1. Ciencia

 Título:
GIGAFRAC: Simulador numérico de fracturamiento hidráulico acoplado (flujo de fluidos y
deformación geomecánica)
 Objetivo de la Innovación:
Incrementar la productividad en pozos mediante la implementación de tratamientos de
fracturamiento hidráulico con el uso de una herramienta computacional a partir de un modelo que
acopla el flujo de fluidos de fluidos en medios porosos con la deformación geomecánica de la roca,
incluyendo el cambio del estado de esfuerzos, la variación en las propiedades geomecánicas, la
anisotropía y la pérdida de fluido filtrado a la formación, entre otros factores, permitiendo evaluar
diferentes escenarios de producción, diseñar y optimizar los parámetros operacionales del
tratamiento, y logrando también la reducción de costos operacionales.
 Concepto:
El fracturamiento hidráulico se enfoca en resolver problemas relacionados con la baja
productividad, que generalmente se atribuyen al factor de daño y/o baja permeabilidad del
yacimiento. El modelamiento de la geometría de fractura y los factores físicos que inciden en ella,
permite diseñar y optimizar las operaciones de fracturamiento hidráulico; reduciendo el grado de
incertidumbre que afecta el éxito de estas.
 Tipo de innovación (categoría):
Premio ACIPET innovación en academia.
 Alineación con el sector petróleo y gas:
Proyectos de evaluación y diseño de estimulación en campos de petróleo y gas, lo cual permite
aumentar la productividad de los pozos y las reservas recuperables de los campos.
El Convenio 002-2003 Ecopetrol-Piedemonte brindó el apoyo financiero del Instituto
Colombiano de Petróleos ICP para estudiar los aspectos geomecánicos de los yacimientos
del Piedemonte y generar las diferentes herramientas, durante el periodo de 2003 al 2011.
Recientemente para empresas como Ecopetrol y BP se han desarrollado los siguientes
proyectos de investigación:
Año 2008: Impacto de las variables Geomecánicas en el fracturamiento Hidráulico de
Yacimientos de Hidrocarburos UNALMED-BP.
Año 2010: Análisis crítico de los procesos de fracturamiento Hidráulico realizados en los
diferentes pozos de los campos Cupiagua mediante el simulador GIGAFRAC y su
correlación con variables de producción, geomecánicas, de operación y microsísmica.
UNALMED-ECOPETROL.
Año 2011: Estudio de los Procesos Involucrados en el Fracturamiento Hidráulico de Pozos,
Aplicando el Simulador GIGAFRAC y Análisis de la Dependencia del Proceso con Variables
de Operación, de Producción, Geomecánicas y Microsísmicas. Aplicación al Campo
Cupiagua.
Año 2012: Estudio y Análisis Geomecánico de Daño de Formación y de Procesos de
Fracturamiento y Refracturamiento Hidráulico Mediante la Aplicación de Simuladores No
Convencionales. Aplicación al Campo Cupiagua.
Año 2013: Estudio Geomecánico de Daño de Formación y Metodología de Selección de
Pozos Candidatos a Refracturamiento, Refinación y Aplicación Mediante Simuladores No
Convencionales. Campo Cupiagua.
Año 2014: Estudio Geomecánico de Daño de Formación y Pronóstico de Fracturamiento y
Refracturamiento Hidráulico Mediante Simuladores No Convencionales - Campo Cupiagua.

Impacto generado (Evidencias o registro documental):
XV CONGRESO COLOMBIANO DE PETRÓLEO Y GAS ACIPET Asociación Colombiana de
Ingenieros de petróleos- POSTER, TECHNICAL PAPER “Coupling a Well Model in a
Geomechanical Hydraulic fracturing Simulator”
XV CONGRESO COLOMBIANO DE PETRÓLEO Y GAS ACIPET Asociación Colombiana de
Ingenieros de petróleos, TECHNICAL PAPER “ esarrollo de una Metodolog a para Sele ión
de Candidatos a Re ra turamiento Hidr uli o en el Campo Cupiagua”
Perfeccionan software para modelar fracturamiento hidráulico en pozos. (2014).
Recuperado el 13 de Octubre de 2014, de
http://www.agenciadenoticias.unal.edu.co/ndetalle/cat/video/article/perfeccionansoftware-para-simular-perforaciones-en-pozos-petroleros.html
Perfeccionan software para modelar fracturamiento hidráulico en pozos. (2014).
Recuperado el 13 de Octubre de 2014, de http://www.eltiempo.com/archivo/documento2013/CMS-14144940.
 Beneficios:
El simulador ha permitido mejorar la evaluación y diseño de campañas de fracturamiento y
refracturamiento hidráulico en zonas tectónicamente activadas operadas por ECOPETROL, en
específico en los campos del piedemonte llanero como son los campos Cupiagua y Cupiagua Sur,
donde se aplica el uso del simulador desde el año 2008.
 Factores de éxito para su implementación:
Este tipo de proyectos requieren un trabajo conjunto entre la academia y la industria con el
objetivo de implementar mejoras que permitan suplir las necesidades de la industria, las cuales son
dinámicas.
 Patente:
N.A.

Ventaja competitiva frente a productos/servicios existentes:
Simulador 3D de fracturamiento hidráulico.
Modelo totalmente acoplado de flujo de fluidos con esfuerzo-deformación.
Pozos verticales, desviados y horizontales.
Permite utilizar diferentes completamientos para evaluar etapas de fracturamiento
Permite evaluar la producción posterior al tratamiento
Procesos repetitivos y/o cíclicos de fracturamiento hidráulico como refracturamiento
hidráulico y tratamientos en yacimientos no convencionales.

Descripción de la solución técnica:
El simulador GIGAFRAC es un simulador numérico 3D, basado en el acople de las ecuaciones de
flujo de fluidos en medios porosos (ley de Darcy) con las ecuaciones que rigen la deformación
geomecánica de las rocas (comportamiento elástico no lineal). En el modelamiento, no se asume
una geometría de fractura sino que la fractura se propaga de acuerdo a criterios de falla, de tensión
y de cizalla, aplicados durante el proceso de cálculo.
El modelamiento de fracturamiento hidráulico del simulador GIGAFRAC parte de:
La información del modelo geomecánico del pozo, compuesto por el estado de esfuerzos
(magnitud y dirección), las propiedades mecánicas de la roca (módulos de elasticidad) y
características de resistencia de las rocas (cohesión, ángulo de fricción interna y tensión).
Las propiedades petrofísicas (porosidad, permeabilidad) de las formaciones presentes.
Las propiedades físicas y químicas del fluido yacimiento y del fluido de tratamiento.
La configuración del pozo (vertical, horizontal o inclinado).
Como resultado, es posible visualizar la forma de la zona fracturada (Fig. 1). Esta zona queda
delimitada por los bloques que cumplen con alguno de los criterios de falla, por tensión y/o cizalla,
durante el proceso de fracturamiento.
Fig. 1. Forma de la zona fracturada: a) plano XZ, b) plano XY.
Una de las principales aplicaciones de GIGAFRAC es reproducir el comportamiento de la presión de
tratamiento en función del tiempo (Fig. 2). El ajuste del modelo se logra cuando la curva simulada
de presión vs. tiempo se superpone a la curva de presión vs. tiempo real para un caso de un
fracturamiento.
El desempeño del pozo, en una etapa de producción posterior al fracturamiento también puede
evaluarse con el simulador GIGAFRAC, al incluir nodos de mayor conductividad en el medio en
función de los nodos fallados durante el fracturamiento. El incremento en el caudal de producción
simulado valida o rechaza la necesidad de la implementación del tratamiento además de su
viabilidad económica.
Para los pozos fracturados con anterioridad, que se encuentran produciendo durante un tiempo
considerable, es posible que la conductividad de la fractura se encuentre reducida debido a varias
razones como: el taponamiento de los canales de flujo por depositación de partículas, la reducción
de la permeabilidad por consolidación de la fractura, entre otros. Para estos casos, se plantea el
diseño de un posible refracturamiento, con el fin de conocer el incremento en el caudal de
producción al volver a realizar el tratamiento.
Fig. 2. Comparación entre el comportamiento de la presión de tratamiento en función del tiempo caso real
y simulado.