Transporte y estabilidad de agentes de sostén en fractura hidráulica para la estimulación de yacimientos de hidrocarburos no convencionales

Abstract

Los hidrocarburos de un sistema petrolero no convencional se encuentran embebidos en formaciones rocosas de baja permeabilidad. Como consecuencia, durante su explotación el flujo del hidrocarburo a través de la matriz porosa de la roca hacia la perforación se produce a velocidades muy bajas y la producción se vuelve económicamente inviable. La fractura hidráulica es una técnica para estimular la extracción de estos hidrocarburos que constituyen actualmente una reserva de energía estratégica en Argentina. Este procedimiento consiste en la inyección, en una perforación, de fluidos a presión con el objetivo de crear fracturas o ampliar las fracturas existentes en el sustrato rocoso, favoreciendo así la salida del hidrocarburo hacia el exterior. Dado que al liberar la presión de fracturamiento la presión existente en el subsuelo vuelve a cerrar las fracturas, se utilizan agentes de sostén (materiales granulados) mezclados con fluidos de fracturamiento. Los agentes de sostén pueden consistir en arenas tamizadas, bauxita sinterizada, materiales cerámicos, materiales recubiertos con resinas, microesferas de silica, entre otros. La forma en que el agente de sostén penetra y se deposita en la formación determina la futura conductividad de la fractura (y en consecuencia la velocidad de salida del hidrocarburo). Asimismo, la disposición espacial del agente de sostén es crítica para la estabilidad a largo plazo del empaquetamiento de granos ante las perturbaciones inducidas por el flujo del hidrocarburo o cambios en los esfuerzos del subsuelo. Esta tesis se enfoca en el estudio de la forma en que penetra y se deposita el agente de sostén durante la fracturación. La hipótesis central es que el tamaño de los granos y el protocolo de llenado del agente de sostén tienen un efecto significativo no trivial en los valores medios y fluctuaciones de cantidades macroscópicas, como la fracción de volumen ocupado y la disposición espacial del mismo una vez cerrada la fractura.El objetivo de esta tesis es entonces elucidar bajo qué condiciones es posible predecir el comportamiento de transporte de agente de sostén en una fractura de campo. Como resultado de este trabajo se construyó un dispositivo experimental que simula el recorrido del agente de sostén dentro de una fractura. Se implementó un protocolo de medición con el cual somos capaces de obtener resultados comparables entre nuestra fractura modelo y una fractura de campo.