La interaccin de variablesEst claro que con las principales consideraciones de diseo que viene desde mltiples disciplinas, las variables reaccionar, interactuar y de interconexin de mltiples maneras y que muchas de estas interacciones sern contradictoria o incompatibles. Esto se discute ms adelante, pero un ejemplo es el siguiente. Considere el caso de que el depsito metas requieren un largo fractura. Con una penetracin profunda en la zona productiva, consiguiendo un buen transporte de apuntalante por una larga fractura claramente requiere alta viscosidad del fluido. Sin embargo, la alta viscosidad aumenta la red presin en el interior de la fractura. Este reacciona con el diferencia tensin entre el salario y la suprayacente y lutitas causas subyacentes y el crecimiento en altura, lo que resulta en una menor penetracin de lo deseado, y por lo tanto se requiere menos viscosidad. Contradicciones inherentes que controlan la seleccin de fluidos abundan: Se requiere buena viscosidad para proporcionar un buen agente de sostn transporte, pero la friccin mnima tubera es tambin deseable para reducir la presin de la bomba superficie. Se espera que el sistema de fluido para controlar la prdida de lquidos,pero sin daos a la formacin o fractura permeabilidad. Rendimiento a alta temperatura, por perodos largos de tiempo, se requiere de un sistema de fluido que hace no cuesta mucho. In-situ estrsIn-situ estrs, en particular, el mnimo de estrs in-situ (Denominado la presin de cierre de la fractura para no homognea zonas, como se discuti anteriormente) es el dominante parmetro de control geometra de la fractura. Se discute en detalle en el Captulo 3. Para geolgica relajado ambientes, la mnima in situ el estrs es generalmente horizontal; de este modo una fractura vertical que se form cuando un pozo vertical, rompi permanece vertical y es perpendicular a este esfuerzo mnimo. Hidrulico fracturas son siempre perpendicular al mnimo estrs, excepto en algunos casos complejos, e incluso para esos casos, cualquier desviacin significativa es slo en el tambin. Esto ocurre simplemente porque eso es lo de menos camino resistente. La apertura de una fractura en cualquier otra direccin requiere una presin ms alta y ms energa. El estrs mnimo controla muchos aspectos de fracturamiento: A muy poca profundidad o bajo condiciones inusuales de esfuerzos tectnicos y / o presin alta del depsito, el peso de la sobrecarga puede ser el menor estrs y la orientacin de la fracturas hidrulicas sern horizontal; para ms casos normales, la tensin mnima es generalmente horizontal y la direccin del esfuerzo mximo horizontal determina si la fractura vertical de norte a sur, de este a oeste, etc. Estrs diferencias entre las distintas capas geolgicas son el control primario sobre el importante parmetros de crecimiento en altura (Fig. 5.9). A travs de su magnitud, el estrs tiene un impacto grande sobre los requisitos materiales, equipos de bombeo, etc., necesarios para un tratamiento. Debido a que el fondo de pozo presin debe exceder el esfuerzo local para propagacin de la fractura, el estrs controla la necesaria la presin de bombeo que tubos de pozo deben soportar y tambin controla la potencia hidrulica (HHP) requerido para el tratamiento. Despus de la fractura, altas tensiones tienden a aplastar el agente de sostn y reducir kf; Por lo tanto, la magnitud del estrs domina la seleccin de tipo apuntalante y controla gran parte postfractura conductividad.Por lo tanto, el diseo detallado de la fractura hidrulica tratamientos requiere informacin detallada sobre in-situ tensiones. Un ingeniero debe conocer la magnitud de la tensin mnima in situ para la zona productiva y sobretensin y zonas subyacente y en algunos casos debe conocer la direccin de las tres tensiones principales. Para una geologa simple, relajado con presin normal de poro, el esfuerzo de cierre est tpicamente entre 0,6 y 0,7 psi / ft de profundidad (profundidad vertical verdadera, TVD). Ms en general, tal como se explica en el captulo 3, el mnimo el estrs se relaciona con la presin de profundidad y el depsito por

donde Ko es una constante de proporcionalidad en relacin con la propiedades de las rocas de las formaciones (posiblemente a ambos las propiedades elsticas y las propiedades de falla o fracaso), v es la tensin vertical desde el peso de la sobrecarga, pr es la presin de poro del yacimiento, y T representa los efectos tectnicos en el estrs (por un ambiente relajado, geologa falla normal, T suele ser pequeo). Ko es tpicamente de aproximadamente 1/3. Para el diseo de la fractura, mejor se requieren valores que puede ser proporcionado por tal relacin simple, y los mtodos de medida o inferir el esfuerzo local se discuten en los captulos 3 y 4. Para el diseo preliminar y evaluacin, utilizando Eq. 5-4 con Ko = 1/3 es generalmente suficiente. Ingeniera de yacimientosComo se mencion anteriormente, debido a que el objetivo final de fracturacin es alterar el flujo de fluido en un depsito, ingeniera de yacimientos debe proporcionar las metas para un diseo. Adems, las variables de depsito pueden afectar la prdida de fluido.

Figura 5-9. El crecimiento en altura de la fractura. (a) perfil fractura idealizada de la relacin de la geometra de la fractura a los esfuerzos locales. h = esfuerzo horizontal mnimo, H = esfuerzo horizontal mximo. (b) la fractura tpica seccin transversal vertical que ilustra el relacin de la altura total hf fractura a la altura de la fractura hfo "original". (c) relacin terica entre hf / hfo, p net y la in-situ diferencia estrs (Simonson et al., 1978).Los objetivos de diseo Histricamente, el nfasis en la fractura de baja permeabilidadreservorios estaba en la fractura productiva xf longitud. Para los yacimientos de permeabilidad ms alta, la conductividad KfW es tanto o ms importante, y el dos se equilibran con la permeabilidad de la formacin k. Este balance crtico se discuti por primera vez por Prats (1961), ms de 10 aos despus de la introduccin de fracturando, con el importante concepto de dimensiones fractura conductividad CpD:

Esta conductividad adimensional es la relacin de la la capacidad de la fractura para llevar flujo dividido por el la capacidad de la formacin para alimentar a la fractura. En general, estas dos caractersticas de la produccin deben ser en equilibrio. De hecho, para un volumen fijo de agente de sostn, produccin mxima se alcanza para un valor de la CpD entre 1 y 2, como se discute en los captulos 1 y 10, con una analoga con el diseo de carreteras en la barra lateral 5B. Prats tambin introdujo otro concepto fundamental, el idea del rw' radio pozo eficaz. Como se muestra en Fig. 5-10, un simple equilibrio de reas de flujo entre un pozo y una fractura da el valor equivalente de rw' para una fractura apuntalada (relacin cualitativa solamente):

Sin embargo, esta equivalencia rea de flujo sencillo ignora el campo de presin de poro alterado alrededor de un lineal

fracturarse y tambin asume la conductividad infinita. Prats correctamente contabilizado la distribucin de la presin alrededor de una fractura y proporcionado una relacin general adimensional entre la conductividad y rw' para condiciones de estado estable (vase el captulo 1). la relacin muestra que para las fracturas infinita conductividad, la lmite superior en rw' es ligeramente menor que la de la fluir equilibrio rea en la ecuacin. 5-6. Para infinita kfw, Prats fundar

Cinco-Ley et al. (1978) ms tarde integrado esta en un una descripcin completa de respuesta del yacimiento, incluyendo tran- CUADRO:Analoga de la carretera por adimensional conductividad de la fracturaUna analoga simplista para conductividad de la fractura adimensional CFD es un sistema de carreteras. El numerador de esta adimensional variable es kfw, que es la capacidad de la carretera o la capacidad de la carretera para llevar trfico. El denominador es KXF; esto es la capacidad de los caminos de acceso para suministrar el trfico a la carretera. La famosa carretera antigua de Estados Unidos conocida como la ruta 66 funcion, por gran parte de su longitud, a travs de las zonas poco pobladas donde caminos secundarios fueron pocos, estrecho y muy espaciados. La capacidad de la red de carreteras secundarias para abastecer el trfico a la autopista fue limitada (similar a las condiciones existentes cuando un apoyada fractura hidrulica se coloca en una formacin con muy baja permeabilidad). En este caso, la anchura, o la capacidad de flujo, de la carretera no es un problema (kfw no tiene que ser grande). Lo que se necesita (y eventualmente fue construido) es un largo y estrecho (De baja conductividad) en carretera. A modo de comparacin, considere la 610, la "autopista" que rodea la ciudad de Houston. El sistema de alimentacin se encuentra en una zona densamente poblada, y los caminos de acceso son numerosa y amplia. Aqu, la anchura, o la capacidad de flujo, de la carretera es fundamental. Hacer esta carretera ya no tiene efecto en el flujo de trfico, y la nica manera de aumentar el flujo de trfico es ampliar (es decir, aumentar la conductividad de) la carretera. Es obviamente anloga a la colocacin de una fractura en una mayor permeabilidad la formacin, con la produccin postfractura limitado por el ancho de la fractura (o, ms exactamente, limitado por KfW). Si CFD es la relacin de la capacidad de una carretera para transportar trfico a la capacidad del sistema de alimentacin para suministrar a la que el trfico carretera, claramente una carretera debe ser diseado para aproximadamente equilibrar estas condiciones. Es decir, un valor CfD> 50 es rara vez se justifica, porque una carretera no se construira para llevar a 50 veces ms trfico que el sistema de alimentacin podra suministrar. De la misma manera, un valor de 0,1 hace poco sentido. Por qu construir una carretera que slo puede llevar a un 10% de el trfico disponible? En general, un valor ideal para CFD se espera que sea alrededor de 1 a resultar en una equilibrada, wellengineered sistema de carreteras. Un balance de aproximadamente 1 es sin duda atractivo para flujo estable condiciones de trfico que puedan existir a travs de la mayor parte del da. Sin embargo, durante los perodos de mayor trfico del sistema de alimentacin puede suministrar ms trfico de lo normal, y si esta hora punta o transitoria perodo de trfico es una consideracin importante, a continuacin, una proporcin ms grande de la CpD puede ser deseable. Por lo tanto, un CFD de 10 puede ser deseable para el flujo mximo (transitoria) perodos, a diferencia de un valor de CfD aproximadamente 1 de las condiciones del trfico en el estado estacionario.Continuacin de arriba: flujo sient. Para el flujo pseudo radial, Cinco-Ley et al. Expresada rw' como una funcin de la longitud y CFD (Fig. 5-11). El grfico en la figura. 5-11 (equivalente a Prats) puede ser utilizado (cuando pseudo radial flujo es apropiado) como una poderosa herramienta de ingeniera de yacimientos para evaluar posible beneficios de productividad postfractura de apuntalado fracturacin. Por ejemplo, los pliegues de aumento (FOI) para el estado de equilibrio de flujo puede ser definido como el postfractura aumento de la productividad del pozo en comparacin con previo a la fractura de la productividad calculada a partir de

donde re es el drenaje bien o radio embalse, rw es el radio normal de pozo, y s es cualquier prefractura efecto de la piel como resultado del dao del pozo, la acumulacin de sarro, etc. Un efecto piel equivalente sf resultante de una fractura es

para su uso en modelos de yacimientos u otros clculos de productividad. Ecuacin 5-8 proporciona el largo plazo FOI. Muchos pozos, especialmente en yacimientos de baja permeabilidad, pueden exhibir mucho ms alto (pero en disminucin) earlytime, FOI transitoria. Las relaciones anteriores son para flujo pseudoradial transitoria antes de que cualquier depsito efectos de frontera; el caso de los efectos de frontera es discuti en la Seccin 12 a 2,6.

Factores que complicanEstos conceptos principales dan un sencillo mtodo para predecir la produccin postfractura; sin embargo, Las complicaciones pueden reducir la productividad postfractura por debajo de los niveles esperados o dan una mejor productividad que el calculado. Las principales complicaciones incluir no Darcy (o turbulento) de flujo, transitoria los regmenes de flujo, depsitos en capas y la permeabilidad horizontal anisotropa (particularmente cualquier fisura naturales permeabilidad). Para los pozos de alta tasa, no Darcy o flujo turbulento puede ser un factor importante que provoca un aumento la cada de presin a lo largo de la fractura. Esto crea una conductividad aparente que es menor que el equivalente conductividad del flujo laminar. La aparente CFD es tambin reduce y la productividad es menor que la esperada. Otro efecto de complicacin que puede reducir la productividad respecto a los niveles esperados es acodar formacin, donde una fractura est en mltiples capas con significativamente diferentes valores de porosidad, permeabilidad o ambos. A diferencia de flujo radial en un pozo, los valores promedio de permeabilidad y porosidad no se aplican, y para formaciones en capas, el rendimiento postfractura cae por debajo de los clculos simples basado en permeabilidad media (Bennett et al., 1986). Estos y otros efectos se discuten en la Seccin 12-3. Para formaciones de menor permeabilidad y para algunos perodo de tiempo, el rendimiento postfractura est dominado por el flujo transitorio (tambin llamada la produccin flush) como discutido por el Cinco-Ley et al. (1978). Para transitoria condiciones, el flujo de depsito no se ha convertido en patrones de flujo pseudoradial y las relaciones rw' simples no son aplicables. En el ejemplo en la Fig. 5-12, flujo pseudoradial no se desarroll hasta el 48meses. Durante los regmenes de flujo transitorio previo

la productividad era mejor que la que predice a partir de la rw' flujo pseudoradial. La duracin del transitorioperodo de flujo es una funcin de la permeabilidad, CFD y xf 2 tal que para moderada a pozos de alta permeabilidad el perodo es demasiado corto para tener significado prcticopara el diseo de la fractura. Sin embargo, puede ser importante para anlisis de la prueba as postfractura. Para baja permeabilidad pozos con fracturas largas, flujo transitorio pueden dominar la mayor parte de la vida bien productivo.Efectos Reservoir sobre la prdida de lquidosPropiedades del yacimiento, tales como la permeabilidad al depsito fluido, permeabilidad relativa al filtrado fluido de fracturacin, compresibilidad total del sistema, porosidad, reservorio la viscosidad del fluido y la presin del yacimiento, juegan un papel en la prdida de lquidos durante el bombeo (ver seccin 6.4). Por lo tanto, cierta informacin de depsito se requiere para el tratamiento diseo, as como para la especificacin de objetivos de diseo. 5-4. Roca y fluidos mecnica Roca y fluidos mecnica (junto con la prdida de lquidos) consideraciones controlan las dimensiones de fracturas creadas y la geometra (es decir, la altura de la fractura hf, longitud L y anchura W). Estas consideraciones todos giran alrededor del pnet presin neta dada por la ecuacin. 5-3. Sin embargo, pnet, que controla hf y L, es en s un funcin de hf y L, y los distintos comportamientos fsicos altura, presin neta, anchura, etc. conexin, interactuar de muchas maneras. Esto hace declaraciones simples acerca de la importancia relativa de las variables difcil o imposible. Sin embargo, los fenmenos fsicos bsicos el control del crecimiento de la fractura se entienden y son bien establecido Balance de materiaLa ecuacin fundamental para la fracturacin es balance de materiales.Esto simplemente dice que durante el bombeo de un cierto volumen se bombea en la tierra, una parte de que es perdido a la formacin durante el bombeo, y la resto crea volumen de fractura (longitud, anchura y altura). Es el papel de modelos para predecir la fractura cmo el volumen se divide entre estas tres dimensiones. El volumen bombeado es simplemente

donde qi es la tasa total de inyeccin y tp es el bombeo tiempo para un tratamiento. Igualmente simple, la fractura volumen creado durante un tratamiento puede ser idealizada como

donde hf es un promedio, altura bruta fractura, w - es el anchura media de la fractura, L es la longitud de la fractura o la penetracin, y es la eficiencia de fluido. finalmente, como se comenta por Harrington et al. (1973) y Nolte (1979), el volumen perdido mientras que una fractura hidrulica tratamiento est siendo bombeado se puede aproximar por

donde CL es el coeficiente de prdida de fluido (tpicamente de 0,0005-,05 ft / min-1/2), HL es la permeable o altura de prdida de fluido, y Sp es la prdida chorro (tpicamente de 0 a 50 gal / 100 ft2). Debido balance de materiales deben ser conservados, Vi debe ser igual VLP ms Vf, y NCA. 5-10 a travs 5-12 se puede reordenar para producir

que muestra una relacin general entre varios importante las variables de fractura y objetivos de diseo. Modelado de propagacin de la fractura hidrulica en bajos a formaciones medio permeabilidad tpicamente muestra una anchura media de aproximadamente 0,25 pulg. ( 50%) sobre una gama bastante amplia de condiciones (por ejemplo, Abou- Sayed, 1984). Con este valor, el efecto de la primaria las variables altura hf y el coeficiente de prdida de fluido CL en la penetracin de la fractura L son investigados en Fig. 5-13. Esto es para un caso simple de una constante 0,25-in. ancho de la fractura. La figura 5-13a muestra longitud como una funcin fuerte, casi lineal de HF; por ejemplo, duplicando hf corta la penetracin de fractura en un 50%. Por similares condiciones, Fig. 5-13b muestra que el coeficiente de prdida de fluido no es tan importante; por ejemplo, doblando CL reduce L por slo alrededor del 20%. Sin embargo, con la fracturacin, tales relaciones simples nunca son fijas. Como se ve en la Fig. 5-13c, para un caso de prdida mayor, duplicando CL de 0,005 a 0.01 revela una relacin casi lineal entre la CL y L, as como para la altura en la Fig. 5-13a. Bsicamente, para Figs. 5-13a y 5-13b, el trmino de prdida (primer trmino en el denominador de la ecuacin. 5-13) es pequeo en comparacin con el plazo volumen fractura (tercer trmino en el denominador). V qt Por lo tanto, la prdida de lquido es relativamente baja y posicin de inversin internacional de la fractura eficiencia de fluido (, como se define en la Ec. 5-11) es alto. En Fig. 5-13c, el trmino prdida es grande en comparacin con el plazo volumen (alta prdida y la baja eficiencia), y el coeficiente de prdida se convierte en la variable dominante, con L menos sensible a las variaciones en hf o equivalentemente w si que vara desde el valor fijo de 0,25 pulgadas.

Altura de la fracturaEcuacin 5-13 demuestra que hf altura de la fractura y la altura de prdida de fluido hL son parmetros importantes para diseo de la fractura. Prdida de altura es controlado por in-situ variaciones de porosidad y permeabilidad. Fractura altura es controlada por las tensiones in situ, en particular por diferencias en la magnitud o nivel de estrs entre las diversas capas geolgicas. Ms formalmente, altura se controla por la relacin de presin neta a diferencias de estrs , como se ilustra en la Fig. 5-9, donde es la diferencia entre la tensin en el lmite lutitas y el estrs en la zona productiva. Haciendo caso omiso de cualquier presin cae los causados por el flujo de fluido vertical, la relacin entre altura de la fractura, la altura inicial de la fractura, pnet y se puede calcular como se demuestra por Simonson et al. (1978). Esta relacin se incluye en la Fig. 5-9c. Para los casos cuando pnet es relativamente pequeo comparado con las diferencias de tensin existentes (por ejemplo, menos de 50% de ), hay poco crecimiento de fractura vertical y la fractura hidrulica es esencialmente perfectamente confinado. Esto le da una geometra simple fractura(Fig. 5-14a) y el aumento de presin de la red (Fig. 5-14b). Para los casos cuando pnet es mucho mayor que el existente diferencias de estrs, el crecimiento en altura de la fractura vertical es esencialmente sin restricciones. Una vez ms, la geometra es una bastante simple radial o fractura circular (Fig. 5-14c) y la disminucin de la presin neta (Fig. 5-14b). Para los casos ms complejos cuando pnet es casi igual a , geometra de la fractura se hace ms difcil de predicen, y un aumento significativo en altura pueden ocurrir para pequeos cambios en la presin de la red. Tambin, para este caso, la cada de presin viscosa de retarda flujo vertical el crecimiento en altura de fractura (vase Weng, 1991), y el Clculo de la altura de equilibrio en la Fig. 5-9 no son ya aplicable.

Ancho de fracturaConsidere una hendidura en un medio elstico infinito (es decir, el tierra). Considera tambin que la hendidura se mantiene cerrada por un esfuerzo de cierre de la fractura, pero se estn abriendo por una presin interna igual a la tensin de cierre adems de una red de p net presin. Bajo estas condiciones (discutido endetalle en el captulo 6), la hendidura se abre en una elptica dar forma, con un ancho mximo

donde E 'es el mdulo de deformacin plana (E' = E / (1 -2), es el coeficiente de Poisson y por lo general es igual a aproximadamente 0.2), y d es la dimensin menor de la fractura. En caso de fractura de altura confinado con una longitud de punta a punta mayor que hf, d es igual a hf. Esto muestra una relacin directa entre la presin de la red y el ancho e introduce una importante propiedad del material, el mdulo de deformacin plana. Sin embargo, debido tpicamente 2