1. Fracturamiento con Gas
"EVALUACIÓN DE MATERIAL ENERGÉTICO PARA EL
FRACTURAMIENTO CON GAS EN ARENAS
CONSOLIDADAS DE ALTA PERMEABILIDAD DE GAS"
Elaborado por:
Wilmer Armando Chavarro Soto
Con la asesoría de:
Tutor Académico: Prof. MSc. Walter Poquioma
Tutor Industrial: Ing. Pablo Manrique
Febrero, 2006
2. Fracturamiento con Gas
Índice General
INTRODUCCIÓN
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
OBJETIVOS
MARCO TEÓRICO
METODOLOGÍA
RESULTADOS Y ANÁLISIS
CONCLUSIONES
RECOMENDACIONES
3. Fracturamiento con Gas
Introducción
En la industria petrolera existen diferentes mecanismos de producción, al
inicio se produce por flujo natural. También existen algunos mecanismos
naturales que pueden disminuir la velocidad de decaimiento de la presión
del yacimiento como el efecto de la subsidencia, la migración de un
acuífero activo, la expansión de una capa de gas y la segregación
gravitacional.
Cuando la presión del yacimiento no es suficiente para producir
hidrocarburos naturalmente, se emplean métodos de levantamiento
artificial tales como bombeo mecánico, bombeo electrosumergible,
levantamiento artificial con gas u otros.
Por otro lado, existen técnicas usadas para estimular mecánicamente el
yacimiento. El más exitoso es el fracturamiento hidráulico, el cual
inyectando un fluido, crea un largo canal de alta permeabilidad para
mejorar el flujo de los hidrocarburos hacia el pozo. Sin embargo, esta es
una técnica excesivamente costosa y se deben buscar alternativas que se
adapten a las características de nuestros yacimientos venezolanos.
4. Fracturamiento con Gas
En este sentido, la tecnología de Fracturamiento con Gas es diferente al
Fracturamiento Hidráulico, ya que esta última técnica consiste en colocar
una carga explosiva propelente en la cara de la arena y tras su ignición y
combustión se genera un pulso de alta presión de gas el cual da paso a la
generación de sistemas radiales de múltiples fracturas en los alrededores
del pozo, interconectando las fisuras naturales, para de esa manera
mejorar la producción.
El Fracturamiento con Gas se ha investigado, desarrollado y aplicado
fundamentalmente en EEUU, China y la ex - URSS desde los años 60’s.
En nuestro país es muy poco lo que se conoce sobre la mencionada
técnica, por lo que en este trabajo de investigación se realiza una
evaluación cualitativa de la misma en arenas de alta permeabilidad de
gas, con la intención de profundizar sobre ella y avanzar en el desarrollo
de alternativas de bajo costo para la estimulación de yacimientos.
Introducción
5. Fracturamiento con Gas
Planteamiento del problema
Mejorar la comunicación entre la cara de la arena productora y el pozo,
y sobrepasar el daño producido en la zona invadida por los fluidos de
perforación y otras operaciones. Se busca obtener fracturas superiores a
las 3 pulgadas.
Concentrar el esfuerzo en desarrollar aplicaciones en yacimientos de
mediana y alta permeabilidad, donde no es necesario alcanzar grandes
profundidades de la fractura sino mejorar la comunicación arena/pozo,
ya que el fracturamiento hidráulico es ideal para yacimientos de baja
permeabilidad, por cuanto genera largos canales de alta permeabilidad.
Disponer de alternativas de bajo costo al fracturamiento hidráulico
(aprox 1500MMBs.), maximizando la relación costo/beneficio.
6. Fracturamiento con Gas
Planteamiento del problema
El 70% del costo en el Fracturamiento Hidráulico esta distribuido en el
fluido de fracturamiento, bombeo y apuntalante.
Evaluar la factibilidad de mantener fracturas abiertas, usando como
apuntalante los granos desprendidos de la arena fracturada.
7. Fracturamiento con Gas
Objetivos
Objetivo General
Evaluar en arenas consolidadas de alta permeabilidad de gas, la
aplicación de fracturamiento con gas caracterizando las respuestas
obtenidas según el volumen de gas generado por el material energético, y
determinando si es necesario o no, insertar agentes apuntalantes.
Objetivos Específicos
• Establecer la diferencia entre la mecánica de fracturas por
Fracturamiento Hidráulico y las originadas por Fracturamiento con Gas.
• Caracterizar la roca según su porosidad, permeabilidad y
granulometría.
8. Fracturamiento con Gas
Objetivos
• Determinar propiedades mecánicas de la roca: resistencia máxima,
módulo de Young, relación de Poisson, resistencia a la tensión y
compresibilidad.
• Observar las fracturas creadas por el fracturamiento con gas.
• Caracterizar las fracturas en función de distintas cantidades de material
energético colocado.
• Determinar el límite en el cual se daña la cara de la fractura creada por
exceso de material energizante.
• Evaluar los resultados obtenidos y determinar la necesidad o no de
insertar agentes apuntalantes.
9. Fracturamiento con Gas
Marco Teórico
1. Efecto Superficial “s”
Es aquel que describe las alteraciones presentes en los alrededores del
pozo, provocadas casi por cualquier actividad de ingeniería de petróleo,
como perforación, completación y aplicación de métodos de
estimulación a la formación.
rw
ks
rs
k
re
pe
h
Zona Alterada “s”
s
kh
q
ps
π
μ
2
=Δ
h: Espesor de la formación, pies
rw: Radio del pozo
re: Radio de drenaje del pozo
Pe: Presión en el límite de drenaje, lpc
k: Permeabilidad, md
rs: Radio de daño
ks: Permeabilidad alterada
pS: Caída de presión debido al daño, lpc
: Viscosidad del fluido, cp
q: Caudal de flujo, BPD
Δ
μ
10. Fracturamiento con Gas
∑+++= + spseudoskinssss dpc θ
Componentes del efecto superficial
θ+cs : Completación parcial e inclinación del pozo
Correlación de Brons y Marting,
Correlación de Cinco-Ley y colaboradores
ps : Cañoneo
ds : Daño superficial
Considera al ángulo de fase de las perforaciones,
profundidad del cañoneo y radio del pozo
Causado por efecto de invasión de fluidos a la
formación durante las diferentes operaciones.
Pseudoskins
Son funciones de la distribución de fases, las
permeabilidades relativas de las mismas, los
caudales y el tipo de flujo (laminar o turbulento)
Marco Teórico
11. Fracturamiento con Gas
h
h
b w
=
wr
h
Correlación de Brons y Marting
b: Relación de penetración
h: Espesor total de la zona productora
hw: Intervalo total abierto a producción
rw: Radio total del pozo
120 ft 120 ft 120 ft
30 ft
60 ft
15 ft
15 ft
7,5 ft
a) b) c)
0.25 ft
Marco Teórico
12. Fracturamiento con Gas
w
wD
r
h
h =
w
w
wD
r
Z
Z =
w
D
r
h
h =
h
h
h w
wD ='
Zw : representa la elevación desde el
fondo del yacimiento hasta la mitad
del intervalo cañoneado
A partir del cálculo de:
Correlación de Cinco-Ley y col.
,Dh ,wDh ,
D
wD
h
Z
D
wD
h
h θcos
Marco Teórico
13. Fracturamiento con Gas
2. Comportamiento de los materiales
σ
ε
Esfuerzodetensión
Deformación
a b c d e
Zonas:
a: Elástica
b: Elasto - plástica
c: Plástica (fluencia)
d: Endurecimiento
e: Rotura (estricción)
Marco Teórico
14. Fracturamiento con Gas
3. Propiedades Geomecánicas
La geomecánica estudia las características mecánicas de los materiales
geológicos. En la industria petrolera, relaciona el comportamiento de la
formación bajo los cambios de esfuerzo, producto de las operaciones
de perforación, completación y producción de pozos.
Marco Teórico
• Estabilidad de hoyo
• Fracturamiento hidráulico
• Estabilidad de cavidades cañoneadas
• Yacimientos sometidos a subsidencia
Cada pozo debe ser evaluado de manera particular, con ensayos de
laboratorio y pruebas de campo.
xzτ
xyτ yxτ
yzτ
zyτ
zxτ
x
y
z
xxσ
yyσ
zzσ
:Esfuerzos normalesσ
:Esfuerzos cortantesτ
15. Fracturamiento con Gas
Marco Teórico
• Compresión sin confinamiento (UCS)
Algunos ensayos de laboratorio
Núcleo geológico
orientado
Módulo de Young, E (lpc)
Relación de Poisson,
Resistencia máxima, Rmáx (lpc)
deformación
esfuerzo
υ
aσ
aσ
D
L
L = 2D
16. Fracturamiento con Gas
Marco Teórico
• Compresión Triaxial
Algunos ensayos de laboratorio
Núcleo geológico
orientado
aσ
aσ
rσ rσ
Cohesión, So (lpc)
Ángulo de fricción, V (°)
D
L
L = 2D
17. Fracturamiento con Gas
Marco Teórico
• Tensión indirecta (Cilindro brasileño)
Algunos ensayos de laboratorio
Núcleo geológico
orientado
P
P
t
D
P
P
P
P
t
D
Resistencia a la Tensión, To (lpc)
P
P
P
P
t = D/2
G r á f i c a d e l a R e s i s t e n c i a a l a T e n s i ó n ( T o )
0
5 0
1 0 0
1 5 0
2 0 0
2 5 0
3 0 0
3 5 0
4 0 0
0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0
T ie m p o
To(lpc)
18. Fracturamiento con Gas
Marco Teórico
Pruebas de campo
Una vez determinada la dirección de los esfuerzos principales, se deben
estimar las magnitudes de estos esfuerzos principales.
Magnitud del Esfuerzo Mínimo ( )
Se determina mediante pruebas de estimulación, tales como:
- Minifrac.
- Microfrac.
- Prueba de integración Extendida (Extended Leakoff Test, X-LOT)
hσ
Magnitud del Esfuerzo Vertical ( )
Mediante la integración de un registro de densidad, tomado desde la
superficie.
vσ
19. Fracturamiento con Gas
Marco Teórico
Magnitud del Esfuerzo Máximo ( )
1. Estimación mediante fracturas inducidas en el hoyo
Hσ
= 3 – Pbd + To – Pp; To = UCS/12 (Criterio de Murrell)
Hσ hσ
Donde:
: Esfuerzo horizontal máximo
: Esfuerzo horizontal mínimo
Pbd: Presión de ruptura a la cual fue inducida la fractura
Pp: Presión de poro
UCS: Resistencia de la roca sin confinar
To:Resistencia a la tensión
Hσ
hσ
20. Fracturamiento con Gas
Marco Teórico
Donde:
: Esfuerzo horizontal máximo
: Esfuerzo horizontal mínimo
K: Relación de esfuerzos efectivos.
13742’ 19680’
Régimen Transcurrente
K: 1.4
Ajustado de acuerdo al retroanálisis de las fallas
compresivas “Breakout”.
Hσ
hσ
( ) KhvhH *σσσσ −+=
hvH σσσ >>
Magnitud del Esfuerzo Máximo ( )
2. Estimación de mediante fallas observadas en el hoyo (Breakout).
Hσ
Hσ
21. Fracturamiento con Gas
Marco Teórico
4. Estimulación de Yacimientos
El objetivo principal de la estimulación, es mejorar las propiedades del
yacimiento para incrementar el recobro del mismo, elevando su
productividad.
P
q
J
Δ
=
D
o
p
kh
qB
P
π
μ
2
=Δ
D
o
q
B
Pkh
q
μ
π Δ
=
2
Constantes adimensionales:
DD qp /1≈
Do
D
o pB
kh
q
B
kh
P
q
J
μ
π
μ
π 22
≈=
Δ
=
q: Tasa de producción, BNPD
J: Índice de productividad, BNPD/lpc
: Diferencial de presión, lpc
Bo: Factor volumétrico del petróleo BY/BN
k: Permeabilidad, md
: Viscosidad, cp
h: Espesor de la arena productora, pies
pD: Presión adimensional
qD: Tasa adimensional
PΔ
μ
22. Fracturamiento con Gas
Régimen de flujo PΔ )/1( DD
qp ≈
Transciente (yacimiento
infinito)
pi – pwf
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−−=
D
iD
t
Ep
4
1
2
1
donde
2
wt
D
rc
k t
t
μΦ
=
Estado estable pe – pwf )/ln( weD
rrp =
Estado pseudoestable p - pwf )/472.0ln( weD
rrp =
Parámetros adimensionales para flujo en pozos sin daño:
)(
2
spB
kh
J
Do +
=
μ
π
Influencia del efecto superficial en el Indice de productividad:
Marco Teórico
23. Fracturamiento con Gas
Mecanismos de estimulación
• Fracturamiento hidráulico
• Fractura con empaque (frac & pack)
• Estimulación matricial en areniscas y calizas
• Fracturamiento con acidificante.
Marco Teórico
24. Fracturamiento con Gas
5. Fracturamiento hidráulico
Consiste en inyectar un fluido en la formación denominado fluido de
fracturamiento, elevando la presión de inyección hasta hacer fallar la
misma por tensión.
La fractura se propaga como un plano con dirección perpendicular al
mínimo esfuerzo, creando dos aberturas con 180º entre sí.
En la mayoría de los casos, el menor esfuerzo es horizontal.
vσ
hσ
Hσ
Esfuerzo mínimo
vσ
hσ
hσ
Esfuerzo mínimo
vσ
hσ
hσ
Esfuerzo mínimo
Marco Teórico
25. Fracturamiento con Gas
Marco Teórico
Diagrama de una fractura hidráulica
Modelaje de la fractura hidráulica
• KGD (Khristianovitch y Zheltov , Geertsma y de Klerk) en el plano horizontal.
• PKN (Perkins , Kern y Nordgren) en el plano vertical.
26. Fracturamiento con Gas
Marco Teórico
Fluido de fractura
Los fluidos de fractura se pueden clasificar en tres tipos:
- Base agua o aceite, viscosificados (goma Guar u otro agente gelificante).
- Emulsiones.
- Espumados con dióxido de carbono o nitrógeno, base aceite o agua.
Agente apuntalanteFluido de fractura
Agente de sostén (apuntalante)
Es un material granulado que se bombea hacia la fractura con la
finalidad de contrarrestar los esfuerzos de la formación e impedir que
vuelva a cerrarse la abertura creada.
27. Fracturamiento con Gas
Marco Teórico
6. Uso de materiales explosivos
Explosivos
Deflagrantes
( velocidades subsónicas)
Detonantes
(velocidades supersónicas)
Combustibles comunes
Propelentes o propulsores
Fragmentación,
demoliciones,
minería
Armamento, cohetes,
presión controlada de
gases
Fuente de
calor
Electricidad
Usos
(100-1000)x104(43-100)x10210-100Presión producida (lpc)
Ondas de choque
de alta T y P
Partículas calientes y
gases
CalorIniciación
10910310Potencia (W/cm2)
4x1034x103104Energía liberada (J/gr)
Transferencia de
onda de choque
Transferencia de calorTransferencia
de calor
Factor de control de la
velocidad de reacción
10-610-310-1Completación de reacción
(m/s)
(2-9)x10310210-6Velocidad lineal de la
reacción (m/s)
DetonanteAgente de propulsiónCombustibleMaterial
DetonaciónDeflagraciónCaracterística
28. Fracturamiento con Gas
Marco Teórico
Explosivos
Primera categoría: sustancias de extrema peligrosidad por su
inestabilidad y su uso debe estar sujeto a estrictos controles de
seguridad.
Segunda categoría: explosivos primarios o iniciadores. Son
sensibles al impacto, calor, chispas y fricción. Pequeñas cargas son
empleadas detonantes para iniciar otros explosivos menos sensibles.
Tercera categoría: explosivos secundarios o no iniciadores.
Compuestos orgánicos e inorgánicos de diferentes sensibilidades y
alto poder explosivo. Requieren de una onda de choque
relativamente fuerte para ser iniciados. Son estables en el ambiente.
Cuarta categoría: Agentes de propulsión o propelentes. Son poco
sensibles a las ondas de choque, por lo tanto no detonan. Liberan su
energía mediante combustión rápida generando muchos gases.
Clasificación de los explosivos
29. Fracturamiento con Gas
Marco Teórico
Propelentes
Pólvora sin humo
Pólvora con humo
Simple base (nitrocelulosa)
Triple Base (nitrocelulosa, nitroglicerina y
nitroguanidina)
Doble Base (nitrocelulosa y nitroglicerina)
Clasificación de los propelentes
30. Fracturamiento con Gas
Marco Teórico
7. Fracturamiento con Gas
El Fracturamiento con Gas consiste en colocar una carga de agente de
propulsión en la cara de la arena y tras su ignición y combustión se
genera un pulso de alta presión de gas el cual da paso a la generación
de sistemas radiales de múltiples fracturas en los alrededores del pozo,
interconectando las fisuras naturales, para de esa manera mejorar la
producción.
Tomado de http://www.thegasgun.com/technology.htm
Fracturamiento con Gas
Sistema Radial de
Múltiples Fracturas
31. Fracturamiento con Gas
- El uso de algunos agentes explosivos genera velocidades de carga
(Vc) muy altas (106-107 Mpa/s) que pueden dañar la permeabilidad de
la roca por efecto de la compactación.
Comparación de perfiles de Presión
( tomado de INT - 8723,2001)
- Se tiene referencia de que el uso de propulsores, con menores Vc (103-
104 Mpa/s) emanan la suficiente energía para fracturar la roca sin
causar daño en la permeabilidad.
Marco Teórico
32. Fracturamiento con Gas
Marco Teórico
Beneficios del Fracturamiento con Gas
• Unir las fisuras naturales existentes en la formación.
• Remover el daño en los alrededores del pozo.
• Incrementar la comunicación arena-pozo.
• Controlar arenamiento.
Respecto de otras tecnologías de estimulación, como Fracturamiento
Hidráulico, existen ventajas comparativas
• Disminuye los costos de operación.
• Simplifica la operación.
• Reduce el riesgo de pérdida de fluidos hacia la formación.
33. Fracturamiento con Gas
Marco Teórico
• Acción mecánica: La presión acumulada por la emanación de gases a
una alta tasa de presurización, puede formar un sistema radial de múltiples
fracturas.
• Acción de la energía térmica: La generación de altas temperaturas ayuda
a derretir el asfalto y/o las parafinas y reducir la viscosidad del petróleo
para remover el taponamiento de los poros del yacimiento en los
alrededores del pozo.
• Acción química: Tras la deflagración, gases como CO2, CO, HCl, N2 y
otros, pueden reducir la tensión interfacial petróleo/agua, mejorando la
permeabilidad relativa al petróleo, acidificando la formación, corroyendo
sus materiales cementantes y mejorando la permeabilidad.
• Acción del pulso oscilatorio: Puede eliminar las obstrucciones por
impurezas presentes en la formación, por otro lado, cambiar la estructura
del crudo, reduciendo su viscosidad y por ende la resistencia a fluir.
Mecanismos actuantes
34. Fracturamiento con Gas
Marco Teórico
Mecanismo de formación de la fractura
Presurización del pozo
en la cara de la arena
Iniciación de la fractura
To+ Psobrecarga
Propagación de la fractura
velocidad de propagación
35. Fracturamiento con Gas
Marco Teórico
Diseño del propelente
La premisa fundamental en el diseño de la carga de propulsor consiste en
maximizar la carga del mismo sin llegar a producir daño en el pozo para
de esta manera optimizar la productividad o inyectividad según el caso.
Confinamiento
Nivel
(Secuencia de deflagración o
detonación)
Distribución
[E]
Calidad de la
explosión
(Liberación de energía)
Configuración del propelente
36. Fracturamiento con Gas
Medio de propagación propelente
• pH del medio.
• Temperatura.
• Presión.
• Permeabilidad.
• Conductividad.
• Geomecánica: RQD (Rock Quality Designation – Índice de calidad de la
roca), compresibilidad de la roca, resistencia a la tensión, resistencia a la
compresión, envolvente de falla, módulo de Young, relación de Poisson.
• Otros que sean posibles de suministrar.
Marco Teórico
Mientras mayor sea la cantidad de datos suministrados
para el diseño, mayor será la eficiencia del explosivo al
activarse
Mientras mayor sea la cantidad de datos suministrados
para el diseño, mayor será la eficiencia del explosivo al
activarse
38. Fracturamiento con Gas
8. Formación Naricual
Ubicada en el estado Anzoátegui
Porosidad 11 - 15%
Permeabilidad 40 - 1000 md
Saturación de
agua irreducible
10 y 15%
Algunos datos de interés
Según 22 análisis PVT, sus fluidos se
distribuyen de tope a base: Gas, Condensado,
Petróleo volátil, Liviano y Mediano
Líquidos originales en sitio 1883 MMBNP
Factor de recobro* 58 %
Reservas remanentes 838 MMBNP
* Entre primario (28%) y secundario (30%).
Reservas estimadas al 31/12/1996 de la formación Naricual (tomado de WEC Venezuela 1997)
Marco Teórico
N. Superior 700 pies
N. Medio 400 pies
N. Inferior 400 pies
39. Fracturamiento con Gas
Metodología
Selección del afloramiento para
toma de muestras en superficie
Corte de muestras para obtención
de bloques de 30 x 15 x 10 cm
Caracterización de rocas mediante análisis
convencionales y ensayos geomecánicos
Saturación de rocas y
Resonancia Magnética 3D inicial
Secado de rocas en horno de vacío para
que no posean fluidos al realizar la explosión
Ensamblaje
“Blanco” - Explosivo
Introducción de la muestra en la celda,
confinándola y activación del explosivo
Selección del material explosivo a partir de
la caracterización de las muestras de roca
Apertura de la celda y extracción de la
muestra, agregando resina epóxica
Saturación de rocas y
Resonancia Magnética 3D final
Evaluación de los resultados obtenidos
Elaboración de conclusiones
y recomendaciones
40. Fracturamiento con Gas
Toma de muestras en la formación Guarico (Camatagua, edo. Guárico)
Metodología
Toma de muestras en la formación Naricual (Barcelona, edo. Anzoátegui)
41. Fracturamiento con Gas
Celda para detonación para bloques
de (30x15x10) cm Bloques de plexiglass
Metodología
Bloques de arenisca
Corte de bloques de roca (30x15x10) cm
Muestra Bloques
A 1,2
B 3,4,5
C 6
D 7,8
E 9,10
Correspondencia Muestras - Bloques
42. Fracturamiento con Gas
Toma de tapones de las muestras de roca
Muestra Kprom (md) Porosidad prom. (%)
A 22,87 11,79
B 24,97 13,00
C 9,31 13,21
D 19,91 12,81
E 13,87 12,46
Determinación de porosidad y permeabilidad
Metodología
49. Fracturamiento con Gas
Selección del explosivo
Con la información obtenida de la caracterización de las rocas, fue
realizada la selección. Y se varió las cantidades de las mismas para
obtener máximos y mínimos de aplicación.
Deflagrante Detonante
Propelente “A”
Propelente “B”
Propelente “C”
Cordón detonante
Metodología
Una vez seleccionado el
explosivo, se caracteriza
según su punto de
ignición.
53. Fracturamiento con Gas
Evaluación de resultados obtenidos
1) Al analizar los explosivos empleados se obtuvo que:
Propelente “A”
Permite controlar la aplicación del mismo, tanto en el Plexiglass como en
la roca.
Propelente “B”
No fue posible realizar su activación mediante la iniciación con mecha
recubierta, debido a que su punto de ignición es muy elevado y debe
iniciarse con otros dispositivos más potentes. Fue descartado.
Resultados y Análisis
54. Fracturamiento con Gas
Propelente “C”
Se obtuvo un fracturamiento excesivo de las
muestras, no pudiendo controlar la energía
liberada. Por esta razón se descartó el uso del
mismo.
Cordón Detonante (en bloque de geometría irregular)
En vista de que la energía liberada por 0,5 gr del cordón detonante
destruyó el bloque fracturándolo en múltiples fragmentos, se descartó su
posterior uso en los bloques regulares de arenisca y plexiglass.
Resultados y Análisis
55. Fracturamiento con Gas
Tras seleccionar el propelente “A” y variar en la cantidad aplicada en los
bloques de arenisca, se obtuvo:
Muestra
(sin fluido)
Cantidad de
propelente "A" (gr)
Observaciones
A2 2 No hubo fractura (verificado por Resonancia Magnética).
A8 2,5 No hubo fractura (verificado por Resonancia Magnética).
A6 3 Se generaron 2 fracturas con áprox. 180° entre sí.
A1 4
Se generaron 2 fracturas con áprox. 180° entre sí, se abrió
la roca y se observaron los granos desprendidos además
de no producirse daño aparente en la superficie de la
perforación.
A4 6 Se generó un sistema radial de 4 fracturas.
A5 8
Se generó un sistema radial de 4 fracturas principales y
otras menores derivadas.
A9 10
Se generó un sistema radial de 4 fracturas principales y
otras derivadas desordenadas, también se generó una
fractura transversal.
Resultados y Análisis
63. Fracturamiento con Gas
2) Tanto en Plexiglass como en roca, se observó la diferencia al aplicar el
propelente inmerso en fluido con relación al aplicarlo sin fluido.
El bloque de Plexiglass P7 fue
activado con 3,9 gr de propelente
“A” y no se produjo fracturas,
mientras que al llenar con agua la
perforación, para la misma
configuración y cantidad de
propelente en el bloque P6, se
generaron 2 fracturas con apróx.
180o entre sí.
Resultados y Análisis
64. Fracturamiento con Gas
2 Fracturas
Los bloques de roca A7 y A8, provienen de la misma muestra tomada en
superficie, por lo tanto sus propiedades características son muy similares.
Kprom(md)
Porosidad
prom(%)
Densidad
(gr/cc)
Tamañode
Grano
Módulode
YoungE
Relaciónde
PoissonV
UCS
(psi)
Tensión
IndirectaTo
Cohesión
So(psi)
Ángulode
Fricción, V
19,91 12,81 2,37 254 1,39 0,27 7655 518 2523 50
En la roca A7 se agregó
ULTRAMIXR a la perforación
para 2,5 gr de propelente “A” y
se generaron 2 fracturas con
apróx. 180o entre sí. En la roca
A8 no se añadió fluido y no
ocurrió fracturamiento.
Resultados y Análisis
65. Fracturamiento con Gas
3) El patrón observado en los ensayos (con excepción de aquellos casos
donde la carga fue mínima) comprende fracturas en varias direcciones
desde la perforación hacia afuera y a lo largo de su extensión.
Además se observó desprendimiento de
partículas que impiden que las caras de la
fractura vuelvan a su posición inicial.
Granos
desprendidos
Resultados y Análisis
66. Fracturamiento con Gas
4) De la prueba del punto de ignición del propelente “A”, se tiene que:
• Se comenzó a degradar a partir de 185°C (365°F), notandose cambio de
color de negro a rojizo y desprendimiento de gases.
• El máximo valor que mide el termómetro es 250°C (482°F), y el punto
de ignición no se pudo cuantificar debido a que es superior a este.
Resultados y Análisis
67. Fracturamiento con Gas
Conclusiones
• No es posible establecer una ventana de aplicación de las ecuaciones
definidas en los modelos geométricos de fracturamiento hidráulico PKN
y KGD de manera análoga para el fracturamiento con gas.
• En el fracturamiento con gas se genera un sistema radial de fracturas
alrededor del pozo (diferente a las dos generadas en el convencional)
debido a la velocidad de liberación de energía durante la explosión, lo
cual permite el drenaje de los fluidos del yacimiento a través de un mayor
número de canales de alta permeabilidad en diferentes direcciones.
• Se corroboró mediante la caracterización en torno a la porosidad,
permeabilidad y granulometría, que las muestras de roca tomadas en la
superficie son areniscas de grano fino de alta permeabilidad al gas.
• Se determinó que para este tipo de estimulación, el explosivo que mejor
se ajusta a las necesidades de la fractura es el de tipo propelente.
68. Fracturamiento con Gas
• Es necesario que haya buen confinamiento para aprovechar al máximo
la energía generada por el propelente con la menor pérdida.
• Se comprobó en bloques de plexiglass y de arenisca, que el uso de
propelente inmerso en un fluido para fracturamiento con gas, permite que
la propagación de la onda de choque sea mayor a través del medio,
logrando mayor profundidad de la fractura.
• Las fracturas generadas se propagan en un sistema radial a partir de la
perforación, a lo largo de su extensión y hacia afuera.
Conclusiones
• La caracterización basada en análisis convencionales y ensayos
geomecánicos de la roca, es necesaria para realizar una adecuada
selección y configuración del material propelente a emplear.
• La Resonancia Magnética es una herramienta que permite obtener
visualizaciones con una buena resolución para este tipo de pruebas.
• Se corroboró el desprendimiento de partículas de la matriz de la roca
que impiden el cierre de las caras de la fractura.
69. Fracturamiento con Gas
• No es recomendado el uso de cordón detonante para este tipo de
pruebas debido a que su alto poder destruye la roca, fragmentandola en
múltiples pedazos.
• Se obtuvo que para las muestras de roca sin fluido en la perforación, la
generación de fracturas se inicia a partir de 3gr de propelente “A”, y a
pesar de que no se alcanzó un máximo en el cual la roca se deteriorara,
para 10 gr de propelente las fracturas se crean se manera desordenada.
Conclusiones
• El propelente tipo “A” permitió realizar pruebas controladas, además
tiene un alto punto de ignición sobre los 250°C (482°F), lo cual permite
que se evalúe en condiciones de temperatura de yacimiento sin peligro de
auto ignición.
• No es posible establecer una relación directa entre el espesor de las
fracturas y la cantidad de propelente activado, ya que los espesores
resultaron variables debido a que las propiedades geomecánicas de las
muestras varían entre una y otra por no tener una orientación definida al
tomarlas en la superficie.
70. Fracturamiento con Gas
• Asegurar la reproducibilidad de la formulación del propelente con la
finalidad de garantizar la repetibilidad y éxito de las pruebas.
• Realizar el escalamiento de las muestras empleadas y los resultados
obtenidos, de condiciones de laboratorio a las de yacimiento.
• Realizar un estudio profundo acerca del desarrollo de ecuaciones que
permitan establecer un modelo de simulación con miras a la creación de
un software propio.
Recomendaciones
• Se debe caracterizar la roca de interés, obteniendo la mayor información
posible para lograr una buena selección y configuración del propelente.
• Al realizar pruebas con muestras de roca es necesario obtener su
orientación bien sea por métodos de campo o por la técnica de
Paleomagnetismo, con la finalidad de extraer la mayor información
posible al comparar los resultados entre diferentes muestras.
71. Fracturamiento con Gas
• Diseñar una herramienta que permita el encapsulamiento adecuado para
la aplicación del Fracturamiento con Gas.
• Realizar pruebas al propelente a condiciones de yacimiento en el
CEPRO, y obtener información sobre las presiones generadas en el pozo.
• Diseñar una prueba que permita cuantificar la variación en la
permeabilidad efectiva de la roca al realizar la estimulación mediante el
Fracturamiento con Gas.
• Realizar pruebas en las cuales se evalúe el propelente de acuerdo a su
sensibilidad a la presión externa y evaluar la sensibilidad ante la
combinación de los parámetros presión y temperatura bajo condiciones
extremas, según la información disponible de los yacimientos
venezolanos.
Recomendaciones
