Cañoneo para Fractura: Aspectos Técnicos de Diseño

El cañoneo provee comunicación entre el pozo y la formación resultando en una comunicación tanto para la producción o inyección de fluidos en el yacimiento.

Muchos parámetros como la fase de tiro, tamaño de cargas, densidad de tiro, tipo de cañón y longitud del intervalo juegan un importante rol en la correcta ejecución del fracturamiento hidráulico.

Estos parámetros deben ser determinados para garantizar el ruptura de la formación, eliminar las restricciones en la vecindad del pozo (o tortuosidades), y que permitan transportar el material apuntalante, de esta manera cumplir con el plan de bombeo.

Las mejores prácticas de cañoneo deben tomarse en consideración durante la fase de diseño. Aún cuando se puede tener bien caracterizada la heterogeneidad del yacimiento, la desviación del pozo, anomalías de esfuerzos locales, calidad del cemento y muchos otros factores pueden resultar en comportamientos inesperados que pueden comprometer el éxito del tratamiento.

En el siguiente artículo se evalúan las mejores prácticas al momento de realizar un cañoneo para fracturamiento hidráulico.

Introducción

El cañoneo es una de las más importantes operaciones a considerar durante el diseño de completación de un pozo, y este directamente impactará en los resultados de producción.

En yacimientos donde el fracturamiento hidráulico como método de estimulación no se encuentra planeado, la estrategia de cañoneo debe asegurar la máxima conexión hacia el yacimiento.

Diferentes estudios muestran el impacto del cañoneo en la productividad del pozo como un efecto del skin mecánico (Karakas y Tarik, 1988) y el principal objetivo es hacer un by pass de la zona dañada cercana al pozo producto de las operaciones de perforación, cementación y completación.

El hecho es que, el mismo cañoneo, crea una zona de daño debe ser también considerada.

El cañoneo para producción es una práctica muy bien conocida y no ofrece mayores problemas en cuanto a la densidad de tiro, ángulo de fase, tamaño de cargas y longitud de perforación.

Para yacimientos no convencionales, donde el fracturamiento hidráulico es requerido, la estrategia de cañoneo encuentra diferentes objetivos, como garantizar un fácil rompimiento de la formación, minimizar las restricciones en la vecindad del pozo, reducir los problemas de tortuosidad, que puedan comprometer una baja producción posterior al trabajo de fracturamiento hidráulico.

Las experiencias a nivel mundial han demostrado que un mal alineamiento de los túneles de los perforados y el plano preferencial de fractura son los aspectos más importantes en la eficiencia de una fractura, debido a la caída de la presión por la tortuosidad.

En teoría, el cañoneo orientado es la mejor estrategia para mitigar estos efectos, pero a veces es difícil definir la dirección de esfuerzos en las zonas lejanas a la vecindad del pozo.

Una mala interpretación de la orientación de esfuerzos puede resultar en una incorrecta selección de la dirección del plano preferencial de fractura, y puede ser un escenario aún peor con una mala selección del cañoneo orientado.

Consideraciones en el tratamiento, tasa de bombeo, concentración del material apuntalante y tamaños deben ser considerados.

Cañoneo orientado: ¿el sistema orientado 180 grados fase es la mejor opción?

Muchos estudios de laboratorio muestran que un cañoneo 180 grados fase orientado en el plano de máximos esfuerzos provee una reducción en la presión durante el rompimiento de la formación durante el trabajo de fracturamiento hidráulico, mejorando la conectividad entre el pozo y el yacimiento.

Asumiendo que el pozo y la presión de sobrecarga están alineados hacia la dirección de máximos esfuerzos, la vecindad del pozo se encuentra estratégicamente en la mejor condición para la ejecución de un cañoneo orientado hacia la dirección del plano preferencial de fractura.

En la Figura 1, muestra como la fractura inicia alineada a los perforados evitando cualquier problema de tortuosidad, comunicando efectivamente el pozo con el yacimiento.

Muchas veces no es fácil determinar la anisotropía de esfuerzos o la dificultad de reconocer los esfuerzos del yacimiento.

Las fracturas inducidas durante la perforación detectadas mediante registros de imagen o caliper son una práctica común para el análisis de breakout, para entender los esfuerzos en la vecindad del pozo.

Estas condiciones no siempre suelen suceder y una mala selección de un cañón orientado puede hacer un escenario difícil de manejar en términos de comunicación y problemas de tortuosidad.

Aún en yacimientos donde las condiciones geomecánicas son conocidas, el cañoneo orientando no es recomendable su aplicación al menos que se tenga suficiente justificación, ya que un no alineamiento (posiblemente durante la operación o por error humano) puede comprometer el resultado del trabajo de fracturamiento hidráulico.

En la Figura 2 y Figura 3, muestran una mala orientación de los perforados con respecto al plano preferencial de fracturas. Altas presiones de ruptura y presiones en superficie durante el bombeo son esperadas debido al poco ancho hidráulico y problemas de tortuosidad.

Un ángulo de fase más pequeño, como 60 grados, en general provee mejores probabilidades de evitar un arenamiento prematuro. Una de las razones es que porque la fractura crecerá solo en unos pocos perforados orientados en el plano preferencial de fractura.

Una de las desventajas usando ángulos de fase más pequeños es el hecho de que más perforados están presentes y existe la probabilidad de creación de múltiples fracturas.

En la Figura 4, muestra como se inicia la fractura en los perforados orientados en la orientación favorable al plano preferencial de fracturas. El resto de los perforados, no se encuentran alineados y por consiguiente, no son efectivos.

¿Cañoneo Big Hole (BH) o de Alta Penetración?

Esta pregunta aún se encuentra entre los expertos. La principal razón probablemente es que ambas técnicas se adaptan y pueden alcanzar buenos resultados en diferentes características de yacimiento y diferentes profundidades.

Las cargas BH son ampliamente usadas y recomendadas para reducir la presión de fricción durante el bombeo.

Al utilizar cargas BH se debe considerar la tasa de bombeo, la máxima concentración del material apuntalante y el tamaño de éstas planificadas para el tratamiento.

En la Figura 5, muestra una simulación resultante de un sistema de cañones de 2 pulgadas, 6 TPP, 60 grados fase en un revestidor de 7”.

Como se observa claramente, la mitad de los perforados no son los suficientemente eficientes como para tomar altas concentraciones de material apuntalante, resultando en altas presiones de bombeo durante el tratamiento, debido a las altas fricciones en los perforados.

El diámetro de perforado promedio es de 0,14”, probablemente poco suficiente como para dejar pasar altas concentraciones de material apuntalante.

Analizando esta simulación, muestran que la utilización de cargas BH puede ser la mejor estrategia, sin embargo, ¿esto es totalmente cierto?

La fase de perforación causan en sí mismas incrementos de esfuerzos alrededor del pozo, tal como lo muestra la Figura 6.

La zona afectada puede extenderse tan lejos como el doble del diámetro del pozo. Este fenómeno en pozos profundos pueden hacer un escenario aún peor en términos de la presión de ruptura de la formación.

Las cargas de alta penetración empiezan a ser muchos más atractivas que las cargas BH en yacimientos profundos (> 4000 pies TVD), permitiendo realizar un by pass de esta zona de esfuerzo cerca de la cara de la arena.

Ambas técnicas presentan pros y contras y la selección de una con respecto a la otra se debe realizar cuidadosamente, haciendo un balance asociados a los riesgos con el incremento de los esfuerzos en la vecindad del pozo y las restricciones mecánicas que se puedan presentar.

Longitud de perforados: ¿largo o corto intervalo?

En yacimientos convencional donde el fracturamiento hidráulico no es necesario, lo más común cañonear un larga sección de las arenas de interés.

Muchos estudios muestran que reducen el daño mecánico y la penetración parcial cuando todos el intervalo es abierto a producción.

En casos de yacimientos naturalmente fracturados el concepto es el mismo, y todo el intervalo produce con las fracturas naturales, ofreciendo el máximo potencial de producción hacia el pozo.

Para yacimientos no convencionales, donde el fracturamiento hidráulico es una necesidad, el intervalo de cañoneo debe ser selectivo para reducir cualquier aspecto que pueda comprometer el trabajo de fracturamiento hidráulico.

Cortos intervalos de cañoneo son preferibles a largos intervalos de cañoneo, debido a que se puede concentrar toda la energía en el punto de inicio de la fractura hidráulica, reduciendo el riesgo de la creación de múltiples fracturas, problemas de tortuosidad, así como también altas pérdidas por filtrado del fluido de fractura (en yacimientos naturalmente fracturados).

Las propiedades mecánicas de la roca y los esfuerzos de las barreras como las lutitas, deben ser consideradas para seleccionar apropiadamente el intervalo selectivo a cañonear.

En pozos desviados y horizontales se debe tener especial atención. Pozos horizontal perforados sin considerar los máximos esfuerzos no son buenos candidatos para realizar fracturamiento hidráulico.

El pozo horizontal óptimo para realizar un fracturamiento hidráulico es aquel que es perforado en dirección del esfuerzo horizontal mínimo, para generar una fractura ortogonal e incrementar el área de drenaje.

En pozos desviados, el intervalo a cañonear debe ser aún más pequeño que en pozos verticales. Esto es para evitar cualquier problema en la creación de múltiples fracturas compitiendo durante el tratamiento, haciendo la fractura principal mucho más delgada, comprometiendo el objetivo de bombear el material apuntalante a altas concentraciones.

En la Figura 7, se muestra el intervalo óptimo a cañonear en un pozo desviado, con el propósito de evitar la creación de múltiples fracturas que compiten durante el tratamiento.

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