FLUIDO VISCOELASTICO

Por Dario Hideg - BJ Services Company Jornadas de Producción IAPG 2008 Comodoro Rivadavia - Argentina Agosto 21 – 22, 2008 Jornadas de Producción 2008 – Comodoro Rivadavia

Viscoelástico - Aniónico

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Geles Viscoelásticos

• • • •

Se basan en la Concentración Miscelar de Cationes, Balance Hidrofílico - Lipofílico y el Número de Agregación para producir

micelas 3D

Requieren un Surfactante y un Ion Opuesto Fluidos que adelgazan por Corte, Baja Fricción

•

Debido al alineamiento de las Micelas en la dirección del Flujo a altas velocidades de corte Rompimiento limpio sin residuos en presencia de Hidrocarburos, Alcoholes, Glicoles y Acidos

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Comportamiento del Gel Viscoelástico

Viscoso 100 10

Non-Newtonian-Fluid

Viscoelástico 1

Newtonian-Silicone Oil

0.1

0.1 1 10 100 1000 Shear Rate (sec -1 )

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Viscoelasticidad

Surfactantes monómeros

Aumento de concentración Encima del CMC

Micela

Aumento de concentración O adición de aditivos

Micela como gusano (“polímero viviente”)

Molécula Surfactante

Cabeza hidrofílica Cola hidrofóbica

Gel 3D

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Sistema Surfactante Viscoelástico

Sistema con dos componentes: SURFACTANTE + Contador de Iones Para : Surfactante Catiónico + Anión (cloruros,…) ó Surfactante Aniónico + Catión (K, NH 4 ,….)

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Gel Viscoelástico

• • • • •

Ruptura limpia, sin residuo, en la presencia de hidrocaburos, alcoholes, glicoles y ácidos Acuohumecta la formación Dispersa Asfaltenos Suspensión del agente de sostén casi perfecta Baja presión de fricción + Fluido más denso

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Gel Viscoelástico

• • • •

Reduce requerimiento de HHP entre un 25 y 35% 2 mecanismos internos adicionales de ruptura, aplicables para pozos de agua y gas Estable hasta 260 F Compatible con sales hasta un 20% para mejor estabilización de arcillas

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FLUIDOS DE FRACTURA, FUNCIONES Y PROPIEDADES (SPE 37359)

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FLUIDOS DE FRACTURA, FUNCIONES Y PROPIEDADES (SPE 37359)

• • • •

Viscoso, para iniciar y propagar la fractura.

No viscoso, para ser fácil de manejar en superficie.

Viscoso, para transportar el agente de sostén al pozo.

No viscoso, para minimizar la fricción tubular.

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FLUIDOS DE FRACTURA, FUNCIONES Y PROPIEDADES (SPE 37359)

• • • •

Viscoso, para llevar el agente de sostén dentro de la fractura.

Viscoso, para prevenir la decantación de agente de sostén hacia el fondo de la fractura.

Viscoso, para minimizar pérdidas de fluido.

No Viscoso, para facilitar su recuperación y limpieza.

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Viscosidad Aparente

n’ (Indice de consistencia) El AGUA tiene : n’ = 1 k’ = 0.00002

k’ (Indice de comportamiento de flujo) Alta presión de fricción.

Pobre capacidad de transporte.

Viscosidad Aparente [cps] Fluidos Viscoelásticos  n’ > 0.1 a 0.5

 K’ > 0.1 a 1.0

0.4

0.0875

458  Fluidos Poliméricos XL  n’ > 0.5 a 0.8

 K’ > 0.001 a 0.1

0.6

0.8

0.0418

0.0300

458 458  Fluidos Base Oil  n’ > 0.5 a 0.9

 K’ > 0.001 a 0.1

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Reología de Fluido Viscoelástico

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Comparación de velocidad de decantación del agente de sostén para distintos fluidos Fluid Type EFAS 3% EFAS 3% BCL Guar - 35 PPT BCL Guar - 35 PPT Phosphate Ester – 1% Phosphate Ester – 1% LP Guar – 20 PPT LP Guar - 25 PPT Proppant Type 16-20 Ceramic 20-40 Bauxite 16-20 Ceramic 20-40 Bauxite 16-20 Ceramic 20-40 Bauxite 16-20 Ceramic 16-20 Ceramic Temperature



F 150 150 150 150 150 150 150 150 Viscosity @ 40 sec -1 - CPS 655 655 850 850 780 780 835 985 Settling Rate Feet/min.

0.066

0.084

0.762

0.732

0.144

0.156

1.561

0.323

Static settling test showing that EFAS have superior suspending properties than other Fracturing fluids even though its viscosity is slightly lower.

EFAS: Environmentally Friendly Anionic Surfactant

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4 ppa 8 ppa

VES Fluido de Fracturamiento Mezcla de VES-Fluido + Arena 4 Horas Después

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Carlos Castro

Presión de Fricción

3 1/2" TBG, 1000 FT

10000 N'=0.2

N'=0.4

N'=0.6

N'=0.8

1000 100 1.0000

ZONA IDEAL

Baja Fricción & Buena Suspensión 0.1000

0.0100

K'

0.0010

0.0001

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EFAS – Propiedades de Baja Fricción

Pressure Drop Vs. Flow rate (0.43" tube & Length = 5 feet Long)

40 30 20 70 60 50 Water 2% EFAS 3% EFAS 4% EFAS 10 0 0 5 30 35 10 15 20

Flow rate( gpm )

25

Comparing A & B vs. C & D shows that EFAS gel produce 50 % less friction than water and comparing E vs. F shows that EFAS produce pumping rates 60% higher than water for equivalent pressure (5000 PSI).

See the shear thinning property of EFAS gel, increasing the rate slightly affect friction pressures, on the other hand with water, friction pressures increase drastically.

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Requerimiento de Viscosidad para Fracturar con Viscoelástico

 100 - 200 cps @ 40 sec-1 , debido al bajo n’ y al alto k’, mientras que el requerimiento para otros fluidos es de 400 a 800 cps.

 Suficiente viscosidad @ 300 sec-1 para propósitos de Leak-off para control de la eficiencia del fluido.

La eficiencia del fluido se puede mejorar con : – Almidón biodegradable – Aditivo para control de agua

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Daño en el pack de fractura

•

Invasión por Leakoff a las caras de la fractura: 10% a 30% de daño

•

Daño en la formación debido a cambio en el pH, baja concentración de sal, tensión superficial y depósitos orgánicos debido a los efectos de enfriamiento

•

Pack de la fractura con polímero concentrado: 15% a 60 % de daño Jornadas de Producción 2008 – Comodoro Rivadavia

Propiedades Adicionales Requeridas para Prevenir Daño a la Formación

• Suficiente KCl + del 5%

• Para prevenir la hidratación y dispersión de arcillas.

• pH cercano al de la formación

• • Para reducir el cambio catiónico.

Para prevenir la hidratación de arcillas.

• Acuohumectar la formación

• Para una mejor y mayor producción.

• Baja tensión superficial

• Para prevenir bloqueos por agua.

• Prevenir emulsiones

• Para mejorar la producción.

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Ruptores de fluidos de fractura

• El principal objetivo está en el pack de fractura !!

• Romper el fluido después de terminado el tratamiento.

• Destruir el daño del filter cake.

• Remover el residuo de gel del pack de fractura.

• Maximizar la conductividad de la fractura.

Broken Low Polymer Frac Fluid

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COMPORTAMIENTO - VES

VES - va a producir FIS como cualquier otro fluido, pero en menor grado. La baja tensión superficial también reducirá el FIS en las caras de la fractura, pero el FIS existe y está.

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VES – Mecanismo de ruptura

•

Sistema con Potasio

–

Hidrocarburos

– –

Dilución Surfactantes



Cambio de pH

•

Sistema con Amonio

–

Hidrocarburos

– –

Dilución Surfactantes



Cambio de pH



NH 3 evaporación

 Solamente aplicable a Surfactante Aniónico

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EFECTO DE RUPTURA

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COMPORTAMIENTO - VES

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COMPORTAMIENTO - VES

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COMPORTAMIENTO - VES

El flujo de petróleo / Gas rompe la estructura del gel que no fue removida durante el proceso de limpieza inicial y la alta volatilidad del amonio hará que se evapore por el calentamiento y la presión diferencial, rompiendo el balance Surfactante – Contador de cationes rompiendo completamente el gel.

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VAPORIZACION DEL AMONIO EN EL FLUJO DE GAS

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VAPORIZACION DEL AMONIO EN EL FLUJO DE GAS

Mayor longitud efectiva de fractura, mayor respuesta de producción de manera temprana y mejor recuperación de petróleo / gas.

Longitud efectiva de fractura

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Elastra Frac con Sales de Potasio

•

10 -

–

12 % KCl + KOH ó BF-7L Desde pH 7.5 a 8.5 – lower > Buena viscosidad

•

6 -

–

7.0 % KF+ KOH ó BF-7L Desde pH 8.0 a 9.5 – higher > Buena viscosidad

•

12 - 15 % KH 2 PO4 + 4% - 7% KOH

–

Desde pH 6.5 a 9.0 – pH 8.5 higher > buena viscosidad

•

Fosfonato Potásico Mono-Básico

•

17 – 19 % K 2 HPO 4

–

pH 8.2 a 8.7 – pH 8.5 higher > Buena viscosidad

•

Fosfonato Potásico Di-Basico, también funciona en rango de pH 6.5 a 9 en combinación con KOH

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ElastraFrac con Sales de Amonio

•

5 - 6 % NH 4 Cl + KOH

–

Desde pH 7.0 a 9.0

•

2.5 - 3.0 % ABF + KOH

–

Desde pH 7.0 a 9.0

•

8 - 9 % DAP ( Di-Basic Ammonium Phosphate ) + 4% - 6% KOH

–

Desde pH 7.0 a 10.0

•

El pH recomendado para todos los sistemas 8.5, en el momento de testearse con MonoEtanolAmina como buffer para prevenir la interferencia con el K (Potasio)

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Aplicaciones

• • • • •

Pozo bueno (alta k, skin), Frac Pack, o donde conductividad es cr ítica Pozo con problemas de producción de agua (ConformFrac Technique) Pozo profundo con pequeño tubing – fricción problemática Tratamiento de FraCT ( Fracturamiento con Coiled Tubing ) Re-fracturamientos

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Ventajas - Viscoelástico

• • • • •

Operativamente es simple No necesita hidratación de Polímero No necesita Bactericida No necesita crosslinker No necesita ruptor

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Resumen Viscoelástico

• • • • • • • •

No contiene ningún polímero ( >100% permeabilidad retenida) VES Surfactante Aniónico Excelente transporte de agente de sostén Rompe limpio en contacto con petróleo, dilución con agua, o cambio de pH Controlar la producción de agua Baja fricción tubular Excelente para frac packs Dispersión de asfaltenos

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Gracias por su tiempo.

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Dario Hideg Project Engineer Sr.

Agosto 21, 2008 – Comodoro Rivadavia Patagonia Argentina

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