El Frac Pack, o «fractura empaquetada», es una técnica avanzada de completación de pozos utilizada en la industria petrolera para optimizar la producción de hidrocarburos en yacimientos con formaciones poco consolidadas o de alta permeabilidad.
Combina dos procesos: la fracturamiento hidráulico y el “gravel packing”. Primero, se realiza una fractura hidráulica para crear canales de flujo en la formación, aumentando así la permeabilidad y facilitando la extracción del petróleo o gas.
Luego, se introduce un “gravel pack”, una capa de grava especialmente seleccionada, para estabilizar la formación y evitar la entrada de arena al pozo, lo que podría dañar los equipos y reducir la eficiencia de producción.
Los tratamientos de fracturamiento seguido de empaque de grava crean fracturas apuntaladas altamente conductivas que producen aumentos de producción sostenida y controla la migración de finos en yacimientos pobremente consolidados.
En la actualidad, la expresión fracturamiento y empaque (frac pack) se refiere a los tratamientos de fracturamiento en los que se induce un arenamiento para controlar el largo de la fractura (Tip screenout TSO por sus siglas en Ingles).
Estos tratamientos crean fracturas cortas y anchas y empacan grava detrás de filtros (cedazos); todo en una operación (ver Figura 1).
Las fracturas apuntaladas y altamente conductivas resultantes reducen el daño de formación y mitigan la migración de finos, mediante la reducción de la caída de presión y de la velocidad de flujo cerca del pozo.
Fracturamiento con control del largo de la fractura (TSO)
En los yacimientos de alta permeabilidad, las estimulaciones por fracturamiento hidráulico requieren sistemas de fluidos que se filtran en los primeros instantes del tratamiento.
La deshidratación de la lechada provoca que el apuntalante se empaque en el extremo de la fractura, deteniendo la propagación o extensión de la misma.
A medida que se bombea lechada adicional, las fracturas de doble ala se inflan y el apuntalante se empaca en dirección hacia el pozo.
Un tratamiento TSO garantiza fracturas más anchas y mejora la conductividad de las mismas, promoviendo el contacto entre los granos en el apuntalante empacado.
Esta técnica también genera suficiente desplazamiento de la formación para crear una abertura del espacio anular entre el cemento y la formación que comienza a empacarse con apuntalante.
Este “empaque externo” conecta todos los disparos entre sí y reduce aún más la caída de presión que se produce en las cercanías de la pared del pozo.
Origen del Frac Pack
La empresa Shell utilizó el término Frac Pack a principios de 1960 para describir aquellas completaciones de pozos realizadas en Alemania que eran hidráulicamente fracturadas previo al empaque de grava.
En 1963, se efectuó una de las primeras operaciones de fracturamiento y empaque en Venezuela, donde las compañías productoras llevaban a cabo pequeños tratamientos de fracturamiento utilizando arena y crudo viscoso y luego bajaban los filtros de grava hasta la profundidad de interés, pasándolos a través de la arena que quedaba dentro de la tubería de revestimiento. Esta técnica resultó exitosa, pero no se aplicó a otras áreas hasta casi 30 años después.
El interés por la técnica de fracturamiento y empaque surgió a principios de la década de 1980, cuando las compañías operadoras comenzaron a fracturar formaciones de alta permeabilidad utilizando técnicas TSO.
Las fracturas apuntaladas más anchas obtenidas, produjeron aumentos de producción sostenida. Estos resultados atrajeron la atención de productores de otras áreas y motivaron la evaluación de los fracturamientos TSO como técnica de control de la producción de arena.
Después de 1985, aumentó el interés por la técnica de fracturamiento y empaque como consecuencia de la actividad desarrollada en el Golfo de México, donde se realizaron varias completaciones de pozos con Frac Pack cuyos resultados fueron exitosos llegando a convertirse en el método preferido para controlar la producción de arena en el Golfo de México, donde varios yacimientos de petróleo y gas yacen debajo del agua, en áreas donde la profundidad del lecho marino excede los 914 metros.
La transferencia de tecnología y el éxito de la técnica de fracturamiento y empaque en otras áreas tales como Indonesia, Mar del Norte, Medio Oriente, África Occidental y Brasil están contribuyendo a expandir aún más la aplicación de esta técnica en el mundo.
Ventajas de la técnica Frac Pack
- Mejora significativamente la productividad del pozo en comparación con el empaque de grava convencional.
- Reduce la caída de presión causada por el daño de formación en la cara de la arena, así como la velocidad de flujo.
- Evita mucho deterioro de la productividad que se producen con frecuencia en los empaques de grava convencionales de pozo entubado.
- Su alcance es más allá de la zona de daño de formación.
- Aumentan el radio de completación y el área de flujo.
- Conecta zonas laminadas.
- Mitiga la producción de arena y la migración de finos.
Frac Pack y Factor de Daño
La técnica de fracturamiento y empaque reduce las caídas de presión causadas por el daño de formación y las restricciones impuestas por los componentes de la completación, las cuales se hallan comúnmente representadas por un valor adimensional conocido como factor de daño.
A diferencia del empaque de grava, el factor de daño asociado con la técnica combinada disminuye a medida que los pozos producen y los fluidos de tratamiento se recuperan y, en consecuencia, la productividad tiende a mejorar con el tiempo.
Por lo tanto, la tendencia entre las compañías operadoras es a aplicar esta técnica en casi todos los pozos que requieren control de la producción de arena.
Pozos candidatos a tratamientos de Frac Pack
- Pozos propensos a migración de finos y producción de arena.
- Formaciones altamente susceptibles al daño y de alta permeabilidad.
- Pozos con alta producción de gas.
- Zona de baja permeabilidad de requieren estimulación.
- Secuencia laminada de areniscas y lutitas.
- Zonas productoras heterogéneas.
- Yacimientos agotados y de baja presión.
Diseño de tratamiento de Frac Pack
Selección del apuntalante
El éxito de la técnica se debe, en parte, a dimensiones más grandes de apuntalante que los comúnmente utilizados en los empaques de grava convencionales.
Concentraciones más altas de apuntalantes esféricos grandes, minimizan el encapsulamiento y compensan los efectos del flujo turbulento en las fracturas apuntaladas. Los apuntalantes deben cumplir cuatro objetivos de fracturamiento:
- Proveer un contraste de permeabilidad efectiva.
- Controlar el flujo de arena y la migración de finos.
- Minimizar el encapsulamiento de apuntalante en formaciones no consolidadas.
- Mantener la conductividad de la fractura sin trituramiento del apuntalante.
Selección del fluido
La selección depende fundamentalmente del criterio de fracturamiento. A diferencia de las estimulaciones masivas efectuadas en formaciones de baja permeabilidad, para los tratamientos de fracturamiento y empaque no se requieren bajos valores de pérdida de fluido, o una alta eficiencia del fluido.
De hecho, un fluido algo ineficiente ayuda a lograr un arenamiento inducido para controlar el largo de la fractura y promueve el contacto entre los granos del apuntalante desde la punta de la fractura hasta el pozo.
Sin embargo, los fluidos de tratamiento también deben mantener suficiente viscosidad para crear fracturas dinámicas anchas y emplazar altas concentraciones de apuntalante que aseguren la conductividad adecuada luego del cierre de la fractura.
Una vez que se detiene el crecimiento del largo de la fractura, los sistemas de fluidos transportan apuntalante en un ambiente de bajas tasas de corte de una fractura dinámica ancha, pero también deben mantener el apuntalante en suspensión bajo condiciones de tasa de corte más altos en la tubería de producción, alrededor de los filtros de grava, a través de los disparos y durante el inicio y propagación de la fractura.
Ejecución del Tratamiento
Inicialmente los operadores utilizaron la técnica de fracturamiento y empaque en varias etapas; un tratamiento de fracturamiento seguido de limpieza de pozo, instalación de filtro de control de arena y operaciones de empaque de grava separadas.
Sin embargo, los altos factores de daños positivos y la productividad limitada obtenidos, indicaban daño entre la fractura apuntalada y el empaque de grava interno.
La técnica de fracturamiento y empaque se simplifico a una única operación para mejorar aún más la producción del pozo y reducir los costos operacionales.
El tratamiento de fracturamiento ahora se ejecuta con filtros de grava ya instalados en el fondo del pozo.
Conclusiones
- El Frac Pack es un método combinado de estimulación y control de la producción de arena que se realiza en una única operación, a diferencia de las técnicas tradicionales de fracturamiento y empaque en varias etapas en donde se realiza primero la fractura seguido de limpieza de pozo, instalación de filtro de control de arena y operaciones de empaque de grava separadas.
- La técnica de fracturamiento y empaque se simplifico a una única operación para mejorar aún más la producción del pozo y reducir los costos operacionales.
- El tratamiento de fracturamiento ahora se ejecuta con filtros de grava ya instalados en el fondo del pozo.
- La técnica de Frac Pack genera ahorros en costos operativos durante la completación pues se realiza todo en una sola operación.
Fuente:
- Plaza, R. y Méndez, W. Frac Pack. Universidad del Zulia
- Fracturación hidráulica. (2024, 13 de abril). Wikipedia, La enciclopedia libre. Fecha de consulta: 06:07, abril 13, 2024 desde https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Fracturaci%C3%B3n_hidr%C3%A1ulica&oldid=159403024.
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