Materiales de soporte más utilizados

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE COATZACOALCOS

INGENIERÍA PETROLERA FRACTURAMIENTO HIDRÁULICO PRF-2005 DOCENTE: M.D.G.H. KARINA SASTRÉ ANTONIO UNIDAD 6 FLUIDO FRACTURANTE, ADITIVOS Y MATERIALES SUSTENTANTES. ACTIVIDAD: PRESENTACIÓN MATERIALES DE SOPORTE MÁS UTILIZADOS. EQUIPO: GEOFRACTURA * MEDEL VIDAL ANGEL ADOLFO * RAMÌREZ CASTILLO BITIA SHADAI COATZACOALCOS, VER 20 DE ABRIL DEL 2024

ÍNDICE

Introducción Etapas del fracturamiento hidráulico Material de soporte o sustentante • Propiedades • Tipos de agentes sustentantes • Antecedentes • Propiedades de las arenas • Tipos de arenas con resina Agentes apuntalantes • Cerámicos • Alta resistencia Conclusión

INTRODUCCIÓN

El fracturamiento hidráulico apuntalado es un tratamiento que se ejecuta en los pozos de aceite y gas en yacimientos con baja permeabilidad. La operación consiste en bombear a través del pozo un sistema de fluido y un agente de sostén, ocasionando la apertura y apuntalamiento de una fractura en la zona productora.

Se inyecta un fluido sin material de soporte en el pozo.

Colchón o “Pad”

Se agrega un material de soporte al fluido para evitar que la fractura se cierre y permitir el flujo de fluidos.

Fluido con sustentante o “Prop-sequence”

Se limpia la tubería del material soporte de la etapa anterior para evitar que la arena obstruya la tubería y asegurar que la mayor parte del material termine en la fractura.

Etapas del fracturamiento hidráulico

Limpieza o “Flush”

Se crea un canal para el flujo de fluidos desde el yacimiento al pozo, una vez finalizada la operación, se limpia el pozo para recuperar la mayor parte del fluido inyectado.

Cierre de la fractura o “Shut-in”

Material de soporte o Sustentantes

En el fracturamiento hidráulico apuntalado, el agente de sostén es el único que permanece en la fractura manteniéndola abierta y estableciendo un canal conductivo para la afluencia de los fluidos desde la formación hasta el pozo.

Apuntalante o soporte (sustentante)

Son aquellos que mantienen abiertas las fracturas, cuando estas empiezan a cerrarse, creando conductos permeables y facilitando el flujo de fluidos de hidrocarburos hacia la superficie. Caracteísticas ideales:

• Resistencia y dureza para soportar el cierre de la fractura.
• Tamaño y geometría adecuados para crear empaques conductivos
• Resistencia a la corrosión por en el flluido de producción.

Arena de sílice

Bauxita

Ejemplos

Arena recubierta de resina

Cerámica

PROPIEDADES FÍSICAS

Las especificaciones respecto a las propiedades físicas de los agentes apuntalantes definidas por el American Petroleum Institute (API) y las recomendaciones para su evaluación se detallan en la norma API RP56.

REDONDEZ Y ESFERICIDAD

Estas dos propiedades son factores que influyen en la porosidad, el empacamiento, la conductividad de la fractura y en la capacidad de transporte del apuntalante. La redondez es la medición relativa de la agudeza de las esquinas de los granos o la curvatura de dichos granos. La esfericidad es la medición de que tanto una partícula se aproxima a la forma de una esfera.

El API recomienda ciertos límites para la arena, cuyo valor es de 0.6 en ambos parámetros.

GRAVEDAD ESPECÍFICA O DENSIDAD RELATIVA

Es la medición de la densidad absoluta de la partícula de apuntalante con relación al agua. La recomendación del API respecto a los límites máximos de la gravedad específica para la arena es de 2.65.

DENSIDAD BULK

La densidad Bulk es el volumen ocupado por una unidad de masa de apuntalante (la cantidad de material para llenar un volumen dado) incluyendo los espacios vacíos entre el apuntalante. Las unidades para la densidad bulk son [lb/ft^3] o [g/cc]. La recomendación máxima del API es de 105 [lb/ft 3] u 8.55 [g/cc].

DENSIDAD ESPECÍFICA

Representa la densidad aparente de un solo grano, incluye cualquier porosidad interna de la partícula de apuntalante pero no incluye la porosidad entre los granos. Generalmente se utiliza para estimar el tiempo de asentamiento del apuntalante.

TAMAÑO DE GRANO (TAMIZ)

El tamaño de grano recomendado por la API se muestra en la tabla El tamiz 20/40 (0.42mm-0.84mm) comúnmente es la más usada.

SOLUBILIDAD EN ÁCIDO

La solubilidad de apuntalante en acido clorhídrico es un indicador de la cantidad de finos y contaminantes presentes (tales como carbonatos, feldespatos y óxidos de hierro) y de la estabilidad relativa del apuntalante en el ácido. También puede ser un indicador de la tendencia del apuntalante para disolverse en ambientes con temperaturas muy elevadas.

CONTENIDO DE LIMO Y ARCILLA

Esta medición indica la cantidad de arcilla y limo o de otras partículas finas presentes. Tiene impacto en la permeabilidad reduciéndola si hay un alto porcentaje de finos. Con lavar o procesar el apuntalante, este no tendrá un exceso en el contenido de estas partículas. El API recomienda un límite máximo de 250 unidades de turbidez.

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN

La resistencia al aplastamiento indica la fuerza relativa de apuntalante medido por la cantidad de material aplastado bajo una carga dada y varía según el material y el tamaño de grano. Esta medición es expresada en porcentaje de partículas finas. Para abrir y propagar una fractura deben rebasarse los esfuerzos in situ. Al retirar la presión de fracturamiento comienzan a actuar los esfuerzos de la formación sobre la fractura recién creada con una tendencia a cerrarla, para evitar el cierrese introduce el apuntalante.

A continuación se presentan rangos de resistencia de los apuntalantes:

• Arena recubierta con resina: esfuerzos de cierre menores a 8000[psi].

• Arena: esfuerzos de cierre menores a 6000[psi].

• Apuntalante cerámico (de resistencia intermedia): esfuerzos de cierre mayores a 5000[psi] pero menores a 10000[psi].

• Apuntalante de alta resistencia: esfuerzos de cierre mayores a 10000[psi].

NOTA: Usualmente los apuntalantes que se requieren deben resistir entre 4000 [psi] y 6000 [psi], es por ello que la arena es el apuntalante más usado comúnmente.

Se selecciona en una planta o mina, se lava para eliminar las particulas finas (polvo) entre el material granular.

Selección y lavado

Se prepara una dispersión del agente en agua y se observa su turbidez, se mide la opacidad.

Turbidez

Procedimiento

No es una propiedad del apuntalante en sí, sino de su distribución. Se utiliza para evaluar la pureza o limpieza del material.

• Agua clara y turbides nula: el agente no contiene partículas finas.
• Agua turbia: el material contiene gran cantidad de partículas finas que se disuelven en el agua.

Interpretación

TIPOS DE AGENTES SUSTENTANTES

Tipos de agentes sustentantes

Antecedentes apuntalantes

CÁSCARA DE NUEZ

Este material presenta una naturaleza deformable que permite que las partículas se aplanen y haya una distribución de cargas. La desventaja de estos materiales, es que cuando hay una severa deformación los canales de flujo son bloqueados y las partículas quedan prácticamente “atascadas”. La cáscara de nuez como material apuntalante esta en desuso debido al nuevo avance tecnológico que permite materiales con mayor índice de resistencia a presiones y temperaturas altas.

ARENA

En la mayoría de las operaciones de fracturamiento hidráulico se ha utilizado arena como agente sustentante por las características de este material como su bajo costo, disponibilidad y resistencia (hasta ciertas profundidades y esfuerzos).

Dependiendo de sus propiedades físicas las arenas pueden ser subdivididas en grupos de excelentes, buenos y deficientes grados de calidad.

Arena blanca

Comúnmente se utiliza la arena de Ottawa y Brady.

Arena delaware ottawa

Arena Jordania

Arena Brady

Arena nuez dura

Propiedades de las arenas premium y estándar

ARENA RECUBIERTA CON RESINA

Aplicación: Se bombea al final del tratamiento de fracturamiento hidráulico. El pozo se cierra temporalmente para permitir la consolidación del agente. Una vez consolidado, se abre el pozo para permitir el flujo de fluidos.

Los recubrimientos con resinas están disponibles para diferentes materiales, incluyendo arena, cerámica y bauxita.

Ventajas:Mayor conductividad: permite un mejor flujo de fluido. Mayor presión de confínaiento: soporta mayor presión sin deformarse. Resistencia al esfuerzo: distrubuye la carga de manera nás uniforme. Reducción de la carga puntual: menor desgaste y mayor vida útil.

TIPOS DE ARENA CON RESINA

AGENTES APUNTALANTES CERÁMICOS

Consideraciones: El alto costo limita su uso a aplicaciones específicas. La alta densidad puede dificultar el bombeo.

Características: Diseñados para ambientes de alta presión de cierre. Naturaleza cerámica. Costo elevado. Alta densidad. alta conductividad debido a su forma esférica y tamaño homogéneo. Resistencia a esfuerzos de cierre entre 5000 y 10000 psi.

El alojamiento de las partículas comparando el agente sustentante cerámico (en azul) con arena (en amarillo).

Aplicaciones: Fracturamiento hidráulico en pozos profundos con alta presión de cierre. Yacimientos con baja permeabilidad. Situaciones donde se requiere una conductividad superior.

AGENTES APUNTALANTES DE ALTA RESISTENCIA

Características: Muy alta resistencia a la compresión. Materiales como bauxita, circonio y caolín. Costo elevado. limitaciones a pozos con alta presión de cierre.

Aplicaciones: Fracturamiento hidráulico en pozos profundos con alta presión de cierre. Yacimientos con baja permeabilidad. Situaciones donde se requiere una resistencia excepcional a la compresión.

Bauxita

El mineral de la bauxita es un grano que es molido y formado dentro de “píldoras” verdes. Después de ser secadas y cribadas, las píldoras son fundidas en hornos a altas temperaturas.

Este agente sustentante puede ser de resistencia media o alta, en esencia su fabricación es la misma, la diferencia es la pureza de los materiales empleados en ellas pueden llegar a resistir hasta más de 8000 [psi] en presión de cierre.

Caolín

La bauxita es el material principal para este tipo de apuntalante luego de mezclarla con diferentes aditivos, aumenta la calidad de la misma, y ​​se le agregan ventajas como la resistencia a altas temperaturas, resistencia a presiones altas, buena capacidad de conductividad y resistencia a la erosión.

Conclusión

El fracturamiento hidráulico apuntalado es una técnica de estimulación de pozos de aceite y gas que se emplea en yacimientos de baja permeabilidad, se emplea un agente de sosten, conocido tambien como apuntalante el cual se deposita en la fractura creada, manteniendola abierta y estableciendo un canal conductivo para el flujo de fluidos desde la formación hasta el pozo. El fracturamiento hidráulico apuntalado es una técnica efectiva para aumentar la producción de hidrocarburos en yacimientos de baja permeabilidad, sin embargo, es importante considerar los costos, los impactos ambientales y los riesgos sismicos con esta técnica antes de su implementación.

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bibliografías

Bibliografías

• Alcántara, J. (s/f). Fracturamiento Hidráulico Agentes Sustentantes. Recuperado el 19 de abril de 2024, de http://www.paginaspersonales.unam./app/webroot/files/4676/Asignaturas/1688/Archivo1.4219.pdf

• Nasaria,C. (2017). Teoría del fracturamineto. Recuperado el 19 de 04 de 2024, de Tesis pag(73-80) https://www.academia.edu/38723402/UNIVERSIDAD_NACIONAL_AUT%C3%93NOMA_DE_M%C3%89XICO_TEOR%C3%8DA_DEL_FRACTURAMIENTO_HIDR%C3%81ULICO_FACULTAD_DE_INGENIER%C3%8DA
• Carballo, O. (2018). Propiedades físicas del apuntalante. Recuperado el 19 de 04 de 2024, de https://es.scribd.com/document/392481662/Propiedades-Fisicas-Del-Apuntalante
• Lozano, M. (2016). Agentes de sostén fractura, propiedades y diseño. Recuperado el 19 de 04 de 2024, de https://es.scribd.com/doc/314306099/Agentes-Apuntalantes
• NRG Argentina S.A. (s/f). ¿qué es un agente de sosten?. Recuperado el 19 de abril de 2024, de https://www.nrgproppants.com/agente_de_sosten.php