CALCULO DE LA GRADIENTE DE FRACTURA

Análisis Minifrac

DISEÑO DE FRACTURAS

Antes de ejecutar un fracturamiento hidraulico, se realiza un diseño teniendo en cuenta diversos parámetros (longitud, ancho, conductividad, alto de fractura, plan de bombeo, concentración del gente de soporte) que serán empleados en cualquier software de las empresas (FracCade, Fracpro, Meyer) ajustando de tal manera estos parámetros a los requeridos en cada trabajo en particular.

Información previa

1.- Parámetros Principales Considerados para la selección de un Pozo Candidato a Fracturamiento Hidráulico

• Permeabilidad de la formación• Presión de yacimiento• Factor de daño• Reservas de petróleo o de gas• Condición mecánica del pozo

Marco Teórico Marco Teórico

2.- Adquisición de Datos en el Campo para el Diseño de Fracturamiento Hidráulico

2.- Adquisición de Datos en el Campo para el Diseño de Fracturamiento Hidráulico

•Registro de temperatura base: con el pozo cerrado, antes del minifrac.•Minifrac•Prueba de tasa variable

•Registro de temperatura base: con el pozo cerrado, antes del minifrac.•Minifrac•Prueba de tasa variable

3.- Mini-Frac

• Realizado con un volumen pequeño, anterior a la fractura principal

• Se usa para calcular el esfuerzo mínimo• Determinar la presión de inicio de fractura• Medir las presiones mientras se cierra la fractura • Analizar la declinación por medio de programas

computarizados• Determinar la Tortuosidad y Restricciones de la Completación • Determinar la Eficiencia del Fluido • Estimar la Altura de la Fractura• Diseñar el Fracturamiento

3.- Mini-Frac

• Realizado con un volumen pequeño, anterior a la fractura principal

• Se usa para calcular el esfuerzo mínimo• Determinar la presión de inicio de fractura• Medir las presiones mientras se cierra la fractura • Analizar la declinación por medio de programas

computarizados• Determinar la Tortuosidad y Restricciones de la Completación • Determinar la Eficiencia del Fluido • Estimar la Altura de la Fractura• Diseñar el Fracturamiento

Marco TeóricoMarco Teórico

Marco TeóricoMarco Teórico

4.- Programa General de Fracturamiento Hidráulico4.- Programa General de Fracturamiento Hidráulico

•Evaluación Pre-Frac, diseño del minifrac•Minifrac y análisis •Perfil Temperatura, diseño del tratamiento principal•Fracturamiento•Retorno de Fluido y Producción•Evaluación Post-Frac

•Evaluación Pre-Frac, diseño del minifrac•Minifrac y análisis •Perfil Temperatura, diseño del tratamiento principal•Fracturamiento•Retorno de Fluido y Producción•Evaluación Post-Frac

•Inicio de la Fractura•Propagación de la Fractura•Empaquetamiento con agente de soporte

•Inicio de la Fractura•Propagación de la Fractura•Empaquetamiento con agente de soporte

5.- Etapas de una Fractura Hidráulica.

Figura 1: Comportamiento de la presión típica de Pruebas Minifrac:

figura 2: Regímenes típicos de flujo:

PROCESOS INVOLUCRADOS EN EL ANÁLISIS DE MINIFRAC.

La forma y el gradiente de la presión contra el tiempo nos dice mucho sobre que tan grande y como se distribuye la fractura. Esta se ilustra en la figura 3. El análisis de Nolte-Smith se puede utilizar para tener una idea general de cómo se propaga la fractura en términos de longitud, altura y anchura posible. Sin embargo este análisis es un tanto cualitativo.

Figura 3: Ejemplo del empleo de una gráfica minifrac, ilustrando los parámetros significantes (cursivas) que puede derivarse de su análisis

a.- Datos del Minifrac durante el Bombeo:

La figura 3 ilustra un gusano de propante. Esta es una prueba para ver que tan agresiva es cualquier tortuosidad; simplemente medir de la cantidad de caída de la presión no es suficiente. La región cercana al pozo necesita ser probada para saber la capacidad de transmitir apuntalante. El gusano de apuntalante es diseñado para hacer esto.

Idealmente, se ve sin aumento de presión, lo que indica que los canales de flujo están cerca de tener el ancho adecuado. Sin embargo, en caso que la tortuosidad sea significativa, será observada una elevación de presión

El análisis del declive de presión después de concluir el bombeo es una parte importante del proceso de análisis de minifrac. Análisis de los datos hasta el cierre de fractura proporcionará la siguiente información, tal como se ilustrada en la figura. 4:

Figura 4: Ejemplo del declive de presión en un minifrac, ilustrando los parámetros (cursivas) que pueden ser obtenidas de este análisis.

b.- Disminución de la Presión Minifrac/ hasta el cierre de fractura

1. La evaluación cuantitativa de la fricción cerca del pozo, es la diferencia entre (BHTP) y (ISIP). Tome en cuenta que esto no puede ser constante, ya que las perforaciones pueden aumentar su diámetro (erosión) y numero (apertura de perforaciones bloqueadas), mientras que la tortuosidad es un fenómeno dinámico que cambia con la presión, velocidad, tiempo y viscosidad.

2. ISIP. Al cierre, cuando toda la fricción tiende a cero, ISIP = pf – la Pº delfluido dentro de la fractura. (necesario para el cálculo de la presión neta.)

3. Cierre de fractura. La presión de cierre es la presión de declive en la grafica en el momento en que la fractura se cierra. Esto es generalmente marcada por un cambio en la pendiente, lo que indica un cambiador de flujo lineal si la fractura se enfrenta a un flujo radial desde el pozo.

4. Presión neta. Esta es la diferencia entre ISIP y Pc.

5. Pérdida de fluido. Después que la presión de cierre ha sido identificada, el tiempo necesario para cerrar la fractura se puede medir. El análisis durante el bombeo dará la geometría y, el área de la fractura. El área de la fractura y el tiempo de cierre, producirá la tasa de pérdida y, por tanto, el coeficiente de pérdida..

Figura 5 Ejemplo de una grafica minifrac del declive de presión y la raíz cuadrada del tiempo, muestra la derivada y la el cierre de fractura.

Un método para determinar el cierre de fractura es la producción de una grafica de BHTP contra la raíz cuadrada del tiempo. Debido que la pérdida de fluido a través de la pantalla de fractura depende de la raíz cuadrada del tiempo

OBJETIVO• El principal objetivo de tal prueba es obtener valores de presiones de fractura,

especialmente la presión de cierre de la formación Pc. • El volumen inyectado dependerá sobre el tipo de prueba y el tipo de formación que

esta siendo probada. Para dar una idea del orden de la magnitud, las pruebas podrían ser corridas con menos de 1 m3, pero en otros casos tiende a usarse más metros cúbicos.

Grafica 6.- Prueba de Minifrac realizada previa a la fractura

Tipos de Análisis:

Los análisis más usados en la evaluación de las pruebas de inyección o minifrac se describen a continuación:

• Análisis Step Rate.• Análisis Step Down

Análisis Step Rate.

• Una prueba Step Rate Test se usa para determinar la presión de extensión de fractura.

• Consiste en la inyección de tasas constantes de fluido, las cuales se van incrementando a medida que transcurre el tiempo como lo muestra la figura.

• Cada tasa es inyectada normalmente en un mismo periodo de tiempo denominado Δt. el principal objetivo de esta prueba es estimar el valor de la gradiente de fractura.

Figura 7 : Tasa de inyección contra tiempo en una prueba Step Rate Test

El comportamiento idealizado de la presión contra tiempo en una prueba Step Rate Test se presenta a continuación:

Figura 8 : Tasa comportamiento ideal de presion contra tiempo en una prueba Step Rate Test.

Análisis Step Down• Se usa para calcular perforaciones y las pérdidas de fricción en las

cercanías del pozo. Si el análisis Step Down se ha realizado, usando la presión de tratamiento en superficie, debe ser necesario introducir la fricción en tubería para la credibilidad de este análisis.

• Este análisis se usa para determinar los efectos de presión perdida en las cercanías del pozo(es decir, problemas y anomalías por altas presiones que pueden causar una pantalla en las cercanías a las paredes del pozo).

• Este análisis es realizado después de la propagación de la fractura se ha establecido. Entonces durante cierre, el gasto disminuye en una forma paso -escalón para un periodo corto de tiempo, mientras la presión estabiliza. Como la inyección de gasto disminuye, la presión también disminuirá como resultado de las perforaciones y las pérdidas de presión cerca de las paredes del pozo. La relación decreciente entre el gasto y el resultado de presión en una determinación en las cerca de las paredes del pozo.

Figura 9 : Ejemplo de análisis Step Down en donde se graficaron la presión perdida con respecto a el gasto

TIPOS DE PRUEBA PARA DETERMINAR LA PRESIÓN DE CIERRE:

• Pruebas de bombeo en flujo inverso (Nolte, 1989).

• Prueba de declinación de bombeo/cierre (Nolte, 1988)

PRUEBAS DE BOMBEO EN FLUJO INVERSO (NOLTE, 1989).

En formaciones permeables, la mejor forma de medir la presión de cierre es efectuando una serie de pruebas de bombeo en flujo inverso.

En una prueba de flujo inverso un volumen de fluido es inyectado a un gasto para fracturar. El pozo entonces permite el flujo inverso, es decir, de la formación al pozo a un gasto constante hasta que el cierre ha sido detectado.

Si el gasto de flujo inverso se encuentra en un rango correcto, una gráfica de presión contra el tiempo mostrará un punto de inflexión a la presión de cierre, indicado en la Gráfica 10 (a).

La razón física para este cambio es la transición a partir de un flujo lineal a radial como en los cierres de las fracturas. Si el gasto es muy alto o muy bajo el punto de inflexión no será detectado. El valor típico para el gasto de flujo inverso es de 50 litros por minuto.

PRUEBA DE DECLINACIÓN DE BOMBEO/CIERRE (NOLTE, 1988)

Si las presiones son graficadas contra la raíz cuadrada del tiempo de cierre, la curva se aproximaría a una tendencia lineal siempre y cuando la fractura permanezca abierta. Cuando la fractura cierra la curva de presión se desviará de esta tendencia lineal. El cambio puede ser en cualquier dirección dependiendo de la fractura y propiedades de la formación. Una ilustración del método es dado en la gráfica

10(b).

Las presiones de la extensión de la fractura son medidas efectuando pruebas a diferentes gastos (Nolte, 1988). Este tipo de prueba es ilustrado en la gráfica 11(a). El gasto de inyección es incrementado de un punto a otro continuamente y manteniéndolo constante por un espacio de tiempo, se dice que de 3 a 10 minutos. Si la presión al final de cada paso es graficada como función del gasto de inyección, la presión de la extensión de la fractura es determinada por el cambio de la pendiente en la gráfica como se indica en la gráfica 11 (b).

Una discusión de la aplicación en campo del análisis de pruebas de minifrac ha sido presentada por Tan y colaboradores (1990).

Los valores de gradiente de fractura son conocidos a partir de pruebas minifrac, de esta manera es posible realizar una comparacion de estos valores con los obtenidos a partir de la metodologia a la misma profundidad a manera de validacion de resultados.

GRADIENTE DE FRACTURA (gf)

Ancho

Longitud `

Altura

GRADIENTE DE FRACTURA (gf)

Como se menciono anteriormente en la operación de fracturamiento hidráulico es necesario considerar diferentes parámetros geomecánicos, ente los cuales el gradiente de fractura es el más importante porque es uno de los encargados de realizar el dimensionamiento del equipo a utilizar.

La gradiente de fractura es un parámetro geomecánico que determina que presión es necesaria para aplicar a la formación para fracturarla.

• Como se observa en la expresión matemática, esta directamente ligado con la Presión de fractura y por ende con la magnitud de los esfuerzos que actúan en la cara del pozo. Con respecto a su dependencia con la profundidad, a mayor profundidad es de esperarse un valor mayor de gradiente de fractura para un mismo pozo.

• Como se mostró en el estudio de la hidráulica de la operación de fracturamiento hidráulico, el valor del gradiente de fractura junto con las perdidas por fricción y presión hidrostática son las encargadas de definir la presión de tratamiento en superficie, y por ende la potencia hidráulica requerida.

Este método hace posible su aplicación a pozos onshore, incorporando una nueva función para calcular constantes de calibración con la menor incertidumbre asociada, y ampliando su campo de aplicación para  involucrar formaciones a profundidades diferentes a las de la calibración inicial al incluir un nuevo subproceso. Adicionalmente, este método incorpora parámetros de entrada como gradiente de fractura, esfuerzo vertical y presión de poro, los cuales describen las condiciones geomecánicas de la formación.

Los resultados de la gradiente de fractura de los pozos 1,2 y 3 son conocidos a partir de pruebas minifrac, de esta manera es posible realizar una comparación de estos valores con los obtenidos a partir de la metodología a la misma profundidad a manera de validación de resultados. En la tabla

que se muestra a continuación se presentan los respectivos valores de gf

Calculo de la gradiente de fractura a partir del método: Pseudo-Overburden Stress 

Tabla 1: Comparación de los gradientes de fractura obtenidos a partir del Método de esfuerzo Pseudo-Overburden y la prueba Minifrac para los pozos: 1, 2 y 3

Calculos de la gradiente de fractura a partir del método de los esfuerzos efectivos:

Los valores de gradiente de fractura de los pozos 1, 2 y 3 son conocidos a partir de pruebas Minifrac, de esta manera es posible realizar una comparación de estos valores con los obtenidos a partir de la metodología a la misma profundidad a manera de validación de resultados.

En la tabla que se muestra a continuación se presentan los respectivos valores de gf

Tabla 2: comparación de los gradientes de fractura obtenidos a partir del método de los esfuerzos y la prueba para los pozos 1, 2 y 3

Como se puede observar en la tabla 2, a partir del método de los Esfuerzos Efectivos se obtuvieron valores de gradiente de fractura muy cercanos a los obtenidos de la prueba Minifrac, esto refleja la aplicabilidad del método.

El minifrac está diseñado para ser lo más cerca posibles al tratamiento real, sin bombear volúmenes significativos de apuntalante.

El propósito del minifrac es proporcionar la mejor información posible acerca de la formación, antes de realizar el bombeo del tratamiento real, sin bombear volúmenes significativos de apuntalante.

En un pozo planeado y ejecutado con minifrac pueden proporcionar datos sobre la geometría de fractura, las propiedades mecánicas de la roca y la pérdida de fluido. Información que es vital para el éxito del tratamiento principal.

Mayoría de los análisis Minifrac se basan en ecuaciones de Nolte y no tienen en cuenta los efectos de la reología del fluido o la conservación del momento.

CONCLUSIONES

Todo plan de pozo demanda el conocimiento de las presiones requeridas para desencadenar el fracturamiento de las formaciones, tales cálculos de gradiente de fractura son esenciales para minimizar o eliminar los problemas que degeneran en pérdidas de circulación, además de

seleccionar la profundidad apropiada de asentamiento del casing.

La prueba minifrac tiene el mismo objetivo principal que la prueba Step Rate Test , la determinación del gradiente de fractura de la formación. A diferencia de la prueba SRT, la prueba Minifrac consiste en la inyección de fluido a tasa incremental y luego se estabiliza. La estabilización de la tasa de inyeccion esta regida por el comportamiento de la presión.

PLA- 20 Minifrac P8/9 - 7 June 03

07/06/200316:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00

07/06/200322:00

Time

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000A

0

5

10

15

20

25B

(ISIP = 5948.67)

Tubing Pressure (psi)Slurry Rate (bpm)Annulus Pressure (psi)

ABA

321

Minifrac Events

1

2

3

Start

Shut In

Stop

Time16:28:12

16:41:14

21:13:42

TP8095

5942

3315

SR18.50

1.953

0.000

AP3665

3875

2864

PDAT Version 2.0.108-Jun-03 15:09

Prueba del Minifrac

La prueba del minifrac se realizó a través de una sarta de fractura 4-1/2" New VAM, se obtuvieron los siguientes resultados durante el minifrac:

•Presión inicial de fractura : 4.600 lpc (8.990 lpc en el fondo del hoyo)

•Gradiente de Fractura: 1,02 lpc/pie

•Eficiencia del Fluido: 40-60%

•Presión de Cierre: 8.400 lpc

•Fricción: 1.700 lpc @15 bpm

Prueba del Minifrac

La prueba del minifrac se realizó a través de una sarta de fractura 4-1/2" New VAM, se obtuvieron los siguientes resultados durante el minifrac:

•Presión inicial de fractura : 4.600 lpc (8.990 lpc en el fondo del hoyo)

•Gradiente de Fractura: 1,02 lpc/pie

•Eficiencia del Fluido: 40-60%

•Presión de Cierre: 8.400 lpc

•Fricción: 1.700 lpc @15 bpm

Pozo P1-02 - Yacimiento M-8 Sup.Pozo P1-02 - Yacimiento M-8 Sup.

4. Metodología y Análisis de Resultados por Pozo4. Metodología y Análisis de Resultados por Pozo

…Adicionales

Equipos de Fracturamiento Hidráulico

Yucal P lacer

dp

5.0

1020

5010

020

050

010

0020

0050

0010

000

d t0.020 0.050 0.10 0.20 0.50 1.0 2.0 5.0 10 20 50 100 200

El cruce de las 2 curvas indica cuando la fractura se empezó a cerrar.

En el gráfico el cierre inicial no está antes de 500 psi debajo del ISIP. Esto indica que la presión de cierre de la formación está entre 8.800 psi a 9.000 psi , eq. a 1.05 psi/pie.

Se encontró una K de 0,008 mD

El cruce de las 2 curvas indica cuando la fractura se empezó a cerrar.

En el gráfico el cierre inicial no está antes de 500 psi debajo del ISIP. Esto indica que la presión de cierre de la formación está entre 8.800 psi a 9.000 psi , eq. a 1.05 psi/pie.

Se encontró una K de 0,008 mD

Interpretación del Minifrac:

•Presión inicial de Fractura: 8.050 lpc

•Gradiente de Fractura: 0,89 lpc/pie

•Presión de Cierre: 8.900 lpc

•Eficiencia del Fluido: 20% (Sólo salmuera y gel lineal)

•Fricción: 3.338 lpc @ 16,5 bpm (Tortuosidad: alta)

Comportamiento de la Presión en el Minifrac en un Pozo X

COMPLETACIÓN DE POZOSPATIP XV

Tema: Análisis MiniFrac - Cálculo de la Gradiente de Fractura.

Alumno: Jenny Fair Vitonera Olaya