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Servicios de Estimulación
Walter Barrios
Ing. Técnica WPS
Acidificación de Areniscas
2Estimulación
SF
Carbonatos vs. Areniscas
CARBONATOS
- Un gran % de la matriz es soluble
(>50%)
- Disolución de la roca Wormholes o agujeros de gusano
Bypass del daño
- Divergencia
ARENISCAS
- Una pequeña fracción de la
matriz es soluble
- Disolución del daño
- Precipitaciones
penetración + cobertura
disolución + precipitaciones
3Estimulación
SF
Acidificación de Areniscas
Rocas sedimentarias consisten en granos de arena en una matriz de arcillas
Altas concentraciones de cuarzo
La Acidificación remueve el daño de la formación
Severo potencial de precipitación de productos - Selección del ácido y diseño del tratamiento es esencial
- Tratamientos para areniscas con alto contenido de calcita (>20%) deberían diseñares como si fueran carbonatos
4Estimulación
SF
Diseño del Tratamiento de Acidificación Optimizar disolución de minerales y minimizar la
formación de precipitados en la matriz crítica
3 ft
5Estimulación
SF
3 ft
Potencial severo de precipitación de productos de reacción!!. La mineralogía y el tiempo de reacción vs. el tiempo de residencia en la matriz crítica
gobiernan el éxito del tratamiento
2°y 3° reacciones2°y 3° reacciones
Optimizar disolución de minerales y minimizar la formación de precipitados en la matriz crítica
Diseño del Tratamiento de Acidificación
6Estimulación
SF
Estimulación Ácida en Areniscas
7Estimulación
SF
Minerales y Arcillas en Areniscas
A: material en poros kaolinita
B: illita fibrosa
C: Sobre-crecimiento de carbonato
D: Sobre-crecimiento de feldespatos
E: Cementante de granos de cuarzo
8Estimulación
SF
Litología de Areniscas
Cuarzo
Feldespato
Pedernal
Mica
Cementación Secundaria(Carbonato y
Cuarzo)
Arcillas(Cobertura de Poros: illita)
Arcillas
(Llenado de Poros:
Kaolinita)
Espacio Poral Remanente
9Estimulación
SF
Estructura de Alumino-Silicatos
Kaolinita
4 Si6 O
4O + 2(OH)
4 Al
6(OH)
Superficies cargadas (-) atraen cationes
H+, Na+, K+, ...
10Estimulación
SF
6 O
4 Si
4O + 2(OH)
4 Al
4O + 2(OH)
6 O4 Si
Montmorillonita
6 O
3 Si + 1 Al
4O + 2(OH)
4 Al
4O + 2(OH)
6 O3 Si + 1 Al
Muscovita
2 K
Estructura de Alumino-Silicatos
11Estimulación
SF
Carbonatos Calcita CaC03
Dolomita Ca, Mg(C03)2
Ankerita Ca,(Mg,Fe)(C03) 2
Siderita FeC03
Sulfatos Yeso CaS04·2H20
Anhidrita CaS04
Otros Sal NaClÓxidos de Hierro
ComposiciónMinerales Química
Otros Minerales de Formación
12Estimulación
SF
Requerimiento de Sistemas Ácidos
Reacción con los minerales de la roca productos solubles
Reacción con el daño productos solubles o que pueden dispersarse
Habilidad de inhibir corrosión
Seguros de manejar y manipular
Económicos y disponibles
13Estimulación
SF
Mud Acid Mezclas de Ácido clorídrico y fluorhídrico
- Ácido Fluorídrico (HF) disuelve alumino-silicatos
- HCl mantiene un pH bajo y previene precipitaciones
Mud Acid reacciona con numerosos minerales de las areniscas
Reacciones complejas
Pueden resultar en precipitaciones deben evitarse!
14Estimulación
SF
Cinética de Reacciones en Areniscas
Qué tan rápido se disuelven los minerales?
Por qué es importante entender la cinética?
Porqué necesitamos conocer la mineralogía exacta de las areniscas?
15Estimulación
SF
Paso Limitante de la Reacción
El paso más lento controla la velocidad global de reacción con la roca
Paso Limitante de la Velocidad de Reacción
Si el paso más lento es la transferencia de masa (de los reactivos o productos); entonces la disolución es Limitada por Transferencia de Masa
Si la reacción en la superficie de la roca es el paso más lento; entonces la disolución es Limitada por Velocidad de Reacción
16Estimulación
SF
Limitada por Transferencia de Masa
Líquido
H+ Cl-
CaCO3
(CaCl2) + (CO2^) + (H20)
Cinética de Reacción del HCl con Calizas
17Estimulación
SF
H+ F- ,H+ F- ,H+ F- H+ F- ,H+ F- ,H+ F- H+ F- ,H+ F- ,H+ F- H+ F- ,H+ F- ,H+ F- H+ F- ,H+ F- ,H+ F- H+ F- ,H+ F- ,H+ F- H+ F- ,H+ F- ,H+ F- H+ F- ,H+ F- ,H+ F- H+ F- ,H+ F- ,H+ F- H+ F- ,H+ F- ,H+ F- H+ F- ,H+ F- ,H+ F- H+ F- ,H+ F- ,H+ F-
Areniscas
SiF4 + 2 H20
Limitada por Velocidad de Reacciones en Superficie
Cinética de Reacción del HF en Arenas
18Estimulación
SF
Factores que controlan la Vel. de Reacción
Concentración de Ácido- Alta concentración de HF mayor velocidad de reacción
- Más HCl mayor velocidad de reacción
Temperatura- Velocidad de reacción aumenta con el incremento de temperatura
Área superficial del mineral- Habilidad del ácido de ponerse en contacto con el mineral que debe disolverse
- A mayor área superficial mayor velocidad de reacción
19Estimulación
SF
Solubilidad de Minerales en Areniscas
Solubilidad
Mineral Área Superficial HCI HCI / HF
Cuarzo Baja No Muy bajaChert Baja a Moderada No Baja a ModeradaFeldespato Baja a Moderada Muy baja Baja a ModeradaMicas Baja Muy baja Baja a Moderada
Kaolinita Alta Baja AltaIllita Alta Baja AltaSmectita Alta Baja AltaChlorita Alta Moderada Alta
Calcita Baja a Moderada Alta Alta, pero Precipitación de CaF2Dolomita Baja a Moderada AltaAnkerita Baja a Moderada AltaSiderita Baja a Moderada Alta Alta
Zeolita Alta Alta a Moderada Alta
20Estimulación
SF
Área superficial cumple un rol fundamental
reactividad: arcillas > feldespatos > cuarzo
Mineral Área EspecíficaCuarzo Few cm 2/g
Feldespatos Few cm 2/g
Arcillas: Kaolinite 22 m 2/g
Illite 113 m 2/g
Smectite 82 m 2/g
Factor Limitante : Área Superficial
21Estimulación
SF
• Todas las arcillas tienen una temperatura a la cual se vuelven inestables en HCl. Las arcillas inestables se descomponen rápidamente, consumiendo todo el HCl.
• La descomposición resulta en precipitado de sílica gel y el Aluminio es liberado de las arcillas
Inestabilidad de Arcillas en Ácido
Minerales
Zeolites
Chlorites
Illite
Mixed Layer
Smectite
Kaolinite
Max. T en HCl (deg F)
75
150
190
200
200
250
22Estimulación
SF
Reacciones Ácido - Arenisca Reacción Primaria: HF + mineral + HCl AlFx + H2SiF6
- Rápida- Disolución de Arcillas- No hay precipitación
Reacción Secundaria: H2SiF6 + mineral + HCl silica gel + AlFx
- Más lenta que la reacción primaria
Reacción Terciaria: AlFx + mineral AlFy + silica gel ; x > y
- Mucho más lenta que la reacción secundaria
PrimariaSecundaria Terciaria
Distancia del Pozo
23Estimulación
SF
Reacción de HF - Principales subproductos
Fluoruro de Calcio, CaF2
Fluorosilicatos de Sodio y Potasio
Fuoroaluminatos de Sodio y Potasio
Sílica amorfa coloidal, Si(OH) 4
Fluoruro de Aluminio, AlF3
Hidróxido de Aluminio, Al(OH)3
Hidróxidos Férrico y de Carbonato, Fe(OH)3 and CaC03(OH)
24Estimulación
SF
Reacciones de Disolución Cuarzo
SiO2 + 4HF SiF4 + 2H2O
SiF4 + 2F- SiF6-
Alumino-silicatos (K-Feldspar)
KAlSi3O8 + 18HF K+ + 2H+ + AlF2+ + 3SiF62- + 8H2O
Hexafluoruro de Sílice se hidroloza creando sílica gel
SiF62- + 8H2O Si(OH)4 + 4H3O+ + 6F-
AL aumentar la concentración de sílice, algo del hexafluorosilicato se convierte en ácido fluorosílico
SiF62- + 2H3O+ H2SiF6 + 2H2O
ácido fluorosílico puede continuar reaccionando
25Estimulación
SF
Productos de Reacción Primaria Precipitación
2Na+ + SiF62- Na2SiF6
2K+ + SiF62- K2SiF6
2Na+ + AlF3 + 3F Na3AlF6
2K+ + AlF4- K2AlF5
- Florosilicatos y fluoroaluminatos Favorecido por alto pH Alto volumen de preflush requerido para desplazar salmueras de formación Minerales potásicos Los más dañinos de los productos de reacción primaria
26Estimulación
SF
Precipitación
CaCO3 + 2HF CaF2 + H2O + CO2
Fluoruro de Calcio- Proviene de la calcita no removida con el preflush de HCl
- Al gastarse HF, bajo nivel de F- promoverá complejos de Al o F
- Precipitado granular que causa daño moderado / alto
Productos de Reacción Primaria
27Estimulación
SF
Reacciones Secundarias de Disolución
K-Feldspar
SiF62- + 6KAlSi3O8 + 18H+ + 10H2O 6K+ + 6AlF2+ + 18H2SiO3 + H4SiO4
Illite
SiF62- + KAl3SiO10(OH)2 + 6H+ + 4H2O K+ + 3AlF2+ + 4H4SiO4
Estas reacciones resultan en precipitación de sílica-gel
28Estimulación
SF
Ocurre precipitación si aumenta el pH de la fase acuosa (se gasta todo el ácido, incluido HCl)
Estas reacciones son importantes sólo luego del consumo total de HF- Sílica Hidratada o Amorfa
Hidrólisis de SiF para dar Si(OH) 4
H2SiF6 + 4 H2O Si(OH)4 + 6H+ + 6AlFx
6Al3+ + 6HF AlF2+ + 6H+
Afinidad de F- por Aluminio promueve deposición sobre superficies de arcillas
Productos de Reacciones Secundarias
29Estimulación
SF
Productos de Reacción Terciaria
AlF2+ + M - Al - Si + (3+1)H+ + H2O = 2AlF2+ + M+ + silica gel
Reacción ocurre cuando se gasta HCl - Precipitado de sílica-gel coloidal
- AlF3 precipitado
Diseñe el trabajo para mantener algo del HCl vivo
30Estimulación
SF
Hidróxido Férrico o de Carbonato- Complejos de FeF son solubles
- FeS insoluble (precipita en presencia de H2S)
- Fe(OH)3 insoluble (precipitata a pH = 1.9)
- FeCO3 (Siderite)
Productos de Reacción
31Estimulación
SF
Resumen de Principales subproductos
Fluoruro de Calcio, CaF2
Fluorosilicatos de Sodio y Potasio
Fuoroaluminatos de Sodio y Potasio
Sílica amorfa coloidal, Si(OH) 4
Fluoruro de Aluminio, AlF3
Hidróxido de Aluminio, Al(OH)3
Hidróxidos Férrico y de Carbonato, Fe(OH)3 and CaC03(OH)
32Estimulación
SF
Resumen: Productos de reacción de HF
La fuerza promotora es la afinidad del HF al aluminio
Las reacciones primarias y secundarias ocurren mientras el HCl está presente
Siempre habrá precipitación, pero puede manejarse cuando y donde se produce
Contemple la presencia minerales que contienen carbonatos (preflush)
33Estimulación
SF
PreflushSalmuera
Preflush HCl o
Ácido Orgánico
Fluido PPal.Mud Acid
1. Preflush de Salmuera: Desplaza fluidos que contienen iones incompatibles lejos del pozo
Acidificación de Areniscas
3. Mud Acid: Remueve daño de la formación (alumino-silicatos)
4. Overflush: Desplaza el ácido gastado fuera de la matriz crítica
2. Preflush HCl (o Ácido Orgánico) : Remueve CaCO3 de la matriz para prevenir precipitados de CaF2
OverflushSalmuera
34Estimulación
SF
Preflush
Establecer inyectividad con un fluido inerte antes de bombear ácido.
Remover depósitos orgánicos- Xileno / Tolueno
- Solvente Mutual / Alcohol
Usar solución de NH4Cl a 50 gal/ft si se utiliza algún ácido orgánico
Función del HCl- Desplaza salmueras de formación (aísla HF de iones Ca, Na, K)
- Disuelve CaCO3 para prevenir precipitación de CaF2
35Estimulación
SF
Fluido Principal Seleccionado en función de las condiciones de pozo
Generalmente- Mud Acid débiles son usados en pozos de baja K
- Mud Acid fuertes son usados en pozos de alta K
- A mayor contenido de arcillas, menor mud acid
- Alto contenido de clays y feldespatos requiere más HCl relativo a HF
- Reduce concentración de mud acid arriba de 200°F
36Estimulación
SF
Sobre-desplazamiento (Overflush) Desplaza el ácido (y cualquier precipitado asociado) fuera del wellbore. Volumen 3-5 ft penetración
Incluye surfactantes y solventes mutuales - Dejan la formación mojada al agua
- Facilitan la recuperación del agua
La divergencia es crítica
Pozos de Aceite- NH4Cl, o HCl débil, o diesel con solvente mutual
Pozos de Gas- NH4Cl o HCl débil
Nitrógeno (para promover flowback en pozos de baja presión poral)
37Estimulación
SF
Volúmenes de Fluidos
Corra el módulo “acid placement” de StimCADE y optimice reducción de skin
Rule of Thumb- Preflush ~ 50 to 100 galones/ft (0.5 to 1.0 m3/m)
- Mud Acid ~100 to 150 galones/ft (1.0 to 1.5 m3/m)
- Overflush ~1.5 veces el volumen de Mud Acid
40Estimulación
SF
Flowback
Fluya el pozo lo más pronto posible- Reduce las probabilidades de tener precipitados dañinos
…EXCEPTO cuando utilice Clay Acid
El nitrógeno asiste el flowback en pozos de baja presión
41Estimulación
SF
Respuesta en Permeabilidad (Core Flow)
43Estimulación
SF
Sistemas de Ácido Fluorhídrico
Mud Acid (HCl-HF)
Organic Mud Acid- Fórmico-HF
- Cítrico-HF
Ácidos Retardados (HBF4)
- Clay Acid
- Organic Clay Acid (OCA)
44Estimulación
SF
Schlumberger Mud Acid
Nueve formulaciones HCI-HF
Disuelve minerales silicios
Eficiente
+
HCl
HFo
Y1 Mud Acid
45Estimulación
SF
Organic Mud Acid Ácido Fórmico (9% L036 reemplaza 12% HCl)
Menos corrosivo que formulaciones comparables de Mud Acid
Velocidad de reacción ~ 1/4 que el Mud Acid
Menor tendencia a formar sludge asfáltica al contacto con crudo
+L36
(Fórmico)
HFo
Y1 Mud Acid
46Estimulación
SF
Arcillas luego del tratamiento
Clay Acid (Mud Acid retardado) Inhibe migración de finos
Estabiliza las Arcillas
Limitado HF disponible Mayor penetración
Menor probabilidad de precipitación
47Estimulación
SF
800
600
400
200
0
0 10 20 30 40
Clay Acid12% HCl - 3%HF
1st 6 in. Desconsolidación
Distancia desde el punto de entrada (in.)
Perm
eabi
lidad
, % C
hang
e
Mejor Penetración con Clay Acid
48Estimulación
SF
Preflush para Mud Acid: sensibilidad
Ácido Principal
Overflush para Mud Acid: mejora el control de arcillas
Shut-in y recupere producción lentamente
Clay Acid & Mud Acid
Clay Acid100-125 gal/ft
NH4Cl w/ U6630-60 gal/ft
Mud Acid100-150 gal/ft
HCl o DAD30-60 gal/ft
50Estimulación
SF
Brine PreflushAcid PreflushHF TreatmentPost acid
Tratamiento con OneSTEP*
Pobre colocación de fluido Daño por precipitados
Bajo Nivel de Exito
Brine preflush displaces brines containing incompatible cations away from the wellbore
HCl (or organic acid) preflush removes CaCO3 from matrix to prevent the precipitation of CaF2
HF removes alumino-silicate formation damage
Overflush displaces spent acid away from the critical matrix
Colocación en formación de fluido simplificado
Riesgo reducido de formación de precipitados
Mayor nivel de éxito y gastos de producción
Tecnología OneSTEP*
51Estimulación
SF
Tecnología OneSTEP*
- La tecnología OneSTEP* es un sistema de fluido de una sola etapa, basado en agentes quelantes conteniendo una fuente de HF
- El agente quelante esta diseñado para secuestrar los iones de calcio y magnesio para evitar precipitados por reacciones,
- Así mismo secuestra cualquier Fe en solución removiendo el riesgo de formación de precipitados por hidróxido de hierro.
- Al ser en una sola etapa el tratamiento principal se reduce el riesgo por un inadecuado diseño o ejecución obteniendo un mayor nivel de éxito
- El pH es de 5.5 por lo que al ser menos agresivo que otras formulaciones reduce la probabilidad de desconsolidación de la roca
52Estimulación
SF
Tecnología OneSTEP*
Simplificación operacional
53Estimulación
SF
Beneficios OneSTEP*
- Continuo
- Incremento de producción con un menor nivel de riesgo
- Operaciones mas seguras a través de un fluido menos corrosivo
- Ahorro en costos debido a que el sistema requiere menos tiempo y equipos
- Menor tendencia a forma emulsiones con los fluidos de formación
- Mayor tolerancia a altas concentraciones de calcita
54Estimulación
SF
Aplicaciones OneSTEP*
- Pozos productores de gas y aceite, pozos inyectores
- Formaciones de areniscas complejas y/o laminadas
- Formaciones con temperaturas de 200 a 375 deg F (95 a 190 deg C)
- Formaciones con minerología compleja incluyendo arcillas, carbonatos y/o mezcla de ambos (> 5% en peso).
- Formaciones donde se requiera eliminar el daño causado por fluidos de perforación, remoción de escamas en incrustaciones, remoción del daño en la cara de la fractura
55Estimulación
SF
Criterios de selección de Fluidos
Mineralogía de Formación- Sensibilidad
Desconsolidación Precipitación Liberación de Finos
- Reactividad Composición química Área superficial
- Estructura de la Roca Solubilidad en HCl / carbonatos Distribución de arcillas
Permeabilidad- Naturaleza de daño
- Movilidad o daño inducido
Fluidos Producidos- Sludge / Emulsiones
- Pozos de gas
Temperatura- Corrosión
- Penetración
Presión de fondo
56Estimulación
SF
PREGUNTAS ??
