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Iniciación de la fractura



El fracturamiento hidráulico implica la aplicación de una fuerza contra la roca que constituye el yacimiento, lograda por el bombeo de un fluido a presión a través del pozo hasta la profundidad en que se quiere lograr la fractura. Esta operación se lleva a cabo con el fin de sobrepasar la resistencia a la tensión de la roca así como el esfuerzo horizontal mínimo,creándose una fractura por tensión en la formación. El comienzo de un trabajo de fractura consiste en lograr dicha ruptura de la formación.


En un pozo completado a hueco abierto, la presión de ruptura puede ser sólo ligeramente mayor que la presión necesaria para extender y hacer crecer la fractura. Sin embargo, en un pozo completado con revestimiento y perforaciones, la presión deruptura puede ser significativamente mayor. El nivel de la presión de ruptura está relacionado con la eficiencia con que el fluido comunica su presión hidráulica a la roca del yacimiento. Si existen muchas perforaciones abiertas y limpias y el fluido puede penetrar fácilmente en la matriz de la formación, el fracturamiento de un pozo a hueco abierto será similar al de uno con perforaciones. Siexisten limitaciones para la comunicación de la presión, el nivel de la presión de ruptura se incrementará. Una vez que ocurre la ruptura y la fractura ha sido iniciada, desaparece el efecto de la resistencia a la tensión de la roca ya que la misma ha sido vencida.


La orientación y azimut de la fractura estarán determinados por los esfuerzos actuantes en la roca. Estos esfuerzos soncausados por el efecto de la sobrecarga y el tectonismo de la región respectiva. Los esfuerzos actuantes se pueden representar por los esfuerzos principales, dados por tres componentes; la menor de estas tres componentes representará el esfuerzo principal menor y dictará la orientación de la fractura hidráulica creada. Esta se formará en un plano perpendicular al esfuerzo principal menor (Figura 1).La mayoría de las
fracturas en yacimientos petrolíferos serán verticales, dado que en muy pocos

casos dicho esfuerzo principal menor corresponde al esfuerzo vertical.




Esfuerzo Principal Menor





















Esfuerzo Principal Menor












Esfuerzo Principal Menor





Figura 1. Esfuerzo principal menor y orientación de fractura.El azimut de la fractura no es de fácil determinación, sin embargo, se ha efectuado un trabajado intenso, tanto a nivel de laboratorio como de campo, para tal fin (Pierce, et al., 1975, Lacy, 1984).
Para la iniciación de una fractura horizontal, la presión del pozo debe exceder el esfuerzo vertical más la resistencia a la tensión, vertical, de la roca (Hubbert and Willis, 1957), según se indica acontinuación:


(Pi)h = σ’v + Tv + Pr



donde:



(Pi)h = presión en el pozo requerida para iniciar la fractura horizontal

σ’v = esfuerzo principal vertical

Tv = resistencia a la tensión, vertical, de la roca

Pr = presión de la formación



Las condiciones para la iniciación de una fractura vertical dependen de la relación entre los dos esfuerzos principaleshorizontales, compresivos. Para iniciar esta forma de fractura de la formación, la presión en el hoyo debe ser algo mayor que el esfuerzo mínimo y debe sobrepasar la resistencia a la tensión, horizontal, de la roca, lo cual se puede expresar como sigue:


(Pi)v = 3σ’H - σ’h + Th + Pr



donde:

(Pi)v = presión en el pozo requerida para iniciar la fractura vertical

σ’H = esfuerzo principalhorizontal mayor

σ’h = esfuerzo principal horizontal menor

Th = resistencia a la tensión, horizontal, de la roca

Pr = presión de la formación



Estas ecuaciones para el cálculo de la presión de iniciación de la fractura son válidas para fluidos que no penetran en la formación y para condiciones de hueco abierto (Hubbert and Willis, 1957).


Si el fluido utilizado penetra en la...