

temperatura y presin en el subsuelo hasta convertirse en

hidrocarburo.

DIAGENSISTransformacin de la materia orgnica que ocurre a profundidades

someras donde se desarrollan los procesos de alteracin biolgica,

fsica y qumica, ocurriendo la prdida de los productos oxigenados y

generndose 2, 3, 2, 4

La materia orgnica(biopolmeros) son degradadas por

microorganismos que usan enzimas para transformarlas en

bionmeros, los cuales se condensan y forman molculas complejas

(geopolmeros), los cules son precursores del kergeno.

Durante la diagnesis y bajo las condiciones reductoras de

temperatura relativamente bajas (

CATAGENSIS

Etapa de rompimiento trmico del kergeno para la formacin de hidrocarburos 15 30

En esta etapa se forma principalmente aceite, condensado y gas hmedo.

Se encuentra en un rango de temperaturas de 60 C a 175C dentro del cual ocurre la generacin de

hidrocarburos lquidos, mientras que entre 175C a

225C se tiene la generacin de gases hmedos

METAGNESIS

Se caracteriza por la formacin principal de metano metagnetico (gas seco) y un enriquecimiento de

carbono que constituye un kergeno residual.

La metagnesis ocurre a temperaturas entre 225C a 250C; a estas temperaturas la relacin de H/C es

menor de 0.4

GENERACIN DE GAS NATURAL A PARTIR DEL TIPO DE MATERIA

ORGNICA

GAS BIOGNICO

Gas seco compuesto de metano generado por la

fermentacin de la materia orgnica, con las

bacterias anaerbicas a una T de 60-70C y

profundidades menores de 1000 m

GAS NATURAL (termognico)

Es un hidrocarburo gaseoso que consiste

principalmente de metano (1) y etano (2) y gases no hidrocarburados como 2, 2, , .

El gas se origina de dos fuentes:

De carbn hmico

De las rocas con kergeno durante o despus de la formacin del petrleo.

kergeno

Es la materia orgnica (MO) diseminada en las rocas sedimentarias insoluble en solventes orgnicos.

Est constituido de molculas complejas formadas aleatoriamente por la recombinacin de molculas biognicas.

Cada molcula de kergeno es nica, qumicamente distinta.

Es la materia orgnica ms abundante de la Tierra.

Es la fuente de petrleo y gas.

TIPOS DE KERGENO Los kergeno saproplicos y hmicos se dividen en:

amorfo

Saproplicos algceo origen marino

herbceo

maderceo o leoso

Hmicos origen terrestre

carbonoso o inerte

TIPOS DE KERGENO

TIPO I

o Poco comn, derivado de algas lacustres.

o Se limita a ambientes anxicos y raramente a ambientes marinos.

o Tiene gran capacidad para generar hidrocarburos lquidos.

o TIPO II

o Es generado habitualmente en ambientes reductores.

o Proviene de algas marinas, polen, esporas, ceras de hojas y resinas

fsiles.

o Potencial para generar hidrocarburos lquidos y gaseosos.

TIPO III

o Se compone de materia orgnica terrestre (celulosa y lignita)

carente de compuestos grasos o cerosos.

o Tiene bajo potencial generador, principalmente de gas.

o La mayora de carbones contiene kergeno tipo III

TIPO IV

o Consiste principalmente de materia orgnica retrabajado y de

compuestos altamente oxidados de cualquier origen.

o Se le considera un kergeno sin potencial para generar

hidrocarburos.

Caracterizacin esttica

Se lleva acabo mediante la aplicacin de distintas disciplinas tales como la geologa,

geofsica, petrofsica.

Tamao y forma de la roca

Los mtodos de exploracin geolgica son muy tiles para hacer predicciones, quepermiten conocer los sitios ms favorables para perforar pozos exploratorios

La geologa subsuperficial proporciona mayor informacin.

a) Mapas de cimas y bases del yacimiento

b) Mapas de isopacas o isoespesores de la estructura geolgica almacenadora.

c) Secciones transversales (representacin de la geometra, espesor y litologa de losestratos en forma vertical).

Caractersticas:

1. La formacin tiene una k < 0.1 md.

2. La mayor parte de gas se produce de areniscas y

lutitas gasferas (shale gas). Existe produccin de

gas de carbonatos, y camas de carbn.

3. Producen a qg econmicos con la ayuda de

tratamientos de fracturamientos masivos.

4. Algunos pozos presentan flujo transitorio de larga

duracin: flujos lineal y bilineal.

5. Flujo dominado por frontera o se detecta despus

de los flujos transitorios.

1. Contenido de gas esperado > 100 ston

2. Madurez trmica tpica 1.2% (de 0.5 a

2.0+)

3. Contenido orgnico tpico 7% (de 0.5 a

9.0+)

4. Permeabilidad mayor a 100 nanodarcy

5. Porosidades mayores a 4%

6. Yacimientos con presiones anormales

7. Saturacin de agua congnita menor a

45%

8. Espesores tpicos de 100 ft (entre 40 y 70

m)

9. Contenidos de arcilla menores al 40%

10.Profundidades entre 700 a 2600 mv

Shale Gas representan yacimientos constituidos por rocas laminadas y

consolidadas que han sufrido procesos metamrficos generados por cambios de

presin y temperatura, con un porcentaje mayor al 67% de material arcilloso.

Los yacimientos no convencionales pueden incluir:

Arenas compactas

Carbonatos

Arenas bituminosas/aceites pesados

Metano de Yacimiento de carbn (CBM)

Prospectos de lutitas

Caracterizacin dinmica.

Se identifican y evalan

los elementos que

afectan la explotacin

de un yacimiento

mediante el anlisis de

variables que indican el

comportamiento del

sistema.

Presin.

Temperatura.

Flujo

Trazadores.

Herramientas.

Pruebas de presin.

Especiales Convencionales

Pruebas de trazadores.Anlisis de datos de produccin.

Estudios de simulacin numrica.

Registros de produccin.

Caracterizacin dinmica en

yacimientos no convencionales de gas.

Se han desarrollado modelos de anlisis transitorio del gasto y de anlisis de datos de produccin en un intento de hacerlos aplicables a yacimientos no convencionales de gas realizando importantes avances en los mtodos analticos como en los empricos.

Datos a conocer

Baja permeabilidad.

Doble porosidad.

Heterogeneidad.Dependencia de permeabilidades

Combinacin de multimecanismos

Modelos modificados.

Debido a que en la

mayora de los yacimientos

no convencionales de gas,

los datos de produccin

muestran regmenes de

flujo transitorio de larga

duracin que pueden ser

lineales y bilineales.

Se realizan modificaciones

a modelos de

caracterizacin dinmica.

Modelo para pozos verticales fracturados.

El modelo de Arvalo y Cols considera una serie de graficas de diagnostico y especializadas de anlisis que permiten detectar y caracterizar geometras de flujos lineal, radial, bilineal, esfrico y dominado por la frontera externa.

Modelo para pozos

horizontales multifracturados.

El modelo de Bello y Cols

considera un pozo

horizontal

multifracturado

hidrulicamente para la

identificacin de cinco

regiones de flujo

transitorio por medio de

modelos lineales de

doble porosidad.

Consideraciones.

Yacimiento rectangular cerrado con una red de fracturas hidrulicas y naturales.

La distancia perforada en el pozo es la misma que el ancho del yacimiento.

El flujo es hacia el pozo, ubicado en el centro de una geometra rectangular.

Considera un sistema de doble porosidad de bloques de matriz y fracturas.

Modelos de doble porosidad transitorio y pseudoestacionario.

Evaluacin de los recursos

La evaluacin de recursos comienza con la recopilacin de datos paraidentificar las cuencas y seleccionar las formaciones ms prometedoras.

Se utilizan datos de columnas estratigrficas y registros de pozos que

indican edad geolgica, rocas madre y otros datos, adems de los datos

siguientes:

I) Entorno para depositacin de las lutitas (marino y no marino).

II) Distancia desde la base hasta la profundidad mxima del

yacimiento.

III) Estructura geolgica.

IV) Contenido orgnico total (COT).

V) Madurez trmica (Ro).

Etapas de la exploracin

Las etapas de la exploracin son similares a los de la exploracin de

yacimientos de gas convencional:

I) Revisin de la informacin disponible.

II) Estudios sismolgicos de estructuras del subsuelo capaces de retener gas.

III) Perforacin exploratoria.

IV) Registro de pozos para determinar porosidad, permeabilidad y

composicin de fluidos, toma de ncleos.

Los datos bsicos para detectar fracturas son compensacin de densidad,

espesor, registro de temperatura y registros de imgenes

Planeacin de la perforacin

La forma de explotar un yacimiento de shale gas es a travs de un pozo

horizontal, el cual generalmente se construye con la siguiente secuencia.

I. Se taladra un pozo

vertical, donde la

primera etapa de

perforacin concluye

debajo del primer

acufero,

posteriormente se

introduce una TR Superficial

para aislar la zona del acufero.

II. La perforacin continua a travs del tapn de cemento, continuando

con la perforacin vertical del pozo hasta unos 500 pies o 152 metros por

encima de la futura seccin horizontal del pozo y cementando la TR

Intermedia, sealando la zona donde se iniciar la curva hasta el puntode entrada, punto precedente a la perforacin horizontal.

III. Se introduce sarta con motor de fondo y herramienta para dar inicio a la

perforacin en ngulo. La distancia para generar la curva desde el punto de

partida hasta donde inicial el pozo horizontal es aproximadamente de 400

metros, una vez completada la curva, se inicia la perforacin en la zona

horizontal del pozo conocida como La lateral. Cada uno de los tubos mideaproximadamente nueve metros y pesa 495 libras, por lo que para perforar unadistancia de 3,200 metros se requiere de 350 tubos de perforacin los cuales

llegan a pesar 87 toneladas.

IV. Una vez realizada la ltima etapa se introduce el revestimiento de

produccin a lo largo de toda la perforacin, bombeando cemento al

espacio anular para completa el revestimiento.

V. Terminada la cementacin, se elimina el equipo de la torre de perforacin y

se instala un cabezal temporal y se prepara el terreno para el personal de

servicio encargado de poner el pozo a produccin, este proceso se realiza atravs de los siguientes procedimientos:

Agujerear revestimiento (Se introduce un disparador mediante una lnea decable al revestimiento hacia la seccin objetivo y se enva una corriente

elctrica a travs del cable hacia el disparador para activarlo). Cada de

disparo llega a medir 1,000 pies aproximadamente.

Se retira el disparador.

Se inicia fracturamiento.

Mtodos de extraccin

Las tecnologas actuales de extraccin son dos: la

perforacin horizontal (horizontal drilling) y la fractura

hidrulica (hydraulic fracturing), las cuales funcionan de

manera complementaria:

Perforacin Horizontal

Su propsito es atravesar la columna geolgica hasta llegar a las rocas

productoras de hidrocarburos. Antes de realizar la perforacin horizontal, se

perfora verticalmente hasta llegar unos pocos cientos de metros por arriba de la

altura del yacimiento Shale gas. Luego, la barrena se gira en un ngulo cercanoa los 45 para as perforar la mayor cantidad del depsito de Shale gas,permitiendo con ello obtener una mayor superficie de contacto y extraccin.

Fracturamiento hidrulico

La fracturacin hidrulica es una tcnica desarrollada en USA a inicios de siglo XX

al objeto de mejorar el flujo de los pozos de muy baja productividad.

La tcnica consiste bsicamente en la aplicacin de una mezcla formada

por 90% agua, 8-9% arena (agente de apuntalamiento) y un 1-2% de mezcla

de aditivos.

El primero de los pasos es el de agujerear el revestimiento, para ello se introduce

un disparador mediante una lnea de cable al revestimiento, se enva unacorriente elctrica a lo largo del cable ocasionando una descarga que dispara

y crea pequeos agujeros.

Se inyecta una mezcla de agua, arena y aditivos que es forzada por los

agujeros dentro de la roca, la presin ocasiona que el esquisto se fracture.

Esto crea los canales que conectan el reservorio con el pozo permitiendo el

flujo de gas liberado.

Una vez finalizada la fractura, los tapones son perforados permitiendo el

flujo del gas a lo largo del pozo .

Apuntalante

Con el fin de evitar el natural cierre de la fractura, se bombea, junto con el

agua, un agente de sostenimiento (apuntalante), comnmente arena, que

mantiene las fracturas abiertas de modo permanente.

Alcance de las fracturas

Un estudio realizado sobre varios miles de pozos de USA, frica y Europa ,fue de

600 m la mxima longitud observada. En el mismo estudio encontraron que slo

el 1% de las fracturas tenan una extensin superior a los 350 m, y que la mayora

de las fracturas se extendan entre 200 y 300m.

Equipo de fracturamiento

La rapidez y eficiencia de los procesos de fracturacin de lutita dependen

tambin de los equipos para inyectar los fluidos de perforacin.

-Mezcladora

-Bombas de fracturacin

-Unidad de adicin de qumicos

Fluido fracturante

Una composicin tpica de un fluido de fracturacin suele ser

aproximadamente entre un 95 a 98 % de agua (no necesariamente potable),

que incorpora hasta un 5% de arena de sostenimiento (apuntalante) y menos

de un 2% de productos qumicos.

Aditivos/ qumicos del fluido de fracturacin

La funcin de los aditivos presentes en el fluido de fracturacin es reducir la presin porfriccin durante el bombeo para encontrar el mximo contacto con el yacimiento.

Las cantidades de aditivos qumicos representan hasta el 2% del volumen del fluido de fracturacin. Los aditivos para fluidos de fracturacin ms empleados son los siguientes:

cido

Agente gelificante

Bactericida / biocida

Inhibidor de corrosin

La perforacin horizontal y la fracturacin hidrulica han ampliado

significativamente la capacidad de recuperacin de gas shale.

Sin embargo, en estos yacimientos el factor de recuperacin se sita entre 4 y10%, los yacimientos de shale gas presentan tasas anuales de declinacin

altas, del orden de 29 y 52% anual.

En el fracturamiento hidrulico , en una sola operacin de un pozo poco

profundo pueden utilizarse millones de litros de agua. Slickwater fracs, una

forma de fracturamiento hidrulico comnmente utilizada en formaciones de

gas, son conocidas por utilizar hasta 180 millones de litros de agua para

fracturar un pozo horizontal.

Una pequea proporcin de los pozos son fracturados utilizando gases como

nitrgeno o aire comprimido, en lugar de fluidos a base liquida. En todos los

trabajos de fracturamiento, miles o cientos de miles de libras de arena o

cermicas son inyectadas para mantener las fracturas abiertas.

En la mayora de casos, el agua potable es utilizada para fracturar los pozos, ya

que es ms eficaz que el uso de aguas residuales de otros pozos. Si las aguas

residuales son utilizadas, deben tratarse con productos qumicos fuertes para

eliminar bacterias que causan corrosin, escalamiento y otros problemas

Para considerar la posibilidad de efectuar un tratamiento de fracturamiento hidrulico

como estimulacin en un pozo, se deben considerar entre otros los siguientes criterios:

Que el yacimiento tenga presin para que fluya el fluido hacia la fractura.

Que el yacimiento contenga hidrocarburos.

Que el yacimiento sea de baja permeabilidad en la zona productiva.

Que el yacimiento sea de alta permeabilidad pero que la formacin sea arcillosa

Formaciones con fracturas naturales.

Los daos que se generan alrededor del pozo

comnmente ocurren durante la perforacin; duranteel completamiento, durante la compactacin por el

perforado, durante el caoneo, durante la produccin

o inyeccin.

El fracturamiento como mecanismo para corregir estosdaos se considera aplicable solamente para cruzar la

zona daada, no para eliminarlo; o sea que con la

realizacin de un fracturamiento no estamos

eliminando el problema solo estamos creando un

nuevo camino con capacidad de flujo mayor a la

existente originalmente.

GAS EN LUTITASUN RECURSO GLOBAL

LUTITASLas lutitas son la forma mas abundante de roca

sedimentaria que existe en la Tierra.

Sirven como roca generadora de los

hidrocarburos que migran hacia los yacimientos

permeables y actan como sellos para el

entrampamiento de petrleo y gas en lossedimentos infrayacentes.

Si muestran las caractersticas adecuadas, las

lutitas tienen el potencial de actuar no solo como

fuentes de hidrocarburo sino tambin comoyacimientos para explotar.

El catalizador para el reciente auge de la

explotacin en lutitas es la lutitas Barnett de

Texas. Se necesitaron 20 aos de

experimentacin para que esta extensin

productiva se considerara econmicamente

viable.

Este xito fue posible gracias al desarrollo y la

aplicacin de dos tecnologas (la estimulacinpor fracturamiento hidrulico y perforacin

horizontal) en el momento adecuado.

En la dcada de 1920 la produccin de gas

natural mas prolfica del mundo provino de

depsitos de lutitas

Los mtodos usados en esos tiempos para la

explotacin de lutitas gasferas poco tienen

que ver con las practicas actuales. Los

operadores perforaban pozos verticales

que producan tasas de flujo bajas.

CUENCAS PRINCIPALES DE

GAS DE LUTITAS EN MEXICO

Sabinas y Burgos

Localizacin: Se localiza al noreste del pas, principalmente en el estado de Coahuila,Tamaulipas y extremo de Nuevo Len extendindose costa afuera hacia la plataforma

continental.

Extensin territorial: 120,000 km

Columna sedimentaria: Se constituye litolgicamente por una alternancia de lutitas yareniscas, depositadas siguiendo un patrn general regresivo; alcanza espesores desde los 6

a los 10 km, abarcando un periodo que va desde el Jursico hasta el Negeno.

Es considerada como la provincia productora de gas no asociado ms importante del pas.

Sabinas-Burro-Picachos

Localizacin: En la porcin norte del pas y cubre parte de los estados de Coahuila yNuevo Len

Extensin territorial: Actualmente se cuenta con informacin disponible de 860 km2en ssmica 3D y 2,000km en ssmica 2D

Columna sedimentaria: reposa sobre bloques de basamento cristalino(gneometamrfico) de edad permo-trisica sobre los que se depositaron capas rojas

derivados de la erosin de los paleo-elementos positivos as como rocas volcnicas

producidas durante el proceso de rift

Tampico-Misantla

Localizacin: Ubicada en el centro-oriente del pas, se integra por la porcin central delFrente de la Sierra Madre Oriental, Eje Neovolcnico al sur, Arco de Tamaulipas, y con el

Golfo de Mxico Profundo.

Extensin territorial: 90,000 Km

Columna sedimentaria: Cuenta con espesores de 50 a 1,150m de lutitas carbonosas,en la parte centro-occidental, perteneciente a la Formacin Huayacocotla cuya materia

orgnica ha sido precursora de gas y condensado con calidades de submadura a

sobremadura.

Veracruz

Localizacin: esta cuenca se ubica en el oriente de Mxico, extendindose de Veracruzhacia la plataforma continental del Golfo de Mxico.

Extensin territorial: 30,000 km

Columna sedimentaria: La columna sedimentaria, descansa sobre un basamentometamrfico grantico del Paleozoico-Trisico, se constituye por rocas carbonatadas

mesozoicas y siliciclsticas terciarias, alcanzando un espesor mximo de 10 Km. Las calizas

arcillosas mesozoicas ricas en materia orgnica se encuentras en las siguiente formaciones:

Tepexilotla (Jursico Superior), Orizaba (Cretcico Inferior Medio) y Maltrata (Turoniano)

Chihuahua

Localizacin: Ubicada al Norte del pas, en la Provincia de Sierras y Bolsones.

Extensin territorial: 30,000 Km

Columna sedimentaria: Cuenta con una columna sedimentaria mesozoica, conespesores de hasta 7 mil metros, compuesta principalmente por rocas siliciclsticas y

carbonatos del Jursico Superior al Aptiano, carbonatos con lutitas del Albiano-

Cenomaniano, y siliciclsticos del Turoniano-Senoniano en la parte superior

VENTAJAS

Y

DESVENTAJAS

Conclusiones