1003 - JORNADAS SAM/ CONAMET/ SIMPOSIO MATERIA 2003 10-03...

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Unformatted text preview: JORNADAS SAM/ CONAMET/ SIMPOSIO MATERIA 2003 10-03 DESARROLLO DE FLUIDOS VISCOELÁSTICOS PARA LA ESTIMULACIÓN DE POZOS Marcela Mucci, Leonardo Sánchez, Marcelo Criado, Gustavo Bianchi Vicepresidencia de Ingeniería y Tecnología San Antonio - PRIDE J. J. Lastra 5500 – 8300 Neuquén mmucci@sanantonio.com.ar ; lsanchez@sanantonio.com.ar mcriado@sanantonio.com.ar ; gbianchi@sanantonio.com.ar La estimulación de pozos productores de hidrocarburos por medio de la fractura hidráulica de la formación es una práctica frecuente que permite incrementar los niveles de producción del pozo. El tratamiento consiste en generar una fractura en la formación mediante el bombeo de fluidos con propiedades reológicas bien definidas. Estos fluidos deben tener la capacidad de transportar arena al interior de la fractura de manera de evitar su cierre cuando se finaliza la operación. Asimismo el fluido debe generar el menor daño posible a la formación, minimizando la concentración de residuos insolubles que afecten la producción del pozo. Palabras claves: fractura hidráulica, reología, surfactante 1. INTRODUCCION Los fluidos de fractura deben tener la capacidad de transportar arena al interior de la fractura de manera de evitar su cierre cuando se finaliza la operación. Asimismo el fluido debe generar el menor daño posible a la formación, minimizando la concentración de residuos insolubles que afecten la producción del pozo. Los fluidos viscoelásticos forman parte de la familia de fluidos de fractura que se caracterizan por presentar propiedades físicas adecuadas para este tipo de aplicaciones, con la ventaja de no generar residuos ya que se solubiliza en contacto con el agua de formación. Cuando a este tipo de fluidos se los somete a un esfuerzo y luego se remueve la carga, la deformación sólo se resetea en la porción elástica del fluido; la parte viscosa del fluido seguirá parcialmente deformada. El fluido estudiado es un sistema con una fuerte estructura de gel debido a las u niones químicas temporarias, donde el desarrollo de viscosidad está relacionado con el reticulado que se obtiene por la atracción iónica de los surfactantes incorporados (salinidad del medio). La naturaleza transitoria de esta unión provoca una reestructuración dinámica de la cadena. Esto lleva a una alta elasticidad en las propiedades del fluido resultando en un mejoramiento de las propiedades del transporte y a la vez no requiere de ningún químico para romper la cadena ya que la fuerza de la unión está dada por el potencial iónico de la solución. Las características particulares del surfactante en el sistema evitan la formación de emulsiones. Este trabajo presenta un estudio de laboratorio cuya finalidad es exponer la funcionalidad de este tipo de sistemas como fluido de fractura para operaciones de Fractura Hidráulica de pozos productores de hidrocarburos. El estudio presenta los resultados experimentales realizados usando un Fann 50C para la determinación de las propiedades reológicas del sistema y un FRT (Formation Response Test) donde el fluido se inyecta sobre testigos corona de diversas formaciones para evaluar el potencial daño de formación y las permeabilidades retenidas, comparándolas con otros fluidos de fractura. Esta investigación nos permite exponer que este fluido viscoelástico es un sistema de excelentes propiedades reológicas que proporciona un alto porcentaje de permeabilidad retenida y es de muy fácil mezclado. 2. DESARROLLO DEL TRABAJO 2.1 Objetivos del desarrollo Pueden enumerarse entre los principales : a) Diseñar un Fluido de Fractura que mantenga las propiedades de transporte de agentes de sostén de un buen gel convencional b) Contar con la ventaja de mínima pérdida de conductividad de fractura c) Reducción de presiones por fricción d) Rápida recuperación del fluido post fractura e) Disminución de la viscosidad del fluido sin necesidad de ruptores externos f) Temperaturas de aplicación de hasta 300ºF 2.2 Fluidos Viscoelásticos Un fluido viscoelástico posee porciones tanto elásticas como viscosas. - La porción elástica se comporta acorde a la Ley de Hooke (Modelo del resorte) - La porción viscosa obedece la Ley de Newton (Efecto Amortiguador) Cuando a este tipo de fluidos se los somete a un esfuerzo y luego se remueve la carga, la deformación sólo se resetea en la porción elástica del fluido; la parte viscosa del fluido seguirá parcialmente 832 JORNADAS SAM/ CONAMET/ SIMPOSIO MATERIA 2003 deformada (Figura 1), por lo tanto la recuperación no es completa. Figura 1. Se observa el esfuerzo aplicado y la deformación generada, con diferentes respuestas sobre la parte viscosa y sobre la parte elástica del material. Algunos materiales viscoelásticos son : polímeros sintéticos, madera, tejido humano, etc 10-03 La naturaleza transitoria de esta unión provoca una reestructuración dinámica de la cadena. Esto lleva a una alta elasticidad en las propiedades del fluido resultando en un mejoramiento de las propiedades del transporte Cuando se produce la química de la unión, se construye un fluido con un alto nivel de estabilidad tridimensional. Esto le confiere su calidad única de fluido de fractura que se comporta como un polímero pero debido a su naturaleza transitoria. No requiere de ningún químico para romper la cadena ya que la fuerza de la unión está dada por el Potencial iónico de la solución. Figura 3. Las moléculas del polímero sintético están en una solución altamente concentrada que sólo requieren una simple dilución en agua dulce. Gel Max Zero posee más sitios de unión o croslinqueo, por lo que se obtiene un fluido de mejores características en cuanto al control de filtrado y de excelente elasticidad, con óptimas condiciones de transporte. 2.3 Química de Sistema La química del sistema se basa en la interacción iónica de un sistema dual polímero/surfactante. El polímero es sintético de carácter catiónico y está en solución líquida concentrada lo cual permite su fácil dosificación a la pasada (“on the fly”) en las operaciones de fractura hidráulica convencionales. El surfactante, que puede utilizarse en polvo o en solución líquida, es el responsable de la atracción iónica con las moléculas del polímero, generando un pseudocroslinqueo muy estable dando lugar a un fluido de excelentes propiedades viscoelásticas. Esta combinación polímero/surfactante no deja residuo en formación permitiendo lograr así altas conductividades retenidas. 2.4 Descripción de Sistema El Sistema Viscoelástico GMZ Posee como base del sistema un contenido polímerico 20 veces inferior al de un gel convencional. El desarrollo de viscosidad está relacionado con el reticulado que se obtiene por la atracción iónica de los surfactantes incorporados (salinidad del medio). Figura 2. Básicamente el sistema viscoelástico GMZ es logrado por la creación de un pseudocrosslinkeo transitorio combinando un componente de unión reversible (surfactante) con uniones moleculares cortas (polímero sintético). 833 Polímero sintético + Surfactante Polímero con fuerte estructura de gel debido a las uniones químicas temporarias Figura 3. Se obtiene un fluido de fractura de excelente elasticidad, con óptimas condiciones de transporte y extremadamente buenos valores reológicos. JORNADAS SAM/ CONAMET/ SIMPOSIO MATERIA 2003 2.5 Evolución reológica del Sistema La temperatura genera importantes cambios en la estabilidad reólogica de los fluidos de fractura. Se realizaron ensayos comparativos de la Sensibilidad a la temperatura de geles de fractura que utilizan polímeros convencionales y el Sistema GMZ. (Figura 4). 10-03 EVOLUCION DE VISCOSIDAD A 40°C 700 658 Viscosidad (cps) 600 ENSAYO FANN 50 500 400 195 139 111 80 100 1000 0 900 30 60 110 90 Temperatura 626 600 612 70 500 50 410 400 Gel Max Zero 331 330 300 90 Tiempo (min) 77 43 31 71 36 24 120 65 34 24 150 100 1/seg 180 40 1/seg Figura 5. Evaluación reológica a 40°C del GMZ 30 120 Gel Convencional 280 Temperatura (°C) 170 1/seg 800 700 111 60 41 0 1113 1100 Viscosidad (cps) 245 175 128 100 130 301 225 200 150 1200 334 300 10 200 125 100 125 0 0 20 40 Tiempo (min) 60 80 EVOLUCION DE VISCOSIDAD A 80°C -10 100 1200 1198 Viscosidad (cps) 1000 Figura 4. Es notoria la estabilidad del sistema viscoelástico al aumento de temperatura 800 600 573 400 374 290 236 200 109 132 147 11 2 1 13 107 3 9 104 80 0 0 30 Tiempo (min) 170 1/seg 60 100 1/seg 40 1/seg Figura 6. Evaluación reológica a 80°C del GMZ ENSAYO DE RUPTURA A 100º F Y @ 40 SEG-1 700 600 589 522 512 570 519 521 500 Viscosidad (cps) El estudio de la Reología de los fluidos de fractura nos permite diseñar un sistema acorde a las condiciones del reservorio y a las capacidades operativas durante la Fractura Hidráulica. El estudio reológico se basa en el estudio del desarrollo de viscosidad de estos fluidos No Newtonianos y en la estabilidad de la viscosidad en el tiempo y a la temperatura de la formación productiva. Esta evolución de viscosidad se mide en un equipo especial denominado Fann 50. Es un viscosímetro rotacional coaxial para testear fluidos hasta 400° F. El fluido está contenido en el espacio anular entre dos cilindros, donde el exterior es una celda que gira a la velocidad rotacional elegida. El diseño del Rotor y el Bob están conectados a un transductor/resorte de torsión que envía una señal a la computadora. Es decir que el torque generado en la rotación de la celda (cilindro exterior) es impartido al cilindro interior (bob) mediante el movimiento del fluido en el anular. Este equipo nos permite determinar la viscosidad de fluidos croslinqueados o altamente viscosos. Automáticamente se miden las viscosidades de los fluidos a diferentes velocidades y durante un tiempo prefijado. Se presenta un resumen de distintos ensayos en Figuras 5 a 7. 210 400 339 306 300 248 143 200 100 0 0 15 30 Sin Ruptor 45 Tiempo (min) 60 75 90 Con Ruptor Figura 7. Ensayos del sistema GMZ a 80°C blanco y con ruptor. Se combinaron resultados de ensayos de Conductividad de Fractura y de Permeabilidad Retenida usando el equipo de Evaluación de Daño de Formación (FRT), notándose que tanto la Conductividad del agente de sostén como la permeabilidad retenida de la formación a la inyección de este fluido de fractura dan daño mínimo, especialmente si se los compara con sistemas que utilizan polímeros convencionales. 834 JORNADAS SAM/ CONAMET/ SIMPOSIO MATERIA 2003 RECUPERACION DE PERMEABILIDAD 80 70 Gel viscoelástico Permeabilidad Retenida (%) 60 50 40 Gel convencional con oxidante catalizado 30 Gel convencional con ruptor oxidante 20 10 0 0 1000 2000 3000 Presión de Confinamiento (psi) 4000 5000 6000 Figura 8. Conductividad de fractura retenida comparativa de distintos tipos de fluidos de fractura 3. CONCLUSIONES - Sis tema dual de surfactante/polímero sintético : simplifica notoriamente la operación en campo La unión química del surfactante confiere alta estabilidad Excelentes propiedades viscoelásticas Compatible con salmueras hasta 2% No deja residuo en la formación Es compatible con el uso de N2 o CO2 Es de fácil preparación : sólo se necesitan componentes No necesita ruptor (rompe con salmuera de formación) Se puede bombear “a la pasada” 4. REFERENCIAS [1] Hy-Billiot, J.,Bickert, J., Montel, F., Segalini, G., TotalFinaelf, “Getting the Best From Formation Testing Sampling”, SPE 77771, presented at the 2002 Annual Technical Conference and Exhibition, San Antonio,Tx,2002 [2] B.R. Stewart et all: “Use of a Solids-free Viscous Carrying Fluid in Fracturing Applications : An Economical and Productivity Comparison in Shallow Completions” SPE 30114(1994) 835 10-03 ...
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