práctica # 4
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Reporte de laboratorio, practica 4, laboratorio de y mantenimiento de pozos.TRANSCRIPT
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.