MX2013007200A - Metodo de fracturacion de hidrocarburos de alta presion a peticion y proceso relacionado. - Google Patents

Abstract

Un método o proceso para Fracturar Hidráulicamente un depósito de hidrocarburo subterráneo geológico a petición que comprende las etapas de: utilizar como fuente de agua un acuífero subterráneo que contiene agua que es estable y cristalina en el acuífero pero que puede incluir compuestos químicos indeseables como componentes solubles que no se encuentran en solución cuando se someten a presiones reducidas en las condiciones de la superficie tal como sulfuro de hidrógeno y otros constituyentes, utilizar el agua del acuífero como fuente de agua para utilizarse en un proceso de fracturación de hidrocarburos y para bombear el agua bajo presión a un nivel predeterminado para el agua del acuífero y por encima de la presión de punto de burbujeo para el agua contenida en un acuífero particular para evitar que constituyentes indeseables (compuestos químicos) del agua se separen de la solución, mantener la presión del agua a un mínimo requerido para cada acuífero todo el tiempo durante el proceso de fracturación, perforar un pozo de fuente en el acuífero, perforar un pozo de disposición en el acuífero, proporcionar una bomba capaz de mantener la presión requerida necesaria para evitar que los constituyentes del agua del acuífero salgan de la solución sólo al mantener la presión mínima, establecer un circuito cerrado con un colector, o un colector y bombas, para mantener el agua del acuífero circulando todo el tiempo hasta que la operación de fracturación comience cuando el agua se suministre desde ese colector, proporcionar la operación de fracturación con agua desde el colector, o un colector y bombas, para fracturar una reserva de hidrocarburos, en donde al utilizar el agua desde un acuífero en el proceso de fracturación y al mantener el agua bajo presión a un mínimo todo el tiempo, el agua permanece estable y los constituyentes indeseables permanecen en solución y el agua permanece cristalina por lo que se evita la necesidad de tratar el agua del acuífero antes de utilizarla en un proceso de fracturación.

Description

MÉTODO DE FRACTURACIÓN DE HIDROCARBUROS DE ALTA PRESIÓN A PETICIÓN Y PROCESO RELACIONADO CAMPO DE LA INVENCIÓN Existe la necesidad de cantidades sustanciales de agua para operaciones de fracturar hidráulicamente. Un potencial existe en muchas áreas para acceder y utilizar un yacimiento acuifero de agua no potable para este propósito.

Un ejemplo puede ser el acuifero de Debolt o similares, el cual se probó con éxito.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Nexen Inc. ("Nexen"), el cesionario, tiene depósitos de esquisto de gas natural al noreste de Columbia Británica. Una producción eficiente y económica de los depósitos de esquisto de gas natural en el área depende de la disponibilidad del agua para operaciones de fracturáción . La producción de gas diaria esperada en el área requerirá un volumen anual estimado de por lo menos 1.3 MM m3 de agua con tal agua generalmente proviniendo de fuentes naturales por encima de la tierra y/o fuente subterráneas pre-tratadas . Para maximizar el valor de esta reserva de gas natural, un suministro confiable de cantidades suficientes de agua para programas de estimulación de fracturación es necesario para permitir la distribución de niveles de producción proyectados .

Una de las posibilidades para lograr el valor es el modernizar el proceso para proporcionar agua para programas de fracturación a través del uso innovador de agua no potable .

Por lo tanto, es un objeto primario de esta invención proporcionar un método y proceso para fracturar un depósito de hidrocarburos utilizando agua de un acuifero adyacente al depósito. El acuifero adecuado también podría encontrarse cerca de y ser menos profundo o más profundo que el depósito.

Es otro objeto de la invención utilizar el método y proceso cuando se fracture una reserva de gas natural.

Aún otro objeto de la invención es evitar tratar el agua del acuifero antes de utilizarla para fracturación de hidrocarburos .

Un objeto adicional de la invención es utilizar el acuifero de Debolt como fuente de agua para la fracturación de una reserva de gas natural.

Otro objeto de la invención es proporcionar la bomba de fracturación con materiales de construcción en alineación con las recomendaciones bien conocidas publicadas para criterios de rendimiento de materiales de por ejemplo empaquetadura de guarnición NACE, ASTME o ANSI o similar en vista de la naturaleza corrosiva de los fluidos que se bombean .

Objetos adicionales y otros de la invención serán aparentes para una persona con experiencia en la técnica cuando considere este sumario de la invención y una descripción más detallada de las modalidades preferidas descritas e ilustradas en la presente junto con las reivindicaciones anexas.

El yacimiento subterráneo o zona de Debolt es un acuifero cuya agua contiene aproximadamente 22,000 ppm de sólidos disueltos totales ("TDS") y una pequeña cantidad de sulfuro de hidrógeno - H2S. El alcance y volumen del yacimiento de Debolt aún se investiga, pero tiene la posibilidad de ser extensivo. Este acuifero: tiene alta permeabilidad y porosidad. Un pozo de Debolt en b-H18-I/94-0-8 se probó en mayo de 2010 con una bomba sumergible eléctrica situada en el fondo de la perforación ("ESP") de 900 HP a 10.25". El pozo mostró un índice de productividad de 107 m3/d por una disminución de 1 kPa, indicando que el depósito proporcionará un alto índice suficiente de flujo para soportar el volumen y los requisitos de índice necesarios para soportar las operaciones de fracturación de pozos.

El agua del yacimiento de Debolt contiene gas ácido en solución. Cuando se despresuriza a condiciones atmosféricas, el agua de Debolt destiló gas ácido a una relación de gas y agua de 1.35 estándar m3 de gas a 1 m3 de agua. El gas destilado contuvo 0.5% de H2S, 42% de C02 y 57% de CH4 (metano) . Estos gases son los mismos gases presentes en la producción de gas de esquisto que se realiza, la cual normalmente se encuentra en el margen de 0.0005% de H2S, 9% de C02, y 91% de CH4, (metano) y el uso de agua de Debolt sin procesar puede tener un impacto insignificante en el porcentaje actual de los componentes de gas de esquisto.

El desafío es cómo utilizar el agua ácida, . por ejemplo, el agua de Debolt para fracturar hidráulicamente en una forma económica puesto que el equipo de fracturación de agua actual no cumple con las recomendaciones bien conocidas publicadas para criterios de rendimiento de materiales de por ejemplo, estándares de NACE, ASTME o ANSI para empaquetadura de guarnición o similares. Los contratistas de fracturación de agua actuales se rehusan a utilizar el agua de Debolt para operaciones de fracturación. En parte debido a que el equipo actual no cumple con NACE. Pero la razón principal se relaciona con las preocupaciones de seguridad con respecto al contenido de H2S del agua de Debolt.

Existen dos diferentes formas de utilizar el agua del yacimiento de Debolt para operaciones de fracturación. La primera es construir y operar una planta de tratamiento de aguas para eliminar el H2S del agua de Debolt. Este procedimiento se ha tomado por otros participantes de la industria que han construido una planta de depuración de H2S para eliminar el H2S del agua de Debolt. Un documento reciente publicado por la Canadian Society for Unconventional Resources titulado "Agua de Fracturación del Rio Horn: Pasado, Presente, Futuro" describe los aspectos técnicos y operacionales de la Planta de Tratamiento de Aguas de Debolt construida y operada para los propósitos anteriores. Este documento establece que una planta de tratamiento muy costosa se requiere para remover el H2S y otros gases de solución del agua de Debolt.

El segundo procedimiento es mantener el agua del acuifero a una presión por encima de su presión de saturación (también conocida como "Presión de Punto de Burbujeo" o "BPP") en una base continua mientras se produce en la superficie y se transporta en tuberías para permitir que se utilice para fracturación . Pruebas llevadas a cabo sobre las propiedades del agua de Debolt indican que siempre y cuando el agua de Debolt se mantenga a una presión lo suficientemente elevada para mantener el gas de solución capturado en el agua, el agua es estable sin precipitados, y sigue teniendo un color cristalino. Además, el agua se encuentra en el estado menos corrosivo. Estos hallazgos revelan que el fluido del acuifero de Debolt puede utilizarse en su estado natural sin requerir tratamiento. Ésta es la base del proceso de propiedad de Fracturación Presurizada a Petición ("PFOD") .

El aspecto primario de esta invención por lo tanto es proporcionar un método o proceso para fracturar un depósito de hidrocarburos a petición que comprende las etapas de: utilizar como fuente de agua un acuifero subterráneo que contiene agua la cual es estable y cristalina en el acuifero pero que puede incluir constituyentes indeseables que se encuentran en solución cuando se someten a condiciones de la superficie tal como sulfuro de hidrógeno y otros constituyentes, utilizar el agua del acuifero como fuente de agua para utilizarse en un proceso de fracturación de hidrocarburos y para bombear el agua bajo presión a un índice predeterminado para el agua del acuifero y por encima de la presión de punto de burbujeo (BPP) para el agua contenida en un acuifero particular para mantener el agua estable. Se ha encontrado que el agua se vuelve inestable cuando la presión se reduce y se deja salir el gas del agua. Esta despresurización y eliminación del gas inicia una reacción química con los sólidos disueltos en el agua para provocar que se formen precipitados. Para evitar que estas reacciones químicas ocurran y provoquen que los constituyentes indeseables del agua salgan de la solución, mantener la presión del agua a un mínimo requerido para cada acuifero todo el tiempo durante el proceso de fracturación, perforar un pozo de origen en el acuifero, perforar un pozo de disposición en el acuifero, proporcionar una bomba capaz de mantener la presión requerida necesaria para evitar que los constituyentes del agua del acuifero salgan de la solución sólo al mantener la presión mínima, establecer un circuito cerrado con un colector, o un colector y bombas, para mantener el agua del acuifero circulando todo el tiempo hasta que comience la operación de fracturación cuando el agua se suministre desde este colector, proporcionar la operación de fracturación con agua desde el colector para fracturar una reserva de hidrocarburos, en donde, al utilizar el agua de un acuifero en el proceso de fracturación y al mantener el agua bajo presión a un mínimo todo el tiempo, el agua sigue siendo estable y los constituyentes indeseables permanecen en solución y : el agua queda cristalina por lo que se evita la necesidad de tratar el agua del acuifero antes de utilizarla en un proceso de fracturación .

De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona un método o proceso de fracturación ' a alta presión de un depósito de hidrocarburos, por ejemplo, un depósito de gas de esquisto a petición que comprende las etapas de utilizar como fuente de agua de un acuifero subterráneo tal como el acuifero de Debolt que contiene agua ácida que incluye H2S y otros constituyentes, utilizar el agua ácida del acuifero como la fuente de agua para utilizarse de preferencia por lo menos en el lado limpio de un proceso de fracturacion de gas y para bombear el agua ácida bajo presión a un mínimo de por ejemplo 2310 kPa para el agua de Debolt en aproximadamente 38 grados Centígrados (el cual varía con la temperatura real de la fuente de agua para cada acuifero, y cualquier enfriamiento de superficie que pueda ocurrir en tal agua) y por encima de la BPP para el agua ácida contenida en un acuifero particular para evitar que H2S y otros constituyentes del agua ácida salgan de la solución, mantener la presión del agua ácida a un mínimo requerido para cada acuifero, por ejemplo para Debolt de 2310 kPa todo el tiempo durante el proceso de fracturacion, perforar un pozo de fuente en el acuifero, perforar un pozo de disposición en el acuifero, proporcionar una bomba capaz de mantener la presión requerida necesaria para evitar que los constituyentes del agua ácida salgan de la solución sólo al mantener la presión mínima requerida la cual, por ejemplo, para el agua de Debolt es de 2310 kPa a 38 grados Centígrados, establecer un circuito cerrado con un colector para mantener el agua ácida circulando todo el tiempo hasta que comience la operación de fracturacion de pozo cuando el agua se suministre desde ese colector, o un colector y bombas, proporcionar el lado limpio de una operación de fracturacion de pozo con agua ácida desde el colector para fracturar una reserva de pozo (normalmente una reserva de zona de petróleo o gas) , en donde, al utilizar el agua ácida de un acuífero tal como Debolt para el proceso de fracturacion de gas y mantener el agua - ácida bajo presión a un mínimo, como ejemplo, para el agua de Debolt que se encuentra a 2310 kPa y 38 grados Centígrados, el agua permanece establece y los constituyentes permanecen en solución y el agua sigue siendo cristalina por lo que se evita la necesidad de depurar el sulfuro de hidrógeno y otros constituyentes cuando se requiera por otros procesos de fracturacion de pozo.

En una modalidad de la invención, la fuente de agua y el método o proceso se utilizan junto con arena en el lado sucio de la operación de fracturación de pozos con la adición de una mezcladora de alta presión puesto que el agua ácida debe mantenerse por encima de su BPP, por ejemplo, 2310 kPa para el agua de Debolt a 38 grados Centígrados todo el tiempo por lo que se evita que los constituyentes que incluyen H2S salgan de la solución.

En una modalidad adicional del método o proceso, el número necesario de bombas y pozos de fuente y pozos de agua de disposición se proporciona con el método o proceso para permitir que una operación de fracturación de alta presión a petición para un número objetivo de fracturaciones (el cual depende del diseño de pozo particular elegido para una estimulación de depósito u otro propósito) para cada pozo, o un número de pozos, estimulados como parte de un programa.

De preferencia en el método o el proceso, el agua del acuífero de fuente se encuentra a una temperatura elevada, por ejemplo para el agua de Debolt una temperatura bajo circunstancias normales se ha encontrado a 38 grados Centígrados, la cual por lo tanto no requiere calentamiento adicional, o tubería aislada, y la cual puede utilizarse como fuente de agua ácida para el proceso de fracturación presurizada a petición incluso durante los meses de invierno más fríos experimentados por ejemplo al Oeste de Canadá o áreas similares, y que puede contribuir a ahorros de costos considerables cuando se compara con utilizar agua de superficie .

En aún otra modalidad, el método o proceso utiliza agua ácida del acuífero de Debolt y hace circular continuamente el agua a una presión por encima de la BPP desde el pozo de fuente hasta el pozo de disposición en un sistema de tubería subterránea logrado por una válvula de control de contrapresión ubicada corriente abajo del pozo que va a fracturarse cerca de la línea de circulación del agua de Debolt e incluso corriente arriba de los pozos de disposición donde, cuando el agua se requiere para operaciones de fracturación, el agua se extraerá de un colector estratégicamente ubicado en esta línea de circulación por lo que alimenta el agua de Debolt a la operación de fracturación bajo presión, la cual se encuentra por encima de la BPP de Debolt.

De acuerdo con aún otra modalidad del método o proceso, el agua de Debolt se mantiene a una presión por encima de su presión de saturación y se utiliza continuamente para fracturar hidráulicamente de modo que siempre y cuando el agua de Debolt se mantenga a una alta presión suficiente para mantener el gas de solución atrapado en el agua, entonces el agua permanece estable, sin precipitados y se encuentra en su estado menos corrosivo de este modo requiriendo que todas las operaciones de fracturacion (por lo menos en el lado limpio) se lleven a cabo a presiones por encima de la BPP del agua de Debolt la cual es la base para un proceso exitoso de PFOD.

En aún otra modalidad, el método o proceso además comprende una guarnición NACE, de preferencia una bomba de fracturacion de Sistema de Bombeo Horizontal de Alta Presión ("HPHPS") capaz de proporcionar una presión de descarga de aproximadamente 69 MPa. La construcción de bomba utiliza materiales en alineación con las recomendaciones publicadas por la empaquetadura de guarnición de ' la Asociación ', Nacional de Ingenieros en Corrosión ("NACE") en vista de la naturaleza corrosiva de los fluidos que se bombean. Alternativamente, materiales pueden seleccionarse de los criterios de rendimiento de materiales para una Bomba de fracturacion de HPHPS o equivalente publicado por, por ejemplo, ASTME, ANSI o similares .

Para llevar a cabo el proceso de esta invención, se construye una bomba centrifuga de multifase capaz de distribuir una presión de descarga o presión diferencial entre las presiones interna y externa de la bomba a más de 703.07 kg/cm2 (10,000 psig) . Un manguito de presión o alojamiento de bomba se diseña para ser la contención de presión primaria. La interconexión de sellado entre la base de la bomba y el cabezal de bomba es un tipo de metal en metal logrado al utilizar una rosca especializada. Los difusores se diseñan con aberturas para permitir una rápida compensación de presión a través del borde exterior del difusor para evitar falla de la alta presión diferencial que podría provocar falla del difusor. Se utiliza un sello en el exterior de los difusores para evitar comunicación de presión, y flujo de fluido, entre el exterior de los difusores individuales encerrados dentro del alojamiento. Las conexiones de bomba al tubo de admisión de bomba y ' tubo de descarga se mejoran en un sellado estilo anillo o junta.

La presente invención también se refiere a un diseño de bomba centrífuga de multifase, la cual tiene los difusores, impulsores, y un eje, insertados dentro de un alojamiento de alta presión o cilindro, en donde este ensamble se encierra completamente dentro del alojamiento, y el alojamiento es de suficiente resistencia para ser adecuado para contención segura de presión de los fluidos que se bombean. Este aspecto de la invención describe los detalles técnicos utilizados para reconfigurar el diseño de bomba centrifuga de multifase conocido para permitir el incremento de las capacidades de presión de descarga superiores a 421.84 kg/cm2 (6,000 psig) de diseños actuales. Las modificaciones de diseño discutidas en la presente se han probado con éxito a 703.07 kg/cm2 (10,000 psig) de presión de descarga. La capacidad de presión de 703.07 kg/cm2 (10,000 psig) proporciona una presión adecuada para fracturar yacimientos penetrados por sondeos.

Este estilo de unidad de bomba es bien adecuado para la industria de fracturación de hidrocarburos que se utiliza para bombear fluidos a suficientes presiones para estimular depósitos de petróleo y gas.

La invención es un tipo de alojamiento de bomba centrifuga, el cual se diseña para operar a velocidades de 30 a 90 hz, (1800 a 5400 rpm) , con presiones de descarga que pueden ser de 703.07 kg/cm2 (10,000 psig), y con una presión de succión que puede ser de 1.054 a 42.18 kg/cm2 (15 a' 600 psig). Para una capacidad de presión de descarga de 703.07 kg/cm2 (10,000 psig) , tal como este diseño de bomba centrifuga de multifase encerrado dentro de un alojamiento, ésta es una opción económica más efectiva en comparación con estructuras anteriores tales como bomba centrifuga de multifase de cárter dividido.

De preferencia, la bomba utiliza un manguito (21) de presión en la parte superior de la pared del difusor (22) para una resistencia de pared mejorada mediante un ajuste por compresión entre el manguito (21) y el diámetro exterior de la pared del difusor (22) .

También, de preferencia la bomba utiliza un orificio (23) de compensación en una pared del difusor, que resulta en una presión diferencial nula a través de la pared del difusor y también permite una rápida despresurización .

De preferencia, para evitar que las fases se colapsen debido a la transferencia de presión de una: fase de bomba a otra, se utiliza un sello de estilo de anillo tórico (31) entre cada difusor (34) y alojamiento (33) .

En una modalidad, el sellado entre el alojamiento (16) de bomba y la base (12) de bomba y el cabezal (19) de bomba es mediante roscas especializadas que proporcionan un sellado de metal en metal, eliminando todos los sellos elastoméricos y no elastoméricos a través del uso de una tecnología de sellado de rosca de metal en metal probada tal como una Conexión de Pasador-Alojamiento Base/Cabezal.

La bomba centrífuga de multifase se diseña para inyectar fluidos en un sondeo para propósitos de fracturar este pozo.

De acuerdo con ese aspecto de la invención, se proporciona una bomba centrífuga de fase múltiple para fracturar depósitos de hidrocarburos capaz de distribuir presión de descarga o presión diferencial entre la presión interna y externa de bomba para que sea superior a 703.07 kg/cm2 (10,000 psi) e incluye un manguito de presión o alojamiento de bomba diseñado para la contención de presión primaria, el sellado entre la base de bomba y el cabezal de bomba es del tipo metal en metal logrado al utilizar una rosca especializada, los difusores se incluyen diseñados con aberturas para permitir una rápida compensación de presión a través del borde exterior del difusor para evitar falla de alta presión diferencial que podría provocar falla del difusor, se utiliza un sello en el exterior de los difusores para evitar comunicación de presión y flujo de fluido, entre el exterior de los difusores individuales encerrados dentro del alojamiento y las conexiones de bomba al tubo de admisión y tubo de descarga se mejoran con un sellado de estilo anillo o junta.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es un Diagrama Esquemático de Flujo de PFOD.

La Figura 2 es una Vista en Elevación de PFOD.

La Figura 3 es un dibujo de un ensamble de bomba centrifuga de multifase de alta presión que ilustra y describe todos los componentes clave utilizados dentro del ensamble de bomba.

La Figura 4 es un dibujo en corte transversal del ensamble de bomba centrifuga de multifase de alta presión que describe los componentes utilizados dentro del ensamble.

La Figura 5 es una ilustración en corte transversal que muestra un número de fases de impulsor y difusor en el alojamiento de bomba centrifuga de multifase de alta presión.

La Figura 6 es una ilustración en corte transversal del difusor, para el ensamble de bomba centrifuga de multifase de alta presión y los detalles del difusor que muestran el manguito (21) de compresión en la parte superior del difusor (22) .

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Durante los últimos dos años, Nexen ha trabajado en el proceso de PFOD como se menciona a continuación, utilizando agua de Debolt por encima de su BPP para fracturar hidráulicamente de este modo eliminando la necesidad de un proceso de remoción de H2S costoso.

Para garantizar una fuente confiable de agua para sus operaciones de fracturación, fue necesario identificar formas de utilizar el agua de Debolt como parte de la fuente de agua de fracturación . Una de las opciones revisadas fue utilizar el agua de Debolt sólo para el lado limpio del programa de fracturación .

En vista de sus requerimientos, Nexen diseñó y construyó una bomba de fracturación de HPHPS de poco flujo para las pruebas. En junio de 2010, una bomba de fracturación de prueba de HPHPS de guarnición NACE de 0.25 m3/min capaz de proporcionar una presión de descarga de 69 MPa se probó en la plataforma b-18-? al noroeste de la Columbia Británica. Se encontraban en el sitio técnicos para operar el pozo de fuente de agua de Debolt ("WSW") ESP y la bomba de fracturación de prueba de HPHPS. Tres obturadores que consisten de dos tipos de orificios de obturación y un obturador variable se canalizaron en serie para proporcionar la contrapresión para probar la bomba de fracturación de HPHPS a la presión de fracturación.

En las pruebas iniciales, la bomba de fracturación de prueba de HPHPS utilizó agua corriente de un camión cisterna. Todos los parámetros de control de bomba se establecieron. En pruebas subsiguientes, el agua de Debolt se utilizó y alimentó por WSW de Debolt en b-H18-I/94-0-8 por ESP en la succión de la bomba de fracturación de prueba de HPHPS. La descarga de la bomba de fracturación de prueba circuló a través de tres obturadores en varias contrapresiones. El agua de Debolt entonces salió de los obturadores y circuló en una tubería de agua de- disposición hasta el pozo de disposición de agua ("WDW") en b-16-?. La contrapresión incrementó progresivamente a intervalos de 7000 kPa y corrió en esa presión de descarga por aproximadamente 30 a 60 minutos. Cuando las operaciones de la bomba quedaron estables, el obturador se ajustó para incrementar la presión de descarga de la bomba.

La bomba de fracturación de prueba de HPHPS se probó con éxito el 7 y 8 de julio de 2010. Operó a una presión de descarga de 71 MPa. La bomba se ejecutó utilizando agua de Debolt por aproximadamente 6 horas a 62 MPa para simular una operación de fracturacion completa.

Se entiende que para otros acuiferos tendrán diferentes parámetros físicos. Por ejemplo, especificaciones de bomba reflejarán diferentes Presiones de Punto de Burbujeo para fuentes de agua alternativas. Para la fuente de agua de Debolt, la BPP del agua del acuífero fue 2310 kPag a 38 grados Centígrados.

En agosto de 2010 durante la finalización de los 8 pozos en la plataforma b-18-?, la bomba de fracturacion de prueba de HPHPS se integró en 6 operaciones de fracturacion. Tres de las 6 fracturaciones corrieron utilizando agua corriente y 3 corrieron utilizando agua de Debolt. La bomba de fracturacion de prueba de HPHPS corrió bien para las 6 fracturas y no se encontraron problemas operacionales o de seguridad.

Sólo un pozo de fuente de agua y un pozo de disposición se requieren para la prueba inicial del sistema de PFOD, y pozos adicionales proporcionarán una capacidad incrementada y respaldo para asegurar un índice de flujo mínimo y capacidades de inyección se encuentran disponibles según se requiera para que el sistema opere de manera confiable con la disponibilidad y uso máximos del sistema. Nexen planea perforar y completar- los WSW del yacimiento de Debolt adicionales y WDW de Debolt adicional en el futuro según se requiera para optimizar el sistema de aguas de Debolt para soportar operaciones de fracturación . Junto con el WSW de Debolt b-H18-I existente y el WDW de Debolt b-16-? existente, estos dos pozos iniciales más cualquier pozo adicional formarán la base del sistema de circulación de agua de PFOD identificado para tal programa de fracturación de pozos .

Nexen continuará evaluando adicionalmente la necesidad de proporcionar y probar una presión de succión de 3000 kPa tamaño grande de 1.25 m3/min para una bomba de fracturación de émbolo de guarnición para el lado sucio basándose en las recomendaciones bien conocidas publicadas para criterios de rendimiento de material de por ejemplo, empaquetadura de guarnición NACE, ASTME o ANSI o similares. Esto también incluye la evaluación de la necesidad de una mezcladora presurizada, u otro método para utilizar,, el agua de Debolt para el lado sucio.

Basándose en las pruebas de pozos de agua de Debolt llevadas a cabo en junio de 2010, un estudio de viabilidad del proceso de PFOD, y una prueba de campo inicial de una bomba de fracturación de HPHPS de guarnición NACE prototipo en julio y agosto de 2010, se concluyó que: ¦ Es técnica y económicamente viable utilizar el agua de Debolt en su estado no tratado para operaciones de fracturación.

¦ Es posible utilizar el proceso de PFOD para mantener presiones por encima de 2310 kPa (BPP para agua de Debolt) de este modo manteniendo los gases que incluyen H2S contenidos en solución.

¦ Ningún problema de compatibilidad ha surgido utilizando el agua de Debolt para fracturación o inyección en el esquisto.

¦ Una bomba de fracturación de guarnición NACE HPHPS utilizando el agua de Debolt puede construirse y utilizarse en el lado limpio de las operaciones de fracturación.

¦ Ningún problema operacional o de seguridad se identificó durante la prueba y uso final en el campo de la bomba de fracturación de HPHPS,!.

Agua corriente puede no encontrarse fácilmente disponible para operaciones. El agua de Debolt que utiliza el proceso de PFOD se encuentra fácilmente disponible su disponibilidad no se somete a lluvias de primavera y verano o suspensión de licencias debido a sequía. Por ejemplo, en agosto de 2010, reguladores del gobierno en la Columbia Británica suspendieron las licencias de extracción de agua corriente para operaciones de fracturación de hidrocarburos en el área de Montney debido a una sequía en la vertiente del Río Peace.

Existe experiencia en la industria de bombas para construir una bomba estilo émbolo de alta presión de succión con un extremo de fluido de guarnición NACE. No existe ninguna experiencia; en la industria de bombas de fracturación para construir una bomba de fracturación estilo émbolo de alta presión de succión (más de 330 psig (2300 kpag) ) , con un extremo de fluido de guarnición NACE, capaz de bombear la arena de fracturación de calidad del Instituto Americano del Petróleo ("API") para la fracturación hidráulica del lado sucio.

¦ No existe ninguna limitación técnica aparente o restricción para evitar el diseño y fabricación de una mezcladora de presión para utilizar agua de Debolt bajo presión.

EL PROCESO DE PFOD El proceso de PFOD mantiene el agua de Debolt a una presión por encima de su BPP todo el tiempo para evitar que gases (incluyendo H2S, C02 y CH4) salgan de la solución. Basándose en el agua del yacimiento del pozo de Debolt y las pruebas Presión-Volumen-Temperatura ("PVT"), la BPP del agua de Debolt es de 2310 kPa (335 Psi) ) a 38 grados Centígrados. Cuando el agua de Debolt a 38 grados Centígrados se despresurizó a presión atmosférica, aproximadamente 1.35 m3 de gas se liberó por m3 de agua. El gas destilado', contuvo 0.5% de H2S, 42% de C02 y 57% de CH4 (metano). Existen los mismos gases presentes en ciertas operaciones, de: gas de esquisto (normalmente 0.0005% de H2S, 9% de C02, y 91% de CH4 (metano) . El uso de agua de Debolt sin procesar puede tener un impacto insignificante en el porcentaje actual del contenido de componentes de gas de esquisto.

Para el sistema típico de PFOD, un total de 3 WSW de Debolt y 3 DW de Debolt se requerirá. Estos WSW y WDW se ubicarán centralmente para dos a tres plataformas de pozos identificados seleccionados para desarrollo. El agua de Debolt se circulará continuamente a una presión por encima de la BPP desde los WSW hasta los WDW en un sistema de tubería subterránea. Esto se logrará por una válvula de control de contrapresión ubicada corriente abajo del pozo que' va a fracturarse cerca de la línea de circulación de agua de Debolt e incluso corriente arriba de los pozos de disposición en donde, cuando el agua se requiere para operaciones de fracturación, el agua se extraerá de un colector estratégicamente ubicado en esta línea de circulación por lo que alimenta el agua de Debolt a la operación de fracturación bajo presión, la cual se encuentra por encima de la BPP de Debolt. Las dos figuras muestran un diagrama esquemático de flujo de PFOD y una vista en elevación subterránea. Estas figuras demuestran cómo puede funcionar el sistema de tubería de PFOD.

Las ventajas de un proceso de PFOD son' numerosas e incluyen lo siguiente: Operaciones de fracturación pueden llevarse a cabo en una base continua todo el año. El agua de Debolt típicamente se encuentra a 38 grados Centígrados. Esto permite el uso de agua de Debolt en los meses de invierno sin requerir calentamiento o la otra infraestructura con frecuencia requerida para operaciones de fracturación de invierno que incluyen tuberías aisladas para circulación de agua. Además, contratistas del servicio para operaciones de fracturación tienden a encontrarse más disponibles durante los meses de invierno no pico.

La capacidad de fracturación hidráulica durante todo el año permitirá una flexibilidad de producción con respecto a la demanda y precio de activos.

El proceso de PFOD elimina los costos de capital y operación intensos asociados con la construcción, operación y mantenimiento de instalaciones de tratamiento de aguas.

El proceso de PFOD también reduce la necesidad de instalaciones secundarias que se requieren a medida que ocurre el desarrollo de operaciones de fracturación a mayores distancias desde las plantas de tratamiento de aguas y de eliminación de H2S.

El proceso de PFOD elimina la necesidad de tanques de almacenamiento de agua tratados sobre la tierra o grandes estanques de retención que ordinariamente pueden requerirse para calentar el agua para un proceso de tratamiento por encima de la tierra. El acuifero de Debolt por lo tanto actúa como tanque de almacenamiento natural sin que se requieran instalaciones en la superficie, calentamiento o mantenimiento.

El acuifero de Debolt también podría utilizarse como la ubicación de almacenamiento principal de exceso de agua corriente que se : utiliza posteriormente durante operaciones de f acturación .

Detalles de la Bomba de PFOD La Figura 3 ilustra un ensamble de bomba centrífuga de multifase de Alta Presión que describe todos los componentes utilizados en una modalidad preferida como sigue: 15 soporte de bomba - bastidor de patín 42 impulsor de bomba - motor eléctrico 43 cámara de empuje para soportar carga de eje de la bomba 44 ejemplo de sección de tubo de admisión de bomba 45 Muestra un alojamiento de bomba centrífuga de multifase de baja presión que contienen los difusores, impulsores y el eje. Dos secciones de bomba se muestran. El diseño máximo fue a 421.84 kg/cm2 (6,000 psi) de presión de descarga . 46 Muestra el alojamiento de bomba centrífuga de multifase de alta presión que contiene los difusores, impulsores y el eje. Éste es el aspecto inventivo que toma la capacidad de presión de 421.84 kg/cm2 hasta 703.07 kg/cm2 (6,000 psi hasta 10,000 psig) de presión de descarga. 47 El cabezal de descarga de alta presión para 703.07 kg/cm2 (10,000 psig). Éste es el aspecto de la invención que toma la capacidad de presión de 421:84 kg/cm2 hasta 703.07 kg/cm2 (6,000 psi hasta 10,000 psi) 'de presión de descarga .

La Figura 4 es un dibujo en corte transversal del ensamble de bomba centrífuga de multifase de alta presión de la invención que describe todos los componentes utilizados dentro del ensamble que incluyen la base (12) de bomba y el cabezal (19) de bomba enroscado en el alojamiento (16) de bomba. La fase de bomba es un ensamble de impulsor (13) y difusor (14). Los impulsores (13) se instalan en el eje (15) de bomba y son la parte giratoria de la bomba. Los difusores (14) se fijan en el ensamble de bomba al comprimirse por el cojinete (18) de compresión en el alojamiento (16) de bomba y contra la base (12) de bomba.

La Figura 5 es un dibujo en corte transversal que muestra un número de fases de impulsor y difusor en el alojamiento (16) de bomba centrífuga de multifase de Alta Presión. Esta invención incluye el orificio (23) de compensación para una rápida despresurización, y el manguito (21) de soporte completamente alrededor del difusor, el cual tiene muescas (25) para contener el Anillo Tórico (31) para evitar comunicación de presión, y flujo de fluido, entre el exterior de los difusores individuales encerrados dentro del alojamiento. Este alojamiento (33) de alta presión ; se diseña para contener de manera segura las presiones de hasta 703.07 kg/cm2 (10,000 psig) .

La Figura 6 es un dibujo en corte transversal del difusor, para el ensamble de bomba centrifuga de multifase de Alta Presión y detalles del difusor que muestran el manguito (21) de compresión en la parte superior del difusor (22) . Esta invención incluye el orificio (23) de compensación para una rápida despresurización, y el Anillo Tórico (31) para evitar comunicación de presión, y el flujo de fluido, entre el exterior de los difusores individuales encerrados dentro del alojamiento CONCLUSIONES Cualquier operación de fracturación requiere grandes volúmenes de agua. El proceso de PFOD proporciona una alternativa para utilizar agua corriente o subterránea tratada. El yacimiento de Debolt al noroeste de Columbia Británica ha probado que contiene agua no potable a volúmenes necesarios para operaciones de fracturación. El proceso de PFOD elimina el tratamiento de agua al mantener, gases y partículas en solución de este modo permitiendo el uso de agua de acuífero ácida no tratada natural por ejemplo como se encuentra en el acuífero de Debolt o similares. ; Esto se logra al mantener la presión del agua por encima de la BPP eliminando las instalaciones de tratamiento de aguas y secundarias costosas, remplazando el uso de agua corriente por agua ácida subterránea no potable, y disminuyendo la huella de carbón ambiental de la operación de fracturacion.

Por lo tanto, pueden hacerse tantos cambios en la modalidad preferida de la invención sin apartarse del alcance de la misma. Se considera que toda la materia contenida en la presente se considera ilustrativa de la invención y no en un sentido limitante.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Un método o proceso para Fracturar de manera Hidráulica un depósito de hidrocarburo subterráneo geológico a petición que comprende las etapas de: utilizar como fuente de agua un acuifero subterráneo que contiene agua que es estable y cristalina en el acuifero pero que puede incluir compuestos químicos indeseables como componentes solubles que no se encuentran en solución cuando se someten a presiones reducidas en las condiciones de la superficie tal como sulfuro de hidrógeno y otros constituyentes, utilizar el agua del acuifero como fuente de agua para utilizarse en un proceso de fracturación de hidrocarburos y para bombear el agua bajo presión a un nivel predeterminado para el agua del acuifero y por encima de la presión de punto de burbujeo para el agua contenida en un acuifero particular para evitar que constituyentes indeseables (compuestos químicos) del agua se separen de la solución, mantener la presión del agua a un mínimo requerido para cada acuifero todo el tiempo durante el proceso de fracturación, perforar un pozo de fuente en el acuifero, perforar un pozo de disposición en el acuifero, proporcionar una bomba capaz de mantener la presión requerida necesaria para evitar que los constituyentes del agua del acuifero salgan de la solución sólo al mantener la presión mínima, establecer un circuito cerrado con un colector, o un colector y bombas, para mantener el agua del acuifero circulando todo el tiempo hasta que la operación de fracturacion comience cuando el agua se suministre desde ese colector, proporcionar la operación de fracturacion con agua desde el colector, o un colector y bombas, para fracturar, una reserva de hidrocarburos, en donde al utilizar el agua desde urt acuifero en el proceso de fracturacion y al mantener el agua baj:o presión a un mínimo todo el tiempo para el acuifero utilizado, el agua permanece estable y los constituyentes indeseables permanecen en solución y el agua permanece cristalina por lo que se evita la necesidad de preparar el agua del acuifero antes de utilizarla en un proceso de fracturacion.

2. Un método o proceso para fracturar a alta presión un depósito de gas de esquisto a petición que comprende las etapas de: utilizar como fuente de agua un acuifero subterráneo tal como el acuifero de Debolt o similar que contiene agua ácida incluyendo sulfuro de hidrógeno y otros constituyentes , utilizar el agua ácida del acuifero como fuente de agua para utilizarse de preferencia por lo menos en el lado limpio de un proceso de fracturación de gas y para bombear el agua ácida bajo presión a un mínimo de por ejemplo 2310 kPa para el agua de Debolt en aproximadamente 38 grados Centígrados (el cual varía con la temperatura del agua de fuente para cada acuífero aplicable) y por encima de la presión de punto de burbujeo para el agua ácida contenida en un acuífero particular para evitar que sulfuro de hidrógeno y otros constituyentes del agua ácida salgan de la solución,. mantener la presión del agua ácida a un mínimo requerido para cada acuífero, por ejemplo para Debolt de 2310 kPa, todo el tiempo, durante el proceso de fracturación, perforar un pozo de fuente en el acuífero, perforar un pozo de disposición en el acuífero, proporcionar una bomba capaz de mantener la presión requerida necesaria para evitar que los constituyentes del agua ácida salgan de la solución solo al mantener la presión mínima requerida, por ejemplo para Debolt de 2310 kPa a 38 grados Centígrados, establecer un circuito cerrado con un colector, o un colector y bombas, para mantener el agua ácida circulando todo el tiempo hasta que la operación de fracturacion de gas comience cuando el agua se suministre desde ese colector, proporcionar el lado limpio de una operación de fracturacion de gas con agua ácida del colector, o. un colector y bombas, para fracturar una reserva de gas, en donde utilizar el agua ácida de un acuífero, tal como de Debolt o similar, para el proceso de fracturacion de gas y mantener el agua ácida bajo presión a un mínimo, por ejemplo para Debolt de 2310 kPa a 38 grados Centígrados, el agua permanece estable y los constituyentes permanecen en solución y el agua permanece cristalina por lo que se evita la necesidad de depurar el sulfuro de hidrógeno y otros constituyentes según se requiera por otros procesos de fracturacion de gas.

3. El método o proceso de la reivindicación 1 ó 2, en donde la fuente de agua y el método o proceso se utiliza junto con arena en el lado sucio de la operación de fracturación con la adición de una mezcladora de alta presión puesto que el agua debe mantenerse por encima de su presión de punto de burbujeo, todo el tiempo evitando de esta forma que los constituyentes salgan de la solución.

4. El método o proceso de la reivindicación 1 ó 2, en donde el número necesario de bombas y pozos de fuente y pozos de agua de disposición se proporcionan con el método o proceso para permitir una operación de fracturación de alta presión a petición para un objetivo para cada plataforma para un número predeterminado de plataformas anualmente.

5. El método o proceso de las reivindicaciones 1 ó 2, en donde el agua del acuifero de fuente se encuentra a una temperatura elevada, por ejemplo para Debolt a una temperatura bajo situaciones normales de 38°C, lo cual por lo tanto no requiere ningún calentamiento adicional, o . tuberías aisladas, y que puede utilizarse como fuente de agua para el proceso de fracturación presurizada a petición incluso durante los meses más fríos de invierno experimentados por ejemplo al oeste de Canadá o similares · a · ahorros considerables cuando se comparan con utilizar agua de superficie .

6. El método o proceso de las reivindicaciones 1 ó 2, cuando se utiliza agua del acuífero y se hace circular continuamente el agua a una presión por encima de la presión de punto de burbujeo del pozo de fuente hasta el pozo de disposición en un sistema de tubería subterránea logrado por una válvula de control de contrapresión ubicada en la línea de circulación de agua en donde, cuando el agua se requiere para operaciones de fracturaciones , el agua se extraerá de un colector o un colector y bomba, ubicada central y estratégicamente en esta línea de circulación por lo que se alimenta el agua a la operación de fracturacion bajo presión.

7. El método o proceso de la reivindicación 1 ó 2, en donde el agua se mantiene a una presión por encima de su presión de saturación (presión de punto de burbujeo, BPP) y continuamente se utiliza para fracturacion de modo que siempre y cuando el agua se mantenga a una . presión suficientemente elevada para mantener el gas de solución capturado en el agua, entonces el agua permanece estable, sin precipitados y es la menos corrosiva requiriendo que todas las operaciones de fracturacion (por lo menos en ; el lado limpio) deban llevarse a cabo a presiones por encima de la BPP de agua del acuífero la cual es la base para un. proceso exitoso de Fracturación Presurizada a Petición.

8. El método o proceso de la reivindicación 1 ó 2, que además comprende materiales seleccionados para criterios de rendimiento de materiales para una bomba de fracturación de HPHPS o equivalente de recomendaciones bien conocidas publicadas por ejemplo por NACE, ASTME o ANSI para empaquetadura de guarnición o similar y capaz de proporcionar una presión de. descarga de aproximadamente 69 MPa.

9. El método o proceso de la reivindicación 8, en donde la bomba se fabrica con materiales de construcción en alineación con las recomendaciones publicadas para criterios de rendimiento de materiales bien conocidos de por ejemplo estándares de NACE, ASTME, ANSI para empaquetadura de guarnición o similares en vista de la naturaleza corrosiva de los fluidos que se bombean. RESUMEN DE LA INVENCIÓN Un método o proceso para Fracturar Hidráulicamente un depósito de hidrocarburo subterráneo geológico a petición que comprende las etapas de: utilizar como fuente de agua un acuifero subterráneo que contiene agua que es estable y cristalina en el acuifero pero que puede incluir compuestos químicos indeseables como componentes solubles que no se encuentran en solución cuando se someten a presiones reducidas en las condiciones de la superficie tal como sulfuro de hidrógeno y otros constituyentes , utilizar el agua del acuifero como fuente de agua para utilizarse en un proceso de fracturación de hidrocarburos y para bombear el agua bajo presión a un nivel predeterminado para el agua del acuifero y por encima de la presión de punto de burbujeo para el agua contenida en un acuifero particular para evitar que constituyentes indeseables (compuestos químicos) del agua se separen de la solución, mantener la presión del agua a un mínimo requerido para cada acuifero todo el tiempo durante el proceso de fracturación, : perforar un pozo de fuente en el acuífero, perforar un pozo de disposición en el acuífero, proporcionar una bomba capaz de mantener la presión requerida necesaria para evitar que los constituyentes del agua del acuífero salgan de la solución sólo al mantener la presión mínima, establecer un circuito cerrado con un colector, o un colector y bombas, para mantener el agua del acuífero circulando todo el tiempo hasta que la operación de fracturacion comience cuando el agua se suministre desde ese colector, proporcionar la operación de fracturacion con agua desde el colector, o un colector y bombas, para fracturar una reserva de hidrocarburos, en donde al utilizar el agua desde un acuífero en el proceso de fracturacion y al mantener el agua bajo presión a un mínimo todo el tiempo, el agua permanece estable y los constituyentes indeseables permanecen en solución y el agua permanece cristalina por lo que se evita la necesidad de tratar el agua del acuífero antes de utilizarla en un proceso de fracturacion.