MX2012013298A - Métodos para proporcionar barros de agentes de soporte en tratamientos de fracturación. - Google Patents

Abstract

Se puede formar un paquete propulsor en una fractura que se extiende desde un orificio de pozo formado en formación subterránea que se logra mediante diferentes métodos. Los métodos implican proveer múltiples postas propulsoras separadas con un fluido de fractura hidráulica que se introduce en el orificio del pozo a una presión por arriba de la presión de fractura de la formación.

Description

MÉTODOS PARA PROPORCIONAR BARROS DE AGENTES DE SOPORTE EN TRATAMIENTOS DE FRACTURACIÓN Antecedentes Las declaraciones en esta sección proporcionan únicamente información de antecedentes relacionadas con la divulgación presente y no puede constituir técnica anterior.

En la construcción y el desarrollo de los pozos formados en formaciones subterráneas, tales como pozos para la producción de petróleo y gas, se llevan a cabo varias operaciones que requieren la introducción de fluidos de diferentes tipos en el pozo y/o en la formación que rodea el pozo.

La fracturación hidráulica es un tipo de operación que se conduce en pozos que se usa para incrementar la producción de fluidos desde las formaciones subterráneas. La fracturación hidráulica implica la introducción de fluidos en el pozo a caudales y presiones muy altas para facilitar el craqueo, y la fracturación de la formación circundante. La velocidad de inyección del fluido de fracturación excede la velocidad de filtración en la formación de modo que la presión aumenta en la cara de la roca. Una vez que la presión excede el umbral de presión de fracturación de la roca, la formación craquea y la fractura comienza a propagarse a medida que la inyección del fluido de fracturación continúa.

En la fracturación hidráulica, en general se introduce un agente de soporte en la formación con los fluidos de fracturación en ciertas etapas de la operación de fracturación. Típicamente, el agente de soporte se mezcla con el fluido de fracturación de forma continua durante el tratamiento. El agente de soporte (por ej., arena) se deposita en las fracturas formadas de la formación de modo que el agente de soporte evita que la fractura se cierre cuando se reduce la presión. Esto permite que los fluidos del depósito fluyan desde la formación a través de las fracturas hacia el pozo de modo que se puedan producir. Existen varios métodos para fracturar estas formaciones.

Recientemente, se han desarrollado técnicas para proporcionar la colocación de sostenes heterogéneos en la fractura. Mientas que se conoce la colocación del agente de soporte heterogéneo en la fracturación hidráulica, aún se necesita el desarrollo de métodos para proporcionar barros de agente de soporte en los fluidos de fracturación para proporcionar la colocación de sostenes heterogéneos dentro de las fracturas de la formación.

S í n t e s i s Un pack de agentes de soporte se coloca en una fractura que se extiende desde un pozo que se forma en una formación subterránea. Esto se obtiene realizando diferentes operaciones que facilitan la provisión de múltiples agentes de soporte espaciados dentro de un fluido de fracturación hidráulica que es introducido en el pozo a una presión por encima de la presión de fracturación de la formación.

En una operación se proporciona una tolva que contiene agente de soporte con una unidad de medición controlable que puede ser abierta y cerrada entre las variables posiciones cerrada y abierta. La unidad de medición mide de forma selectiva el agente de soporte desde la tolva hasta un transportador de velocidad variable en grupos de agentes de soporte discretos y espaciados. Los grupos de agentes de soporte son suministrados por el transportador a un tanque de mezclado donde el agente de soporte se combina con el fluido de la fracturación hidráulica. El tamaño y el espaciado de los grupos de agentes de soporte son controlados por una combinación de la unidad de medición y la velocidad del transportador de velocidad variable.

En otra operación, el agente de soporte se proporciona a un transportador de tornillo sinfín rotatorio que gira a velocidad variable. El transportador de tornillo sinfín rotatorio tiene una descarga que descarga el agente de soporte transportado a un tanq ue de mezclado. El barren gira y se detiene a intervalos para proporcionar grupos de agentes de soporte discretos que se descargan al tanque de mezclado.

Los múltiples grupos de agentes de soporte espaciados pueden además ser creados mediante la el suministro de una pasta acuosa de agente de soporte premezclada y un fluido limpio que forman el fluido de fracturación y al menos uno de a) alternando el flujo de la pasta acuosa de agente de soporte premezclada y el fluido limpio y b) pulsando uno de la pasta acuosa de agente de soporte premezclada y el fluido limpio en el otro. La pasta acuosa de agente de soporte premezclada y el fluido limpio pueden ser bombeados a través de diferentes bombas o a través de la misma bomba.

La al menos una de a) alternando el flujo de la pasta acuosa de agente de soporte premezclada y el fluido limpio y b) pulsando uno de la pasta acuosa de agente de soporte premezclada y el fluido limpio en el otro se puede obtener mediante el uso de una o más válvulas, las cuales pueden incluir una válvula reguladora de contrapresión. La válvula reguladora de contrapresión se puede usar con la pasta acuosa de agente de soporte premezclada y el fluido limpio para facilitar al menos una de a) alternando el flujo de la pasta acuosa de agente de soporte premezclada y el fluido limpio y b) pulsando uno de la pasta acuosa de agente de soporte premezclada y el fluido limpio en el otro. La válvula reguladora de contrapresión se puede usar con uno de la pasta acuosa de agente de soporte premezclada y el fluido limpio y una válvula reguladora no contrapresión se puede usar con el otro fluido para facilitar al menos uno de a) alternando el flujo de la pasta acuosa de agente de soporte premezclada y el fluido limpio y b) pulsando uno de la pasta acuosa de agente de soporte premezclada y el fluido limpio en el otro.

En otras realizaciones, el al menos uno de a) alternando el flujo de la pasta acuosa de agente de soporte premezclada y el fluido limpio y b) pulsando uno de la pasta acuosa de agente de soporte premezclada y el fluido limpio en el otro se puede obtener mediante el uso de una válvula de tres vías. La válvula de tres vías puede incluir un alojamiento de válvula que tiene al menos dos pasajes de flujo, permitiendo cada pasaje de flujo el paso de uno de la pasta acuosa de agente de soporte y la pasta acuosa limpia. Un cierre de válvula de la válvula de tres vías puede girar alrededor de un eje sustancialmente paralelo al flujo de fluido a través de los pasajes para cerrar de forma selectiva los pasajes del fluido.

En otras realizaciones, la pasta acuosa de agente de soporte diluida es introducida en una entrada de un separador de hidrociclpna. El separador de hidrociclona tiene una salida de corriente profunda y una salida de rebase en la que la pasta acuosa de agente de soporte premezclada se proporciona desde al menos una de la salida de corriente profunda y la salida de rebase. El fluido limpio puede formarse a partir de la pasta acuosa de agente de soporte diluida y los múltiples packs de agentes de soporte espaciados se proporcionan controlando el flujo del fluido a través de al menos una de la salida de corriente profunda y la salida de rebase. En otra realización, la pasta acuosa de agente de soporte premezclada puede ser suministrada mediante una bomba de pistón.

En una realización, un pack de agentes de soporte se coloca en una fractura que se extiende desde un pozo que se forma en una formación subterránea proporcionando un agente de soporte en una pasta acuosa de agente de soporte premezclada y un fluido limpio que forma el fluido de fracturación. El método requiere al menos uno de a) alternando el flujo de la pasta acuosa de agente de soporte premezclada y el fluido limpio y b) pulsando uno de la pasta acuosa de agente de soporte premezclada y el fluido limpio en el otro para facilitar la provisión de múltiples packs de agentes de soporte espaciados dentro de un fluido de fracturación hidráulico que es introducido en el pozo a una presión por encima de la presión de fracturación de la formación.

En otra realización, se presenta un método para fracturar una formación subterránea que involucra el bombeo de un fluido de fracturación hidráulico a suficiente presión para fracturar la formación subterránea, comprendiendo el fluido de fracturación múltiples packs de agentes de soporte espaciados. Los packs de agentes de soporte se pueden generar proporcionando una tolva que contiene agente de soporte con una unidad de medición que mide de forma selectiva el agente de soporte desde la tolva hasta un transportador para suministrar en grupos de agentes de soporte discretos y espaciados a un tanque de mezclado donde el agente de soporte se combina con el fluido de fracturación hidráulico. Los barros de agentes de soporte se pueden generar mediante un transportador de tornillo sinfín rotatorio, el transportador de tornillo sinfín tiene una descarga que descarga agente de soporte transportado a un tanque de mezclado, el tornillo sinfín gira y se detiene totalmente a intervalos para proporcionar grupos de agentes de soporte discretos que son descargados al tanque de mezclado. Los barros de agentes de soporte pueden ser proporcionados alternando el flujo de la pasta acuosa de agente de soporte premezclada y el fluido limpio o pulsando uno de la pasta acuosa de agente de soporte premezclada y el fluido limpio en el otro.

Breve descripción de los dibujos Para un entendimiento más completo de la presente invención, y sus ventajas, se hace referencia a las siguientes descripciones que se toman en conjunto con las figuras adjuntas en las cuales: La figural es un diagrama de la concentración del barro de agente de soporte en contraste con una concentración de barro de agente de soporte meta ideal de acuerdo con un programa de bombeo dado; La figura 2 es un esquema de un sistema de alimentación de agente de soporte que utiliza una tolva de agente de soporte y un sistema de medición en conjunto con un transportador para suministrar agente de soporte en pulsos en un fluido de fracturación; La figura 3 es un esquema de un sistema de alimentación del agente de soporte transportador de tornillo sinfín rotatorio para suministrar agente de soporte en pulsos en un fluido de fracturación; La figura 4 es un esquema de un sistema de bombeo para bombear alternando fluidos cargados con agente de soporte y fluidos limpios a un cabezal de pozo que usa válvulas de control para formar barros de agentes de soporte; La figura 5 es un esquema de un sistema de bombeo para bombear alternando fluidos cargados con agente de soporte y fluidos limpios a un cabezal de pozo que usa bombas separadas para formar barros de agentes de soporte; La figura 6 es un esquema de un sistema de bombeo para bombear alternando fluidos cargados con agente de soporte y fluidos limpios a un cabezal de pozo que usa válvulas de control reguladoras de la contrapresión tanto con fluidos cargados con agente de soporte como con fluidos limpios para formar los barros de agentes de soporte; La figura 7 es un esquema de un sistema de bombeo para bombear alternando fluidos cargados con agente de soporte y fluidos limpios a un cabezal de pozo que usa válvulas de control reguladoras de la contrapresión con uno de los fluidos cargados con agente de soporte y los fluidos limpios y una válvula de retención que se usa con el otro fluido para formar los barros de agente de soporte; La figura 8 es un esquema de un sistema de bombeo para bombear alternando fluidos cargados con agente de soporte y fluidos limpios a un cabezal de pozo que usa una válvula de tres vías con uno de los fluidos cargados con agente de soporte y los fluidos limpios y una válvula de retención que se usa con el otro fluido para formar los barros de agente de soporte; La figura 9 es un esquema de una válvula de tres vías que se puede usar con el sistema de bombeo de la figura 8; La figura 10 es una vista en perspectiva de una válvula de tres vías configurada para usarse con el sistema de bombeo de la figura 8; y La figura 1 1 es un esquema de un separador de hidrociclona para usar en el suministro de un fluido cargado con agente de soporte.

Descri pci ón deta l lada La descripción y los ejemplos se presentan únicamente con el fin de ilustrar las diferentes realizaciones de la invención y no deben interpretarse como una limitación al alcance y la aplicación de la invención. Mientras que algunas composiciones de la presente invención se pueden describir en la presente como que comprenden ciertos materiales, debe entenderse que la composición podría comprender opcionalmente dos o más materiales químicamente diferentes. Además, la composición puede comprender algún componente diferente a los minerales ya citados. Mientras la invención puede ser descripta en términos de tratamiento de pozos verticales, es igualmente aplicable a los pozos de cualquier orientación. La invención se describirá para los pozos de producción de hidrocarburos, pero debe entenderse que la invención puede usar para los pozos de producción de otros tales como agua o dióxido de carbono, o, por ejemplo, para pozos de inyección o de almacenamiento. Debe entenderse además que a lo largo de la presente memoria descriptiva, cuando una concentración o un intervalo de cantidad se describe como útil o adecuado, o similar, se intenta que todas y cada concentración o cantidad dentro del intervalo, incluyendo los puntos extremos, sea considerada como que ha sido establecida. . Además, cada valor numérico debe ser leído una vez como modificado por el término "aproximadamente" (a menos que ya sea modificado expresamente así) y posteriormente leído nuevamente como que no es modificado de ese modo a menos que se establezca lo contrario en el contexto. Por ejemplo, "un intervalo de 1 a 10" debe leerse como que indica cada número posible a lo largo del continuo entre aproximadamente 1 y aproximadamente 10. En otras palabras, cuando se expresa un cierto intervalo, incluso si sólo unos pocos puntos de datos específicos se identifican explícitamente o están referidos a dentro del rango, o aún cuando ningún punto de datos está referido a dentro del intervalo, debe entenderse que los inventores aprecian y entienden que todos y cada uno de los puntos de datos dentro del intervalo deben ser considerados que han sido especificados, y que los inventores tienen posesión del intervalo completo y de todos los puntos dentro del intervalo.

La colocación del agente de soporte heterogénea dentro de las fracturas de una formación subterránea puede ser proporcionada bombeando etapas alternadas de fluidos cargados con agente de soporte o fluidos limpios o libres de agente de soporte. Esto puede obtenerse controlando el suministro de agente de soporte de modo que están integrados dentro del fluido de fracturación en la superficie y forma de este modo los barros de agente de soporte para facilitar la colocación de agente de soporte heterogénea dentro de las fracturas cuando se introduce en la formación. Ejemplos de esta colocación de agente de soporte heterogénea se describen en las Patentes Estadounidense Nos. 7.451 .81 2 y 7.581 .590 y la Publicación Internaciona l No. WO009/005387 , cada u na de las cua les se i ncorpora a la presente en su total idad .

Tal como se usa en la presente, la expresión "fluido limpio" o expresiones similares significa un fluido que es sustancialmente libre de agente de soporte o que puede tener una cantidad o una concentración de agente de soporte significativamente más baja que una pasta acuosa de agente de soporte. De igual modo, la expresión "pasta acuosa de agente de soporte" o "fluido cargado con agente de soporte" significa un fluido que contiene una cantidad significativa de agente de soporte para facilitar la formación de un barro de agente de soporte. La concentración de agente de soporte para el barro de agente de soporte siempre es más alta que para la concentración de agente de agente de soporte del barro de fluido limpio adyacente y puede ser desde 5, 10, 20, 50 o 100 veces más alta o más que la concentración de agente de soporte del fluido limpio cuando el fluido limpio contiene una cantidad de agente de soporte.

En los fluidos de fracturación hidráulica viscosificados, el fluido limpio puede tener agente de soporte en una cantidad desde 0 hasta aproximadamente 2 libras por galón (PPA) de fluido o desde 0 hasta aproximadamente 0,24 kg/litro. En contraste, el barro de agente de soporte para un fluido de fracturación hidráulica puede contener agente de soporte en una cantidad desde aproximadamente 0,1 PPA (0,01 kg/litro) hasta aproximadamente 20 PPA (2,4 kg/litro) o más. Típicamente, el barro de agente de soporte tendrá una concentración de agente de soporte desde aproximadamente 1 PPA (0,12 kg/litro) hasta aproximadamente 12 PPA (1 ,4 kg/litro). En otra fracturación tal como los fluidos de agua fina o marea negra que se usan en el tratamiento de formaciones de arcilla fuertes donde el fluido contiene pocos o ningún polímero o agente de viscosidad, el fluido limpio puede tener una concentración de agente de soporte de 0 hasta aproximadamente 0,1 PPA (0,1 kg/litro), teniendo el barro de agente de soporte una concentración de agente de soporte desde aproximadamente 0,1 PPA (0,1 kg/litro) hasta aproximadamente 2 PPA (0,24 kg/litro). Los materiales de agente de soporte pueden ser considerados como materiales en partículas que se introducen en una fractura para facilitar mantener la fractura abierta. El término "agente de soporte" incluye arena, grava, perlas de vidrio, perlas de polímero, productos molidos de conchillas y semillas tales como cascarillas de nueces, materiales artificiales tales como agente de soporte cerámico en esta discusión. El agente de soporte puede estar cubierto con, por ejemplo, resina, adhesivo, o recubrimiento espesante. En general, el agente de soporte usado puede tener un tamaño de partícula promedio desde aproximadamente 0, 15 mm hasta aproximadamente 2,5 mm. En particular, pero sin limitar los intervalos de tamaño típicos de aproximadamente 0,25-0,43 mm, 0,43-0,85 mm, 0,85-1 ,18 mm, 1 ,18-1 ,70 mm y 1 ,70-2,36 mm.

Las partículas de agente de soporte pueden ser sustancialmente insolubles en los fluidos de la formación. Cualquier agente de soporte se puede usar siempre que sea compatible con la formación, el fluido, y los resultados deseados del tratamiento. Los sostenes pueden ser naturales o sintéticos, recubiertos o contener productos químicos; se puede usar más de un tipo de agente de soporte de forma secuencial o en mezclas y las partículas de agente de soporte pueden ser de diferentes tamaños o diferentes materiales. Los sostenes y las gravas en el mismo pozo o en pozos o tratamientos diferentes pueden ser el mismo material y/o el mismo tamaño que otro. El agente de soporte puede seleccionarse basado en la resistencia de la roca, las presiones de inyección, los tipos de fluidos de inyección, o aún el diseño de terminación. Los materiales de agente de soporte pueden incluir, pero sin limitación, arena, bauxita sinterizada, perlas de vidrio, materiales de cerámica, materiales que se producen de forma natural, o materiales similares. Los materiales que se producen de forma natural pueden ser materiales que no derivan y/o no se procesan de forma natural, como también materiales basados en los materiales que se producen de forma natural que han sido procesados y/o derivados. Ejemplos adecuados de materiales en partículas que se producen de forma natural para uso como sostenes incluyen, pero no necesariamente se limitan a: cascaras molidas o prensadas de frutos secos tales como nueces, cocos, pacanas, almendras, nuez de marfil, nuez brasilera, etc.; cáscaras de semillas molidas o prensadas (incluyendo huesos de frutos) de semillas de frutos tales como ciruelas, olivos, duraznos, cerezas, ananás, etc.; cáscaras de semilla molida o prensada de otras plantas tales como maíz (por ej., mazorcas de maíz o granos de maíz), etc., materiales de madera procesados tales como los que derivan de maderas tales como roble, nogal, nogalina, álamo, caoba, etc. incluyen las maderas que han sido procesadas mediante molienda, astillado, u otra forma de procesamiento de conversión en partículas, etc. Más información sobre algunas de las composiciones antes mencionadas se puede hallar en Encyclopedia of Chemical Technology, editado por Raymond E. Kirk and Dona ld F. Oth mer. Tercera ed ició n , Joh n W i ley & So ns , Vo l u me n 1 6 , pág inas 248-273 (titulado "Nuts"), Derechos de autor 1 981 , la cual se incorpora a la presente por referencia. En ciertas realizaciones, el agente de soporte puede formarse a partir de materiales de cenizas no volantes.

Todos o algunos de los materiales de agente de soporte se pueden proporcionar con propiedades adhesivas también, lo cual puede agregarse a una instalación de fabricación o en el vuelo mientras se mezcla con los fluidos de tratamiento en el emplazamiento del pozo. Las propiedades adhesivas se pueden proporcionar mediante un recubrimiento tal como un recubrimiento de resina, que se agrega a una instalación de fabricación o en el vuelo mientras se mezcla con los fluidos de tratamiento en el emplazamiento del pozo. Las propiedades adhesivas pueden ser proporcionadas mediante un recubrimiento de resina. Las resinas usadas pueden incluir, por ejemplo, epoxi, fenólicos (por ej., fenol formaldehído), elastómeros de poliuretano, amino resinas, resinas de poliéster, resinas acrílicas, etc. Ejemplos de partículas recubiertas con resina se describen en las Patentes Estadounidenses Nos. 3.929.191 , 4.585,064 y 5.422.183, las cuales se incorporan a la presente como referencia en su totalidad. El espesor del recubrimiento puede variar, pero se puede usar el recubrimiento de resina que se elabora de aproximadamente 1 hasta aproximadamente 99% en peso total de agente de soporte recubierto con resina (RCP), más en particular dése aproximadamente 1 hasta aproximadamente 50% en peso total del RCP.

Los sostenes recubiertos con resina pueden ser partículas recubiertas donde la resina está inicialmente sin curar cuando la pasta acuosa de agente de soporte se forma inicialmente. El RCP sin curar (a menudo denominado curable) puede ser inicialmente en general sólido y no pegajoso en condiciones superficiales, facilitando de este modo el manejo y la preparación de la pasta acuosa de agente de soporte, ya que las partículas de agente de soporte no tienden a pegarse. Al cabo de la introducción en la fractura en la formación subterránea, la resina se ablandará debido a las temperaturas más altas encontradas. Posteriormente, la resina se cura o se entrecruza de modo que se endurece y se toma infundible, con cierta flexibilidad. Las temperaturas típicas que facilitan el intervalo de curado desde aproximadamente 40°C hasta aproximadamente 250°C. A temperaturas más bajas, es decir temperaturas inferiores a aproximadamente 60°C, se pueden usar auxiliares de curado para proporcionar suficiente consolidación dentro de una extensión de tiempo razonable. Estos auxiliares de curado son conocidos por los expertos en la técnica y pueden incluir, por ejemplo, ¡sopropanol, metanol y tensioactivos con compuestos alcohólicos.

El curado o el entrecruzado de la resina pueden producirse meramente debido al calentamiento. La resina puede ser seleccionada de modo que el curado se produzca a temperaturas particulares y de modo que puedan requerirse ciertos períodos de tiempo para que el curado asegure que la resina no cura demasiado rápido. Las resinas que tienen tiempos de curado desde aproximadamente 1 hora hasta aproximadamente 75 horas o más se pueden usar para asegurar que se permite suficiente tiempo para posicionar el pack de agentes de soporte.

Los sostenes recubiertos de resina precurada incluyen aquellas partículas de agente de soporte recubiertas con resina donde la resina ha sido al menos parcialmente curada o entrecruzada en la superficie antes de la introducción en el pozo o la fractura. Este RCP precurado puede ser particularmente útil con los fluidos de fracturación porque no requieren temperatura para la activación. Las partículas de agente de soporte recubiertas con resina precurada sólo pueden interactuar físicamente entre sí sin aglutinante químico. Como resultado de ello, puede ser necesario un recubrimiento de resina más espeso comparado con el RCP sin curar. Los recubrimientos usados pueden ser flexibles lo que permite que se deformen fácilmente bajo presión. Esto acoplado con el recubrimiento más espeso sobre la superficie del agente de soporte puede dar lugar a interacciones más fuertes entre las partículas. Estos materiales incluyen gomas, elastómeros, plásticos térmicos o plásticos. El material adhesivo de los materiales de agente de soporte puede facilitar la agregación de los materiales de agente de soporte. El agente de soporte además puede tener propiedades de auto-agregación. En ciertas realizaciones, se puede agregar material adhesivo que humedece o recubre los materiales de agente de soporte. El agente de soporte usado comprende un solo tipo de agente de soporte o una mezcla de más de un tipo de agente de soporte con propiedades variadas. Las propiedades del agente de soporte que pueden variar incluyen por ejemplo densidad, tamaño de malla, forma o geometría, composición química, y uniformidad. Las mezclas de tipo, propiedad o tamaño del agente de soporte se pueden seleccionar para las condiciones particulares del pozo o las propiedades del depósito.

Ejemplos de partículas recubiertas de resina no curadas adecuadas disponibles en el comercio incluyen Super HS, Super LC, Super TE, Super HT, MagnaProp, DynaProp, OptiProp y PolaProp, todos disponibles de Santrol Inc., Fresno, California y sostenes recubiertos de resina Ceramax, disponible de Borden Chemical, Columbus, Ohio. Las partículas recubiertas con resina también pueden incluir partículas que tienen un recubrimiento adherente o similar que proporciona características similares al RCP descripto previamente, tal como la arena recubierta, que puede agregarse en el vuelo a la pasta acuosa de agente de soporte. De forma alternativa, se pueden adicionar al agente de soporte en el vuelo recubrimientos químicos que proporcionen las propiedades deseadas, tales como pegajosidad, adhesión, o humedad variable.

Los fluidos y sistemas de fracturación usados para llevar a cabo la fracturación hidráulica son típicamente acuosos pero además podrían incluir fluidos producidos a partir de una base hidrocarbonada o un fluido de emulsión. Los fluidos de fracturación podrían ser espumosos o emulsionados mediante el uso de nitrógeno o dióxido de carbono. El fluido acuoso puede incluir agua fresca, agua marina, soluciones salinas o salmueras. Los fluidos acuosos tanto para la pasta acuosa de agente de soporte como para el fluido limpio son típicamente viscosos de modo que tienen suficiente viscosidad para transportar o suspender los materiales de agente de soporte, evitar la fuga de fluido, etc. A fin de suministrar una mayor viscosidad a los fluidos de fracturación acuosos, a menudo se agregan agua soluble o polímeros hidratables al fluido. Estos polímeros pueden incluir, pero sin limitación, gomas guar, polisacáridos de alto peso molecular compuestos de azúcares de mañosa y galactosa, o derivados de guar tales como hldropropil guar (HPG), carboximetil guar (CMG), y carboximetilhidroxipropil guar (CMHPG). También se pueden usar derivados de celulosa tales como hidroxietilcelulosa (HEC), hidroxipropilcelulosa y carboximetilhidroxietilcelulosa (CMEHEC). Se puede usar cualquier polímero útil en cualquier forma entrecruzada o sin entrecruzador en forma lineal. Xantano, diutan, y escleroglucano, tres biopolímeros, han demostrado ser útiles como agentes de viscosidad . Los polímeros sintéticos tales como, pero sin limitarse a los polímeros de poliacrilamida y poliacrilato y los copolímeros, se usan para aplicaciones de alta temperatura o con el fin de suministrar reducción de fricción.

En algunas realizaciones de la invención, se usa un tensioactivo viscoelástico (VES) como el agente de viscosidad para los fluidos acuosos. El VES puede seleccionarse del grupo que consiste de tensioactivos catiónicos, aniónicos, zwitteriónicos, anfotéricos, no iónicos y combinaciones de los mismos. Algunos ejemplos no limitantes son aquéllos mencionados en las Patentes Estadounidenses Nos 6.435,277 y 6.703.352, cada una de las cuales se incorpora a la presente como referencia. Los tensioactivos viscoelásticos, cuando se usan solos o en combinación, son capaces de formar micelas que forman una estructura en un ambiente acuoso que contribuye al incremento de viscosidad del fluido (también denominadas "micelas de viscosidad"). Estos fluidos normalmente se preparan mezclando cantidades apropiadas de VES adecuadas para obtener la viscosidad deseada. La viscosidad de los fluidos VES se puede atribuir a la estructura tridimensional formada por los componentes en los fluidos. Cuando la concentración de los tensioactivos en el fluido viscoelástico excede significativamente una concentración crítica, y en la mayoría de los casos en presencia de un electrolito, las moléculas de tensioactivo se agregan a las especies tales como micelas, las cuales pueden interactuar para formar una red que exhibe comportamiento viscoso y elástico.

Los fluidos además pueden contener un componente gaseoso. El componente gaseoso puede ser suministrado a partir de cualquier gas adecuado que forma un fluido energizado o espuma cuando se introduce en el medio acuoso. Véase por ejemplo, la Patente Estadounidense No. 3.937.283 (Blauer et al), que se incorpora a la presente como referencia. El componente gaseoso puede comprender un gas seleccionado de nitrógeno, air, argón, dióxido de carbono, y cualquier mezcla de los mismos. Particularmente útiles son los componentes gaseosos de nitrógeno o dióxido de carbono, en cualquier calidad fácilmente disponible. El fluido de tratamiento puede contener desde aproximadamente 10% hasta aproximadamente 90% en volumen de componente gaseoso basado en el porcentaje de volumen de fluido total, más particularmente desde aproximadamente 20% hasta aproximadamente 80% en volumen de componente gaseoso basado en el porcentaje de volumen de fluido total, y más particularmente desde aproximadamente 30% hasta aproximadamente 70% en volumen de componente gaseoso basado en el porcentaje de volumen de fluido total.

En ciertas realizaciones, el fluido de tratamiento se puede usar en formaciones de fracturación fuertes y de baja permeabilidad, tales como arcilla fuerte, carbonato, areniscas y formaciones mezcladas. Estas formaciones pueden tener una permeabilidad desde aproximadamente 1 mD o 0,5 mD o menos. En estas operaciones de fracturación, el agua, que puede combinarse con un agente reductor de fricción en el caso de marea negra, se introduce en la formación a alta velocidad para facilitar la fracturación de la formación. A menudo, las poliacrilamidas se usan como polímero reductor de fricción. Estos fluidos de fracturación pueden usar un peso más liviano y cantidades significativamente inferiores de agente de soporte que los fluidos de fracturación viscosos convencionales. En la fracturación de agua o marea negra, la pasta acuosa de agente de soporte puede contener desde aproximadamente 0,1 PPA (0,01 kg/litro) hasta aproximadamente 2 PPA (0,24 kg/litro) o agente de soporte, con el fluido limpio que contiene desde 0 hasta 0,1 PPA (0,01 kg/litro) de agente de soporte. El elevado bombeo o caudal de estos fluidos también puede facilitar la suspensión de los materiales de agente de soporte. El agua usada para estos tratamientos de fracturación se puede formar a partir de agua fresca, agua marina, salmuera o solución salina.

Para proporcionar la colocación de agente de soporte heterogéneo más efectivo, es beneficioso crear un pulso o barro de agente de soporte con una forma tan ideal como sea posible. Se considera la forma ideal de un barro o pulso de agente de soporte aquélla que tiene una concentración un frente agudo y bordes traseros, como se muestra mediante los pulsos de agente de soporte cuadrados que se indican en A en la figura 1 , lo cual ilustra un blanco de concentración de agente de soporte ideal. En la actualidad, las concentraciones de barro o pulso de agente de soporte no pueden cumplir este objetivo, como se muestra mediante el perfil B del agente de soporte, debido a un sistema de alimentación de agente de soporte inadecuado y a la inercia del agente de soporte. Se sabe que un sistema de alimentación del agente de soporte no puede iniciarse o detenerse inmediatamente, lo cual crea una región transitoria en la concentración del agente de soporte (es decir una forma no ideal del pulso del agente de soporte). Por lo tanto, el tiempo transitorio del inicio y la detención de la alimentación del agente de soporte debe ser minimizado.

A fin de crear la colocación de agente de soporte heterogénea dentro de las fracturas de una formación subterránea, se crean etapas alternadas de fluidos cargados con agente de soporte y limpios o fluidos libres de agente de soporte en la superficie con el menor tiempo transitorio de inicio y detención de la alimentación del agente de soporte como sea posible antes de la introducción del fluido de fracturación en el cabezal del pozo. Con referencia a la figura 2, en una primera realización, los barros de fluido cargado con agente de soporte y limpios alternados se pueden formar proporcionando una tolva de agente de soporte y otra unidad de almacenamiento 10 que tenga una salida hacia la cual se alimenta el agente de soporte, tal como a través de la alimentación de gravedad. El suministro de agente de soporte desde la salida de la tolva se mide o se controla con una unidad de medición o válvula 12 hacia un transportador 14. Tal como se usa en la presente, una unidad de medición incluye algún dispositivo capaz de regular el flujo de agente de soporte desde una unidad o área de almacenamiento en el fluido de fracturación. Una unidad de medición puede controlarse mediante una variedad de métodos que oscilan desde la operación manual a la operación semi automática hasta la activación totalmente automatizada usando un proceso de control general. La unidad de medición 12 puede ser una puerta de tolva, un alimentador en estrella, una válvula u otro dispositivo que proporcione cantidades controladas de agente de soporte para ser distribuido desde la tolva 10. La unidad de medición 12 puede proporcionar mediciones variables donde se miden diferentes cantidades de agente de soporte cuando la unidad de medición 12 está entre una posición totalmente abierta y una posición totalmente cerrada. La unidad de medición 12 y el transportador 14 pueden ser controlados remotamente.

El transportador 14 puede ser una cinta transportadora y otro transportador que pueda ser operable a varias velocidades y ser controlable de modo que puede iniciarse y detenerse según sea necesario para facilitar el control del suministro de agente de soporte. Los grupos de agente de soporte son suministrados por el transportador 14 como se Indica mediante la flecha 16 a uno o más tanques de mezclado 18 donde el agente de soporte se combina y se mezcla con un fluido de fracturación hidráulico limpio 20. El fluido de fracturación se suministra de forma continua desde el tanque de mezclado 18 al cabezal de pozo 22 donde se introduce dentro de la formación. Al utilizar la combinación de la unidad de medición 12 y un transportador 14, el agente de soporte se puede suministrar desde la tolva en grupos de agente de soporte discretos y espaciados hacia el tanque de mezclado. Se puede usar un transportador de velocidad variable controlable 14. Debe ser obvio que el sistema de la figura 2 se simplifica y se incorporarían otros equipos y componentes, tales como bombas, corrientes aditivas, etc. Como puede observarse, el tamaño y el espaciado de los grupos de agente de soporte son controlados por una combinación de la unidad de medición 12 y el transportador de velocidad 14. En ciertos casos, la medición de la tolva 10 puede ser constante o puede ser variada con diferentes cantidades de agente de soporte que se miden y el tiempo entre cada evento de medición es diferente. En ciertas realizaciones, la coordinación entre la apertura y el cierre de la unidad de medición 12 puede ser de 5 segundos o menos, pero también puede ser más larga. Además, los eventos de medición desde la tolva 10 pueden permanecer generalmente constantes pero la velocidad del transportador puede ser variada, iniciarse y detenerse. Se pueden usar otras combinaciones que emplean la medición de la tolva y la velocidad del transportador y los inicios y detenciones.

Con referencia a la figura 3, se muestra una realización alterna del sistema de suministro del agente de soporte que utiliza un transportador de tornillo sinfín rotatorio 24, con componentes similares a los de la figura 2 que se etiqueta con los mismos números de referencia. El transportador de tornillo sinfín rotatorio 24 es un transportador de tornillo sinfín rotatorio del tipo tornillo o de rotación con velocidad variable que puede ser operado a varias velocidades y detenerse y arrancar de forma repetida. El tornillo sinfín 24 puede ser horizontal o inclinado y puede tener una capacidad suficiente para proporcionar la cantidad deseada de agente de soporte basado en la velocidad de bombeo y la cantidad deseada de agente de soporte necesaria para cada etapa. El transportador de tornillo sinfín rotatorio 24 tiene una salida o descarga que descarga el agente de soporte transportado al tanque de mezclado 18 donde se combina con el fluido de fracturación limpio 20, el tornillo sinfín es girado y totalmente detenido a intervalos para proporcionar grupos de agente de soporte discretos que se descargan al tanque de mezclado 18. El tornillo sinfín 24 puede iniciarse y detenerse a intervalos de 5 segundos o menos. En ciertas realizaciones se puede usar más de un transportador de tornillo sinfín rotatorio para alimentar el agente de soporte. Al alternar el inicio y la detención del tornillo sinfín 24, se crean etapas del agente de soporte y limpias del fluido de fracturación se que fluyen desde el tanque de mezclado 18 y se suministran al cabezal del pozo 22. En ciertas realizaciones, el tornillo sinfín 24 puede combinarse con la realización de la figura 2, donde el agente de soporte es suministrado al tornillo sinfín 24 mediante la tolva 10 usando una unidad de medición 12.

En una operación de fracturacion típica, el fluido de fracturacion puede ser bombeado a una velocidad de flujo desde aproximadamente 5 hasta 200 barriles (bbl) por minuto (0,79 m3 a 31 ,80 m3 por min). En operaciones de fracturacion hidráulica típicas, la velocidad de bombeo puede ser desde aproximadamente 5 hasta aproximadamente 50 bbl/min (0,79 a 7,95 m3/min). En las formaciones firmes o de arcilla de fracturacion, el agua o la marea negra se pueden bombear a una velocidad más alta desde aproximadamente 50 hasta aproximadamente 150 o 200 bbl/min (7,95 a 23,85 o 31 ,80 m3/min). Al proporcionar las etapas de fluido limpio y de barro de agente de soporte alternado usando los sistemas de las figuras 2 y 3 y otros sistemas descriptos en la presente, el agente de soporte se suministra a o con el fluido de fracturacion para proporcionar las etapas alternativas de agente de soporte y fluido limpio que tienen una duración de menos de 60 segundos cada una a la velocidad dada de bombeo de tratamiento de la fracturacion. En ciertas realizaciones, el agente de soporte se suministra para proporcionar una etapa de agente de soporte que es de 40 segundos o menos. En algunas realizaciones, la etapa de agente de soporte puede tener duraciones de 30 a 40 segundos, 20 a 30 segundos, 10 a 20 segundos y 5 a 10 segundos. En ciertas realizaciones, el suministro de agente de soporte puede proporcionar una duración inferior a 5 segundos a la velocidad de bombeo dada. Esta corta duración puede facilitar la creación de los pulsos de agente de soporte que están tan próximos como posibles al pulso de agente de soporte ideal A, como se muestra en la figura 1. La duración de las etapas del agente de soporte pueden oscilar desde más grande que 0% a 10%, 1 5%, 20%, 25% o 30% de la duración de las etapas del fluido limpio. Como ejemplo, al emplear el sistema de la figura 2, a una velocidad de bombeo de 20 bbl/min (3, 18 m3/min) la unidad de medición puede ser abierta 5 segundos para medir el agente de soporte y luego cerrarse durante15 segundos con una velocidad de transportador generalmente constante. Esto puede repetirse. El número de ciclos de las etapas alternadas de limpio y agente de soporte puede oscilar desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente unos pocos miles (por ej., 2000) de ciclos o más para un tratamiento de fracturacion.

Para las realizaciones de las figuras 2 y 3, el sistema de alimentación del agente de soporte puede requerir la calibración del equipo debido a las formas no ideales de pulso del agente de soporte, como se muestra en la figura 1. La calibración o la recalibración puede ser conducida por la totalización del agente de soporte y la comparación con la cantidad de agente de soporte de acuerdo con un cronograma. De este modo, por ejemplo, si se bombea menos agente de soporte que el esperado, la cantidad de agente de soporte medido puede incrementarse. Los coeficientes de corrección para la posición de la puerta, la velocidad de la cinta o la velocidad de rotación del tornillo sinfín pueden calcularse sobre la base de la calibración. El coeficiente de corrección puede diferir para las diferentes concentraciones de agente de soporte. Por ejemplo, el término factor K se usa para referirse a la conversión de las revoluciones de accionamiento (tales como las rotaciones del tomillo sinfín) a la velocidad del fluido calculada. Cuanto más alta la concentración del agente de soporte, más próximos están los factores k del régimen de pulso a los factores K de los regímenes de agente de soporte de alimentación continua convencionales. A concentraciones de agente de soporte más bajas, mayores ajustes al factor K pueden ser útiles para calibrar la cantidad de agente de soporte calculada a la cantidad de agente de soporte bombeada.

En otras realizaciones, los pulsos de agente de soporte se proporcionan utilizando una pasta acuosa de agente de soporte premezclada junto con un fluido limpio. Con referencia a la figura 4 se muestra una ilustración de este tipo de realización. En esta realización, un fluido limpio de un tanque o suministro de fluido limpio 1 , el cual puede ser un fluido de fracturación premezclado, se alterna con una pasta acuosa de agente de soporte premezclada del tanque o suministro de pasta acuosa de agente de soporte 2 que se suministra mediante una o más bombas de presión alta 3 al cabezal de pozo 4. Los fluidos usados para las pastas acuosas de agente de soporte premezclado y limpio pueden ser iguales o diferentes. Por ejemplo, si es diferente, los diferentes fluidos pueden contener diferentes aditivos o diferentes cantidades relativas. Uno de los fluidos puede ser entrecruzado mientras el otro puede ser lineal, el fluido limpio puede ser una espuma mientras el fluido de agente de soporte puede ser un fluido acuoso, el fluido limpio puede ser o contener nitrógeno o dióxido de carbono mientras que el fluido de agente de soporte ese un fluido viscoso, etc. La viscosidad del fluido para las etapas de fluido limpio y fluido de agente de soporte puede ser igual o diferente. Se puede agregar fibra a la etapa de fluido limpio y de fluido de agente de soporte o solamente a la etapa de fluido de agente de soporte. Los aditivos, tales como los tensioactivos o los espesantes en el volante se pueden agregar a la etapa de fluido de agente de soporte únicamente. La pasta acuosa de agente de soporte premezclada también se forma a partir de una fracturación premezclada la cual puede ser igual o diferente del usado para el fluido limpio. En esas realizaciones que se describieron en la presente el empleo de una pasta acuosa de agente de soporte premezclada, la pasta acuosa de agente de soporte premezclada puede formarse a partir de sistemas convencionales usados para formar los fluidos de fracturación que contienen el agente de soporte que utiliza un sistema de alimentación de agente de soporte continuo. En otras realizaciones, los sistemas tales como los de las figuras 2 y 3 se pueden usar para proporcionar pastas acuosas de agente de soporte premezcladas con pulsos de agente de soporte dentro de la pasta acuosa de agente de soporte premezclada o que puede tener una alimentación de agente de soporte continua pero donde la cantidad de agente de soporte varía dentro de la pasta acuosa premezclada. Una pasta acuosa de agente de soporte premezclada puede inyectarse o pulsarse en una pasta acuosa limpia o una pasta acuosa limpia puede ser inyectada o pulsada en una pasta acuosa de agente de soporte premezclada en ciertas realizaciones. Las etapas de agente de soporte y limpio alternadas de los suministros 1 y 2 son controladas a través del uso de válvulas de control 5 para regular los fluidos limpios y los que contienen agente de soporte. Las válvulas 5 representan un mecanismo tal como una válvula que se usa para regular el flujo desde diferentes fuentes. La operación puede oscilar desde el uso manual hasta el uso totalmente automatizado. Las válvulas 5 se proporcionarán típicamente en el lateral de baja presión de la bomba de alta presión 3 en el caso de control y para seguridad. En ciertas realizaciones, las válvulas 5 pueden estar sobre el lateral de alta presión de las bombas 3. En estos casos, una bomba se proporcionaría para cada suministro de fluido. En la realización que se muestra, la bomba 3 bombea el fluido generalmente continuo, mientras que la válvula 5 está abierta para limpiar el suministro de pasta acuosa 1. La válvula 5 para limpiar el suministro de pasta acuosa 1 luego se cierra o se cierra de forma parcial mientras que la válvula 5 para el suministro de pasta acuosa de agente de soporte premezclada 2 está abierta o se abre posteriormente. La coordinación de la apertura y cierre de las válvulas 5 puede ser configurado de modo que el barro de agente de soporte sea tan ideal como sea posible. Al abrir una válvula al mismo tiempo que otra válvula se cierra se reduce el riesgo de cavitación. En ciertos casos, puede haber alguna superposición en la apertura y cierre de las válvulas 5 o sólo el cierre parcial de las válvulas 5 a cada suministro de fluido para asegurar que el fluido que se suministra de forma continua a la bomba 3 pueda estar permitido. En ciertos casos, puede haber solo un cierre parcial de las válvulas 5 y cada suministro de fluido continúa. En estos casos, el barro de fluido limpio puede contener algo de agente de soporte pero a una concentración mucho menor. El mismo tipo y la misma coordinación de los perfiles del barro de agente de soporte como se describió anteriormente también se pueden usar con las mismas o similares duraciones y con el mismo número de ciclos.

La figura 5 muestra una variante de la realización de la figura 4 donde componentes similares están etiquetados con los mismos números de referencia. En la figura 5, se usan bombas de alta presión separadas 3 con cada una de las pastas acuosas de agente de soporte premezclada y limpio 1 y 2. Las bombas 3 pueden ser bombas centrífugas. Al alternar la descarga o la velocidad de descarga de cada una de las bombas 3, se pueden crear barros de agente de soporte para la fracturación la cual se introduce en el pozo a través del cabezal de pozo 4. Los métodos para proporcionar corrientes de fluido limpio o agua y fluidos que transportan agente de soporte para el uso combinado en un fluido de fracturación se describen en las Publicaciones de Solicitud de Patente Estadounidense US2008006691 1 y US20070277982, cada una de las cuales se incorpora a la presente como referencia en su totalidad.

Con referencia a la figura 6 se muestra otra realización que emplea una pasta acuosa de agente de soporte premezclada y un fluido limpio. La realización de la figura 6 es similar a la de la figura 4 con componentes similares etiquetados de la misma manera. En esta realización, los dispositivos de control de contrapresión tales como los diafragmas o las válvulas reguladoras 6 se usan para controlar el suministro de la pasta acuosa de agente de soporte y/o el fluido limpio a la bomba de alta presión 3. La apertura de una de las válvulas 6 puede ser en respuesta a un caudal preseleccionado o a la diferencia de presión que se alcanza, donde la válvula 6 luego se abre para permitir el flujo de la pasta acuosa de agente de soporte o el fluido limpio. El tamaño del barro de agente de soporte y el volumen del fluido limpio se controla mediante las velocidades de las bombas 3. Las válvulas 6 para cada pasta acuosa de agente de soporte y el fluido limpio podrían operarse de forma simultánea o de forma separada.

La figura 7 muestra una variante de la realización de la figura 6 con componentes similares están etiquetados con los mismos números de referencia. En esta realización, la válvula reguladora de la contrapresión 6 se usa con uno de los suministros de pasta acuosa de agente de soporte o de fluido limpio 1 o 2. El otro fluido limpio o la pasta acuosa de agente de soporte se proporciona con una válvula reguladora de que no es contrapresión 7. La válvula 7 puede ser una válvula de retención, un diafragma, y otro dispositivo que controla el flujo del fluido a la bomba 3. El tamaño del barro de agente de soporte o el barro del fluido limpio es controlado por la velocidad de succión de la bomba con la ayuda de la válvula 7, la cual controla el flujo del fluido desde el otro fluido limpio o de agepte de soporte.

En otra realización, el fluido limpio puede ser inyectado o pulsado dentro de una línea de flujo de fluido de agente de soporte, el fluido de agente de soporte puede ser inyectado o pulsado dentro de una línea de flujo de fluido limpio, o el fluido limpio y el fluido de agente de soporte en concentraciones alternadas o variables pueden ser inyectados o pulsados en una línea de flujo común para proporcionar barros de fluido de agente de soporte y fluido limpio. Esta inyección de un fluido en la línea de flujo de otro fluido puede obtenerse a través de una o más válvulas en la línea de flujo.

La figura 8 ilustra incluso otra realización de un sistema para bombear alternando los barros de agente de soporte y de fluido limpio. En esta realización, el flujo de fluido de las fuentes de fluido limpio y de agente de soporte 1 y 2 a la bomba de alta presión 3 es controlado por una válvula de tres vías 8. La figura 9 muestra un ejemplo de la válvula de tres vías 8 que tiene dos entradas 28, 30, una para cada uno del fluido limpio y la pasta acuosa de agente de soporte. Un cierre 32 regula el flujo entre cada una de las entradas para detener o ajustar el volumen del flujo a través de cada una de las entradas 28, 30 y permite el control simultáneo de cada uno de los fluidos. La posición del cierre de la válvula 32 puede ser controlada de modo que se permita el flujo a través de ambas entradas para proporcionar una densidad deseada de la pasta acuosa de agente de soporte basado en los cálculos volumétricos. La salida 34 de la válvula de tres vías 8 es descargada a la bomba 3 o al cabezal de pozo, según pueda ser el caso. La válvula 8 puede ser controlada remotamente. Además una bomba de alta presión 3 puede estar localizada sobre cada una de las líneas de fluido limpio y pasta acuosa de agente de soporte, estando la válvula 8 localizada sobre el lateral de alta presión de estas bombas. En muchos casos, sin embargo, la válvula 8 estará sobre el lateral de baja presión de la bomba 3.

La figura 10 ilustra otro ejemplo de una válvula de tres vías 36 que se puede usar con el sistema de la figura 8. La válvula 36 incluye un cuerpo de válvula o alojamiento 38 que puede tener una configuración o parte con forma de barril generalmente cilindrico como se muestra. Al menos dos pasajes de fluido 40, 42 se proporcionan en el cuerpo de la válvula 38 para permitir el flujo de la pasta acuosa de agente de soporte y limpio respectivamente. Los pasajes del flujo 40, 42 pueden ser sustancialmente paralelos uno con otro. En la realización que se muestra, los pasajes de fluido 40, 42 que se forman en el cuerpo 38 pueden tener cada uno de ellos una sección transversal generalmente semi circular y otra sección transversal parcialmente circular, si bien se podrían usar otras configuraciones. Un cierre de válvula 44 se proporciona dentro del interior del cuerpo de la válvula 38 y es giratorio alrededor de un eje que generalmente es paralelo al flujo de fluido a través de los pasajes de fluido 40, 42 para abrir y cerrar de forma selectiva los pasajes de fluido 40, 42. En la realización que se muestra, el cierre 44 está configurado como un componente o placa de forma generalmente circular u otro componente o placa de forma parcialmente circular 40, 42. La rotación del cierre 44 puede efectuarse a través de un accionamiento mecánico, hidráulico, magnético o de otro tipo y puede ser controlada remotamente. Medíante la rotación del cierre 44, el grado del flujo de fluido a través de cada uno de los pasajes 40, 42 se puede controlar de modo que las cantidades variables de cada uno de los fluidos pueda ser suministrada a una salida 46 de la válvula 36 o el suministro alternado de los fluidos pueda ser suministrado cuando cada uno de los pasajes 40, 42 se abra y se cierre de forma alternada.

En otra realización, un separador o concentrador de hidrociclona se utiliza para suministrar pasta acuosa de agente de soporte premezclada y fluido limpio alternados. La figura 11 muestra un ejemplo de un separador de hidrociclona 48. El separador incluye un cuerpo o alojamiento con forma generalmente cónica o frusto-cónica 50 que tiene una entrada de fluido tangencial 52 donde una pasta acuosa de agente de soporte se introduce a un caudal alto. El flujo de fluido a través de la entrada tangencial 52 hace que las partículas de agente de soporte sean arrojadas a través de la fuerza centrífuga hacia las paredes laterales del interior del alojamiento donde corren en forma de espiral hacia abajo hasta una salida de corriente profunda 54, lo cual puede ser proporcionado con una válvula de control (que no se muestra) para controlar el flujo fuera de la salida 54. Los fluidos más livianos y los materiales se mueven hacia el centro del separador donde son dirigidos hacia arriba a través de una salida de rebase central 56, que puede ser proporcionada con una válvula de control (que no se muestra) para controlar el flujo fuera de la salida 56.

El separador de hidrociclona permite que se forme una pasta acuosa de agente de soporte concentrada a partir de una suspensión de agente de soporte diluida. De esta forma, se pueden formar concentraciones más altas de agente de soporte en los barros de fluido que a través de los mezcladores convencionales o mezcladores y equipos de bombeo. La concentración del agente de soporte es controlada por la concentración de agente de soporte de la pasta acuosa de entrada, la cual puede ser una pasta acuosa de agente de soporte diluida, y la cantidad de fluido o material descargado a través de la salida de corriente profunda 54 y/o la salida de rebase 56. De este modo, por ejemplo, cerrando totalmente la salida 56 de modo que no se permita la salida del fluido, se puede proporcionar una pasta acuosa de agente de soporte diluida y suministrarse a la salida de corriente profunda 54. Esta pasta acuosa de agente de soporte diluida puede formar el fluido limpio con muy poca concentración de agente de soporte (por ej., 2 ppa o 0,24 kg/litro o menos. Al abrir la salida del fluido 56 para remover el fluido de la pasta acuosa, se puede formar fácilmente una pasta acuosa de agente de soporte concentrada la cual es suministrada a la salida de corriente profunda 54. Abriendo completamente la salida se permitirá que el fluido y el agente de soporte salgan a través de la salida de corriente profunda. Se requieren estranguladores para sostener lo suficiente la contrapresión a fin de permitir que el fluido vuelva mientras la pasta acuosa concentrada sale a través de la salida de rebase. La concentración de agente de soporte puede incrementarse o disminuirse de forma inmediata y significativa por la cantidad de fluido eliminada a través de la salida. Al abrir y cerrar de forma alternada la salida de rebase 56, se pueden formar barros de fluido limpio y de pasta acuosa de agente de soporte alternados para suministrar al pozo. De forma alternativa, la pasta acuosa limpia y de agente de soporte pueden ser suministrada a través de la salida de rebase 56 ajustando a través del flujo a través de la salida de corriente profunda 54. De este modo, las pastas acuosas limpias y/o de agente de soporte pueden ser suministradas desde cualquier salida 54, 56 del separador 48. Las corrientes removidas que no se introducen en la formación también pueden ser recicladas. La hidrociclona proporciona un método rápido y eficiente para proporcionar estos barros de pasta acuosa limpia y de agente de soporte alternados.

Además, el buen control de la concentración del agente de soporte que puede ser casi instantáneo puede obtenerse a través del uso de la hidrociclona. En otras realizaciones, la hidrociclona 48 puede ser usada únicamente para formar pastas acuosas de agente de soporte premezcladas de alta concentración, como en las realizaciones previamente discutidas con el fluido limpio que se suministra de una fuente separada.

Incluso en otra realización, los barros de fluido limpio y de agente de soporte alternados se pueden formar a partir de una bomba de pistón que periódicamente inyecta una pasta acuosa de agente de soporte premezclada en un fluido limpio. La bomba (que no se muestra) puede ser un émbolo múltiple una bomba de pistón tal como un émbolo triplex o bomba de pistón (3 pistones), donde uno de los dos o más pistones o cilindros se usan para bombear o inyectar la suspensión de agente de soporte premezclada en el fluido limpio.

Con cada una de las realizaciones que se describen en la presente, debe observarse que varios equipos y dispositivos que no se discuten específicamente se pueden emplear con cada uno de los sistemas. Estos equipos pueden incluir caudalímetros, densitómetros, calibres de presión, etc. Además, esos sistemas que utilizan pastas acuosas de agente de soporte premezcladas pueden emplear líneas de recirculación y bombas para recircular la pasta acuosa de agente de soporte premezclada para facilitar la suspensión del agente de soporte. Además se podría usar la recirculación de la pasta acuosa limpia. La recirculación puede ser proporcionada en el lateral de baja presión del sistema.

Con respecto a los métodos que se describen en la presente donde se usan barros de fluido limpio y de agente de soporte, alternados, debe observarse que las fibras que no son de agente de soporte y los materiales en partículas también se pueden incorporar en cada uno de los fluidos limpios y/o que contiene agente de soporte.

Estos materiales se pueden usar para facilitar la suspensión del agente de soporte para evitar el asentamiento del agente de soporte y reducir la cantidad de agente de viscosidad necesario. Ejemplos de esto se describen en la Publicación de Solicitud de Patente Estadounidense No. US2008/0135242, la cual se incorpora a la presente como referencia en su totalidad. En la colocación de agente de soporte heterogénea, el material en partículas que no es agente de soporte que se usa para estabilizar y suspender el agente de soporte y/o proporcionar la interfaz líquido-líquido puede estar contenido en uno o ambos de estos fluidos de interfaz adyacentes. El material en partículas puede mezclarse continuamente con la fracturación mientras que el agente de soporte puede agregarse en pulsos. En algunas realizaciones, los fluidos o pulsos libres de agente de soporte pueden tener un contenido más alto del material de partículas que no es agente de soporte. En otras realizaciones, los fluidos o pulsos cargados con agente de soporte pueden tener un contenido más alto del material de partículas que no es agente de soporte. Incluso en otras realizaciones, la cantidad de material en partícula que no es agente de soporte puede ser generalmente el mismo tanto en los fluidos libres de agente de soporte como en los fluidos cargados con agente de soporte y puede ser dispersado en general continuamente a través de los fluidos.

Los sistemas y métodos que se describen en la presente para alternar el suministro de barro de fluido limpio y de agente de soporte también se pueden usar junto con estrategias de perforación particulares. Estas estrategias de perforación pueden incluir la formación de conjuntos de perforación separados.

Ejemplos de estas estrategias de perforación se describen en las Publicaciones Internacionales Nos. WO009/005387 y WO2009/096805, cada una de las cuales se incorpora a la presente como referencia en su totalidad.

Mientras que la invención ha sido mostrada sólo en algunas de sus formas, debe ser evidente para los expertos en la técnica que no es tan limitada, pero es susceptible de varios cambios y modificaciones sin apartarse del alcance de la invención. En consecuencia, es apropiado que las reivindicaciones adjuntas sean interpretadas ampliamente y de manera consistente con el alcance de la invención.

Claims (12)

REIVINDICACIONES:

1. Un método para colocar un pack de agentes de soporte en una fractura que se extiende desde un pozo formado en una formación subterránea, el método que comprende: realizar al menos uno de los siguientes pasos para facilitar el suministro de barros de múltiples agentes de soporte espaciados dentro de un fluido de fracturación hidráulica que es introducido en el pozo a una presión arriba de la presión de fracturación de la formación: (1 ) proporcionar una tolva que contiene el agente de soporte con una unidad de medición controlable que puede abrirse y cerrase entre las posiciones variables cerrada y abierta, donde la unidad de medición mide selectivamente el agente de soporte de la tolva a un transportador en grupos de agentes de soporte discretos, espaciados, donde los grupos de agentes de soporte son suministrados por el transportador a un tanque de mezclado donde el agente de soporte es combinado con el fluido de fracturación hidráulica, y en donde el tamaño y espaciado de los grupos de agentes de soporte es controlado por una combinación de la unidad de medición y la velocidad del transportador; (2) proporcionar el agente de soporte a un transportador de tornillo sinfín rotatorio de velocidad variable, donde el transportador de tornillo sinfín tiene una descarga que descarga el agente de soporte transportado a un tanque de mezclado, donde el tornillo sinfín es girado y detenido completamente en intervalos para proporcionar grupos discretos de agentes de soporte que son descargados al tanque de mezclado; y (3) proporcionar un agente de soporte en una suspensión de agentes de soporte premezclados y un fluido limpio que forman el fluido de fracturación y al menos uno de a) alternar el flujo de la suspensión de agentes de soporte premezclados y el fluido limpio e b) impulsar uno de la suspensión de agentes de soporte premezclados y el fluido limpio en el otro.

2. El método de la reivindicación 1 , en donde: la suspensión de agentes de soporte premezclados y el fluido limpio cada uno es bombeado a través de diferentes bombas o la misma bomba.

3. El método de la reivindicación 2, en donde: al menos uno de a) alternar el flujo de la suspensión de agentes de soporte premezclados y el fluido limpio e b) impulsar uno de la suspensión de agentes de soporte premezclados y el fluido limpio en el otro se logra mediante el uso de una o más válvulas de control.

4. El método de la reivindicación 3, en donde: Una o más de las válvulas de control es una válvula reguladora de contrapresión.

5. El método de la reivindicación 4, en donde: la válvula reguladora de contrapresión se utiliza con cada uno de la suspensión de agentes de soporte premezclados y el fluido limpio para facilitar al menos uno de a) alternar el flujo de la suspensión de agentes de soporte premezclados y el fluido limpio y b) impulsar uno de la suspensión de agentes de soporte premezclados y el fluido limpio en el otro.

6. El método de la reivindicación 4, en donde: la válvula reguladora de contrapresión se utiliza con uno de la suspensión de agentes de soporte premezclados y el fluido limpio y una válvula no reguladora de contrapresión se utiliza con el otro fluido para facilitar al menos uno de a) alternar el flujo de la suspensión de agentes de soporte premezclados y el fluido limpio y b) impulsar uno de la suspensión de agentes de soporte premezclados y fluido limpio en el otro.

7. El método de la reivindicación 1 , en donde: al menos uno de a) alternar el flujo de la suspensión de agentes de soporte premezclados y el fluido limpio y b) impulsar uno de la suspensión de agentes de soporte premezclados y el fluido limpio en el otro se logra mediante el una de una válvula de tres vías.

8. El método de la reivindicación 7, en donde: en donde la válvula de tres vías comprende: un alojamiento de válvula que tiene al menos dos pasajes de flujo, donde cada pasaje de flujo permite el paso de una de la suspensión de agente de soporte y la suspensión limpia; y un cierre de válvula que gira alrededor de un eje sustancialmente paralelo al flujo del fluido a través de los pasajes para cerrar selectivamente los pasajes de fluido.

9. El método de la reivindicación 1 , en donde: una suspensión diluida de agente de soporte es introducida en una entrada de un separador hidrocilón, donde el separador hidrocilón tiene una salida de subflujo y salida de sobreflujo en donde la suspensión de agentes de soporte premezclados se proporciona desde al menos una de la salida de subflujo y la salida de sobreflujo.

10. El método de la reivindicación 9, en donde: el fluido limpio se forma a partir de la suspensión de agentes de soporte y se proporcionan barros de múltiples agentes de soporte espaciados controlando el flujo del fluido a través de al menos una de la salida de subflujo y la salida de sobreflujo.

11. El método de la reivindicación 10, en donde: la suspensión de agentes de soporte premezclados es suministrada mediante una bomba de pistón.

12. El método de la reivindicación 1 , en donde el método además comprende: bombear a una presión suficiente para fracturar la formación subterránea con un fluido de fracturacion que comprende barros de múltiples agentes de soporte espaciados.