UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE

MÉXICO

FACULTAD DE INGENIERÍA

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LABORATORIO DE TERMINACIÓN Y MANTENIMIENTO DE POZOS

PRÁCTICA # 4

“FLUIDOS FRACTURANTES”

ANIMAS GÓMEZ YISEL ANAID

CASTRO PAEZ YESSICA

DÍAZ HERNÁNDEZ HÉCTOR ARMANDO

GUTIERREZ GUTIERREZ ISRAEL

TOBÓN CORTÉS JULIO JORGE

TORTOLERO CAMACHO LUISA ADRIANA

ZAVALA MIRANDA FRANCISCO JAVIER

AVILES ALCANTARA MARIA CRISTINA ING.

GRUPO 2

FECHA DE ENTREGA:

17-Abril-2015

FLUIDOS FRACTURANTES

PRÁCTICA # 4

OBJETIVO

El alumno determinará las propiedades reológicas de un fluido fracturante.

INTRODUCCION

Los fluidos fracturantes requieren un correcto manejo de sus propiedades ya que de lo

contrario se pueden ocasionar desde descontrol de un pozo, hasta daños a la formación o deterioro del equipo, entre estas propiedades se encuentran:

Viscosidad aparente

Viscosidad plástica

Punto de cedencia

Tixotropía

Todos los fluidos tienen un comportamiento definido llamado patrón de flujo, si se

mide en el viscosímetro Fann VG y se grafican dichos valores obtenidos de esfuerzos

de corte ejercidos a diferentes velocidades de corte, surgen dos patrones de flujo. En

los líquidos como el agua, glicerina o diesel los cuales se conocen como fluidos

Newtonianos, se produce una línea recta que pasa por el origen, en los fluidos por

ejemplo bentoníticos los cuales son no newtonianos se produce una línea curva al

principio y que no inicia en el origen del cuadrante. Lo anterior se debe a la mínima

fuerza necesaria para comenzar el flujo. Estas mediciones de viscosidad se hacen en el laboratorio con el viscosímetro Fann el cual nos entrega el resultado en unidades de

centipoises.

El punto de cedencia es un factor muy importante debido a que este es el valor de la

resistencia al flujo, la cual es debida a las fuerzas de atracción que existen entre las

partículas o solidos de suspensión, el valor del punto de cedencia está en función de:

Tipo de sólidos y las cargas eléctricas asociadas con ellos La concentración en volumen de sólidos

La concentración iónica de las sales contenidas en la fase líquida.

Si un esfuerzo de gel es grande afectara la resistencia de los geles.

Los fluidos fracturantes son bombeados hacia las formaciones subterráneas para

estimular la producción de gas y aceite. Para lograr una estimulación exitosa, el fluido fracturante debe tener ciertas propiedades físicas y químicas:

1. Debe ser compatible con el material de la formación.

2. Debe ser compatible con los fluidos de la formación.

3. Debe ser capaz de suspender el apuntalante y transportarlo en lo profundo de la fractura.

4. Debe ser capaz a través de su propia viscosidad de desarrollar la fractura con el

ancho necesario para aceptar el apuntalante.

5. Debe ser un fluido eficiente.

6. Debe ser fácil de remover de la formación.

7. Debe permitir una baja fricción.

8. La preparación de los fluidos debe ser simple y fácil para desarrollarse en el

campo.

9. Debe ser estable para que pueda mantener su viscosidad a lo largo del tratamiento.

10. Debe ser económicamente rentable.

Clasificación de los fluidos fracturantes

Fluidos base agua.- Los fluidos fracturantes basados en agua son utilizados en la

mayoría de tratamientos actuales de fracturación hidráulica.

Fluidos base aceite.- El gel fracturante base aceite más común que se encuentra

disponible hoy, es una reacción producto del esterfosfato de aluminio y una base

generalmente aluminato de sodio. La reacción del ester y la base crea una reacción

de asociación, la cual a su vez crea una solución que produce viscosidad en diesels

o en sistemas de crudos de moderada a alta gravedad específica.

Fluidos base alcohol.- En fluidos fracturantes, el alcohol ha encontrado amplio uso

como un estabilizador de temperatura debido a que este actúa como un oxígeno

barredor. El uso de fluidos base alcohol crea muchos inconvenientes,

especialmente, el peligro inminente sobre el personal que respira los vapores del

alcohol y el peligro siempre presente de una combustión.

Fluidos fracturantes de emulsión.- Una emulsión de aceite y agua tiene buen

control de pérdida de filtrado, mostrando una gran capacidad de acarreo de

apuntalante. La emulsión es rota en cuanto el surfactante que crea la emulsión es

absorbido en la formación. Los dos tipos básicos de emulsiones aceite/agua son:

agua externa y aceite externo. Una emulsión de aceite externo es un sistema de dos

fases, donde el aceite es la fase continua y el agua es emulsificada en el aceite. Una emulsión de agua externa es aquella donde el agua es la fase continua y el aceite es

la fase discontinua.

Fluidos base espuma.- Los fluidos fracturantes base espuma son una emulsión de

gas en líquido. Las burbujas de gas proveen una alta viscosidad y capacidades de

transporte de apuntalante. La utilización de espumas tiene muchas ventajas. Las

dos más obvias son la minimización de la cantidad de líquido localizado en la

formación y el perfeccionamiento en la recuperación del fluido fracturante debido a la energía inherente del gas.

Fluidos fracturantes energizados.- La energía impartida por los gases permite

remover más rápidamente el flujo de estimulación. La incorporación de gases

inertes en un fluido fracturante puede permitir, proporcionalmente mejor eficiencia

en el fluido sin el arrastre de gas.

MATERIAL

a) Polímero CMC/PAC

b) Balanza Granataria OHAUS

c) Vasos de precipitado 500[ml]

d) Cuchara metálica

e) Jarra de Plástico f) Dispersores

g) Viscosímetro Rotacional

h) Parrilla de calentamiento

PROCEDIMIENTO

1. Adicionar 14 [gr] de CMC/PAC en 1 [lt] de agua, manteniendo agitación constante durante 15 [min].

2. Determinar L600, L300, L200, L100, L6, L3 y Gel a 10 [s], 3, 6, 9, 12 y 15 min.

RESULTADOS

Lectura 𝟏𝟎 𝒔𝒆𝒈 𝟑 𝒎𝒊𝒏 𝟔 𝒎𝒊𝒏 𝟗 𝒎𝒊𝒏 𝟏𝟓 𝒎𝒊𝒏

L600 198

L300 154

L200 132

L100 95

L6 23 22 18 26 17

L3 15

Para cada lectura se calculan la velocidad y el esfuerzo de corte con las siguientes

ecuaciones:

𝜏 = 5.1109(𝜃) [𝑑𝑖𝑛𝑎𝑠

𝑐𝑚2 ]

𝛾 = 1.703(𝑁)[𝑠𝑒𝑔−1]

Los resultados se muestran a continuación:

𝜸 [𝒔𝒆𝒈−𝟏 ] 𝝉[

𝒅𝒊𝒏𝒂𝒔

𝒄𝒎𝟐] 𝝉[

𝒅𝒊𝒏𝒂𝒔

𝒄𝒎𝟐] 𝝉[

𝒅𝒊𝒏𝒂𝒔

𝒄𝒎𝟐] 𝝉[

𝒅𝒊𝒏𝒂𝒔

𝒄𝒎𝟐] 𝝉[

𝒅𝒊𝒏𝒂𝒔

𝒄𝒎𝟐]

1021.8 1011.95

510.9 787

340.6 674.63

170.3 485.53

10.22 117.55 112.43 91.99 132.88 86.89

5.109 76.66

Modelo plástico de Bingham

Se calculan la viscosidad plástica, punto de cedencia y esfuerzo de corte:

𝝁𝒑 = 𝜽𝟔𝟎𝟎 − 𝜽𝟑𝟎𝟎 = 𝟏𝟗𝟖 − 𝟏𝟓𝟒 = 𝟒𝟒 [𝒄𝑷]

𝝉𝒚 = 𝑷𝑪 = 𝜽𝟑𝟎𝟎 − 𝝁𝑷 = 𝟏𝟓𝟒 − 𝟒𝟒 = 𝟏𝟏𝟎 [𝒍𝒃

𝟏𝟎𝟎𝒇𝒕𝟐]

𝝉 = 𝝉𝒚 + [𝝁𝒑(𝜸)] = 𝟏𝟏𝟎 + (𝟒𝟒)(𝟏𝟎𝟐𝟏. 𝟖) = 𝟒𝟓𝟎𝟔𝟗. 𝟐 [𝒍𝒃

𝟏𝟎𝟎𝒇𝒕𝟐]

𝜸 [𝒔𝒆𝒈−𝟏 ] 𝝉[

𝑳𝒃

𝟏𝟎𝟎𝒇𝒕𝟐]

1021.8 45069.2

510.9 22589.6

340.6 15096.4

170.3 7603.2

10.22 559.68

5.109 334.79

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

50000

0 200 400 600 800 1000 1200

Esfu

erzo

de

cort

e [l

b/1

00ft

2]

Velocidad de corte [seg-1 ]

MODELO PLASTICO DE BINGHAM

Ley de Potencias

Con las siguientes ecuaciones se obtienen el esfuerzo, el índice de consistencia (k) y el

índice de comportamiento (n).

𝑛 = 3.32(log (𝜃600

𝜃300) = 3.32(log (

198

154) = 0.3623

𝐾 =510(𝜃300)

511𝑛 =510(154)

5110.3623 = 8206.3049

𝜏 = 𝐾(𝛾𝑛) = 8206.3049(1021.80.3623) = 101027.80

𝜸 [𝒔𝒆𝒈−𝟏 ] 𝝉[

𝑳𝒃

𝟏𝟎𝟎𝒇𝒕𝟐]

1021.8 101027.80

510.9 78591.89

340.6 67854.69

170.3 52785.7

10.22 19048.97

5.109 14817.59

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

0 200 400 600 800 1000 1200Esfu

erzo

de

cort

e [l

b/1

00ft

2]

Velocidad de corte [sg-1]

LEY DE POTENCIAS

Ley de potencias con punto de cedencia

Con las siguientes ecuaciones se obtienen el esfuerzo, el índice de consistencia (k) y el

índice de comportamiento (n).

𝑛 = 3.32 ∗ 𝑙𝑜𝑔 (𝜃600 − 𝜃0

𝜃300 − 𝜃0) = 3.32 ∗ 𝑙𝑜𝑔 (

198 − 110

154 − 110) = 0.9994

𝜃0 = 𝜏𝑦 = 110

𝐾 =510∗(𝜃300−𝜃0)

511𝑛 =

510∗(154−110)

5110.9994 = 44.07

𝜏 = (𝐾 ∗ 𝛾𝑛) + 𝜏𝑦 = (44.07 ∗ 1021.80.9994) + 110 = 44953.89

𝜸 [𝒔𝒆𝒈−𝟏 ] 𝝉[

𝑳𝒃

𝟏𝟎𝟎𝒇𝒕𝟐]

1021.8 44953.8952

510.9 22541.2746

340.6 15067.8215

170.3 7592.02181

10.22 559.767713

5.109 334.933402

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

50000

0 200 400 600 800 1000 1200Esfu

erz

o d

e c

ort

e [

lb/1

00

ft2]

Velocidad de corte [seg-1]

LEY DE POTENCIAS CON PUNTO DE CEDENCIA

𝜸 [𝒔𝒆𝒈−𝟏 ] 𝑻𝒊𝒆𝒎𝒑𝒐 (min)

15 .16

18 10

13

14

15

16

17

18

19

0.16 10

Tiempo (min)

Esfuerzo gel vs Tiempo

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Animas Gómez Yisel Anaid

Primero que nada para obtener el modelo plástico de Bingham se calcularon los parámetros de viscosidad plástica, punto de cedencia y esfuerzo de corte, graficando

estos últimos dos parámetros observamos el comportamiento reológico que presenta

nuestro fluido fracturante. En la gráfica podemos observar un esfuerzo de corte menor a

1, lo cual quiere decir que se trata de un fluido pseudoplástico, por último se determinan

el esfuerzo, el índice de consistencia (k) y el índice de comportamiento (n), estos

últimos se aplican para obtener la ley de potencias con punto de cedencia obteniendo un

esfuerzo de corte máximo de 449.53 [lb/ft2].

Díaz Hernández Héctor Armando

Para cada modelo reológico se tienen sus respectivas propiedades reológicas en donde

la velocidad y el esfuerzo de corte son los que definen el comportamiento que tienen, en

esta práctica el modelo de mejor ajuste de acuerdo a nuestro fluido fracturante es el de

la Ley de potencias.

Gutiérrez Gutiérrez Israel

Se observó que la viscosidad del gel fue variando dependiendo el esfuerzo de corte y

del tiempo, esto nos muestra que el gel no presenta un comportamiento como los

fluidos newtonianos, haciendo la gráfica de esfuerzo vs tiempo nos muestra que el gel

presenta un comportamiento pseudoplástico, y que su viscosidad fue cambiando con el tiempo.

Además que el esfuerzo gel contra del tiempo aumenta confirmando lo que se havia

visto anteriormente.

Tobon Cortes Julio Jorge

Para el modelo de potencia y potencia con punto de cedencia tenemos un factor menor a

1, lo cual nos dice la ley de potencias es pseudoplastico y el mejor ajustable.

Analizando nuestro fluido fracturante los resultados nos dan el comportamiento dado

por las propiedades reologicas índice de comportamiento, esfuerzo, velocidad de corte

punto de cedencia, son los aspectos necesarios para sacar el modelo de bingham,

potencias y punto de cedencia.

Tortolero Camacho Luisa Ariana

De acuerdo a los resultados obtenidos podemos observar que nuestro fluido fracturante

se comporta de acuerdo a las propiedades reológicas tales como viscosidad plástica,

punto de cedencia, índice de comportamiento y esfuerzo y velocidad de corte, siento

estos últimos los que se grafican para obtener los modelos reológicos de Bingham, Ley de Potencias y ley de potencias con punto de cedencia.

Para estos dos últimos modelos se observó que el índice de comportamiento reológico

es menor a 1, específicamente en el de Ley de Potencias, lo cual indica que es

pseudoplástico y por lo tanto el que mejor se ajusta.

Además de que el diseño de nuestro fluido fracturante y los valores de gel en el lodo

son los que indicaran si se necesita más presión en la bomba para la circulación ya que la resistencia al gel está en función de la fuerza entre partículas.

Zavala Miranda Francisco Javier

Se determinaron los valores de la viscosidad plástica, punto de cedencia y esfuerzo de

corte, cuando graficamos estos valores observamos que el gel tiene el comportamiento de un fluido pseudoplástico y esto se determinó porque el esfuerzo de corte es menor a

1.

Para obtener el esfuerzo de corte máximo de 449.53 [lb/ft2] se determinaron el

esfuerzo, el índice de consistencia (k) y el índice de comportamiento que se utilizan en

la ley de potencias con punto de cedencia.

CONCLUSIONES

Animas Gómez Yisel Anaid

El diseño y elección adecuada de un fluido fracturante dependen de diversos factores de comportamiento y características que debe cumplir el mismo, la compatibilidad con el

medio o su entorno en este caso el yacimiento, es vital para evitar contaminación; así

mismo debe ser capaz de transportar eficientemente el apuntalante hacia las fracturas

sin provocar daño extra a la formación por lo que es importante verificar las

propiedades plásticas y reológicas antes de seleccionar el fluido de fractura.

Díaz Hernández Héctor Armando

Las propiedades reológicas juegan un papel importante para poder obtener un modelo

reológico y así poder definir qué tipo de fluido estamos manejando, de igual forma el

buen diseño del fluido fracturante nos ayudaran a tener una mejor circulación en el lodo

y mejor conocimiento de las presiones utilizadas en la bomba.

Gutiérrez Gutiérrez Israel

El principal objetivo de la práctica que consistía en determinar las propiedades

reológicas se cumplió en su totalidad, más aparte que se aprendió que características

debe de presentar el fluido fracturante así como aprender el uso de los diferentes

aparatos utilizados para su cálculo, y con esto demostramos la importancia de saber las

características de los fluidos fracutrantes ya que en su uso en campo deben de tener las

mejores condiciones para su uso, y de esto depende el éxito que generen en la fractura asiendo de esta una fractura muy conductiva.

Tobon cortes julio Jorge

Las características importantes de los fluidos fracturantes es muy importante tener en

cuenta que tipo de fluido tenemos newtoniano o no newtoniano así mismo como tener

en cuenta una viscosidad ideal para llevar apuntalantes y aplicar un buen modelo que se ajuste. Las propiedades del flujo fracturante son de gran importancia ya que de ellos

dependen un buen uso y no ocasionar daños que sean innecesarios en la formación y

realizar un buen fracturamiento.

Tortolero Camacho Luisa Adriana

Conocer las propiedades de nuestro fluido fracturante es de gran importancia para no

ocasionar un daño innecesario a la formación y/o evitar que nuestro Fracturamiento no

haya tenido los resultados esperados, así como también para el diseño de la fractura,

para estimar los costos de bombeo, límite de presiones de tubería y geometría de la fractura.

Los fluidos fracturantes deben tener una viscosidad ideal para poder llevar los

apuntalantes que actuarán en el yacimiento, de igual forma se debe de conocer el tipo de

fluido que tenemos ya sea newtoniano, plástico, no newtoniano, etc, dependiendo al

modelo que mejor se ajuste, para así poder llevar a cabo las operaciones adecuadas de

nuestro pozo.

Zavala Miranda Francisco Javier

La elección y diseño adecuado del fluido fracturante está en función de diversas

propiedades reológicas, estas deben de estar bien diseñados de acuerdo a la formación

para no generar un daño en la misma, es de suma importancia estar monitoreando estas

propiedades reológicas ya que nos ayudan a realizar un fracturamiento exitoso a la formación.

BIBLIOGRAFIA

SCHUMBERGER.”Diccionario Schlumberger”,[en lnea].Febrero 2014.

http://www.glossary.oilfield.slb.com/

Garaicochea P. Francisco. “Apuntes de estimulación de pozos”. Facultad de

Ingeniería. UNAM.