Experimentos de fracturación hidráulica a escala de afloramiento con una resina coagulable y resultados del análisis de datos
Autores: Takeuchi, Tsutau; Fujimoto, Akira; Inoue, Ryohei; Ishida, Tsuyoshi; Danjo, Takashi; Yokoyama, Tatsuya; Fujii, Hirokazu
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 5
Citaciones: Sin citaciones
La fracturación hidráulica es una tecnología crucial para el desarrollo de recursos, como el gas de esquisto, y su optimización es necesaria para mejorar la eficiencia del desarrollo. Sin embargo, la evaluación de las formas de fractura implica incertidumbres técnicas. La Organización Japonesa para la Seguridad de Metales y Energía (JOGMEC) y la Universidad de Kioto han realizado experimentos de fracturación hidráulica a escala de laboratorio utilizando resina fluorescente coagulable como fluido de inyección (prueba de fracturación con resina) para visualizar las fracturas hidráulicas e investigar su relación con las emisiones acústicas (AEs) generadas durante la fracturación. Dado que los experimentos a escala de laboratorio solo pueden examinar los fenómenos cerca del agujero de inyección debido a limitaciones de tamaño, diseñamos un experimento para aplicar el método de visualización a la escala de afloramiento. Este artículo presenta los resultados de un experimento de fracturación hidráulica in situ y a escala de afloramiento realizado en la Mina Kamioka, en la Prefectura de Gifu, Japón, desde 2022 hasta 2023, con objetivos similares a los de los experimentos de laboratorio. Se perforó un pozo de fracturación con resina (RF1) con un diámetro de 76 mm a una profundidad de aproximadamente 10 m para las pruebas de fracturación con resina. Se observaron AEs en cinco pozos perforados alrededor de RF1 a la misma profundidad. Se realizaron pruebas de fracturación con resina a dos profundidades diferentes, confirmándose la ruptura en ambas. Se recuperó un núcleo de mayor diámetro (205 mm) mediante sobreperforación coaxial alrededor de RF1, y se observaron fracturas llenas de resina bajo luz negra en las superficies del núcleo. Después del experimento de fracturación con resina, se realizaron dos análisis utilizando los datos del núcleo y de AEs adquiridos para predecir la extensión de la fractura y el mecanismo de ocurrencia de AEs. Comparamos la distribución de eventos de AEs y visualizamos fracturas en el núcleo. Además, comparamos la dirección del estrés estimada a partir del análisis del mecanismo de fallo utilizando datos de AEs con la dirección del estrés máximo estimada a partir de la fracturación hidráulica. Nuestro análisis proporcionó varias ideas sobre la extensión de la fractura. La distribución de los hipocentros de AEs fue consistente con la dirección de las fracturas hidráulicas confirmadas por el muestreo después de la prueba de fracturación con resina. Los mecanismos de fallo se clasifican según la polaridad del primer movimiento de onda P del waveform de AE. Sin embargo, la escala real de los campos petroleros es significativamente mayor que la considerada en este estudio. Discutir las fracturas visibles creadas por la fracturación hidráulica se considera significativo. Esperamos que los resultados de este estudio proporcionen información valiosa para la estimación precisa de las fracturas hidráulicas.
Descripción
La fracturación hidráulica es una tecnología crucial para el desarrollo de recursos, como el gas de esquisto, y su optimización es necesaria para mejorar la eficiencia del desarrollo. Sin embargo, la evaluación de las formas de fractura implica incertidumbres técnicas. La Organización Japonesa para la Seguridad de Metales y Energía (JOGMEC) y la Universidad de Kioto han realizado experimentos de fracturación hidráulica a escala de laboratorio utilizando resina fluorescente coagulable como fluido de inyección (prueba de fracturación con resina) para visualizar las fracturas hidráulicas e investigar su relación con las emisiones acústicas (AEs) generadas durante la fracturación. Dado que los experimentos a escala de laboratorio solo pueden examinar los fenómenos cerca del agujero de inyección debido a limitaciones de tamaño, diseñamos un experimento para aplicar el método de visualización a la escala de afloramiento. Este artículo presenta los resultados de un experimento de fracturación hidráulica in situ y a escala de afloramiento realizado en la Mina Kamioka, en la Prefectura de Gifu, Japón, desde 2022 hasta 2023, con objetivos similares a los de los experimentos de laboratorio. Se perforó un pozo de fracturación con resina (RF1) con un diámetro de 76 mm a una profundidad de aproximadamente 10 m para las pruebas de fracturación con resina. Se observaron AEs en cinco pozos perforados alrededor de RF1 a la misma profundidad. Se realizaron pruebas de fracturación con resina a dos profundidades diferentes, confirmándose la ruptura en ambas. Se recuperó un núcleo de mayor diámetro (205 mm) mediante sobreperforación coaxial alrededor de RF1, y se observaron fracturas llenas de resina bajo luz negra en las superficies del núcleo. Después del experimento de fracturación con resina, se realizaron dos análisis utilizando los datos del núcleo y de AEs adquiridos para predecir la extensión de la fractura y el mecanismo de ocurrencia de AEs. Comparamos la distribución de eventos de AEs y visualizamos fracturas en el núcleo. Además, comparamos la dirección del estrés estimada a partir del análisis del mecanismo de fallo utilizando datos de AEs con la dirección del estrés máximo estimada a partir de la fracturación hidráulica. Nuestro análisis proporcionó varias ideas sobre la extensión de la fractura. La distribución de los hipocentros de AEs fue consistente con la dirección de las fracturas hidráulicas confirmadas por el muestreo después de la prueba de fracturación con resina. Los mecanismos de fallo se clasifican según la polaridad del primer movimiento de onda P del waveform de AE. Sin embargo, la escala real de los campos petroleros es significativamente mayor que la considerada en este estudio. Discutir las fracturas visibles creadas por la fracturación hidráulica se considera significativo. Esperamos que los resultados de este estudio proporcionen información valiosa para la estimación precisa de las fracturas hidráulicas.