PRODUCCION CAPITULO 16

8/18/2019 PRODUCCION CAPITULO 16

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FUNDAMENTOS DE

ÁCIDO ESTIMULACIÓN

16-1 INTRODUCCIÓN

Estimulación de la matriz es una técnica en la que se inyecta un disolvente en la

formación para disolver algunos de los materiales presentes y por lo tanto, recuperar oincrementar la permeabilidad en la región cercana al pozo. Estos tratamientos se

denominan tratamientos de "matriz" porque el disolvente es inyectado a presiones

inferiores a la presión de separación de la formación para que las fracturas no se

crean. El objetivo es mejorar o recuperar la permeabilidad cerca del pozo en gran

medida, en lugar de afectar a una gran porción del depósito. El tratamiento más común

estimulación de la matriz es acidificación, en el que se inyecta una solución ácida para

disolver los minerales en la formación. in embargo, también se utilizan otros

disolventes. !os siguientes fluidos más comunes son disolventes orgánicos destinados

a la disolución de ceras, parafinas, asfaltenos u otros materiales orgánicos

perjudiciales. . Estimulación de la matriz no ácido se aborda en el captulo #$ de este

captulo se centra en la acidificación de la matriz% sin embargo, el lector debe tener en

cuenta que muc&as de las teoras y procedimientos de cálculo que se presentan aqu

también se puede aplicar a tratamientos disolventes no ácidos.

!os ácidos más comunes son el ácido clor&drico '()l*, que se utiliza principalmente

para disolver los minerales de carbonato, y mezclas de ()l y ácido fluor&drico '(+*,

utilizado para atacar minerales de silicato tales como arcillas y feldespatos.

tros ácidos, en particular algunos ácidos orgánicos débiles, se utilizan en

aplicaciones especiales, tales como pozos de alta temperatura. -cidificación atri/ es

un tratamiento cerca del pozo, donde todo el ácido reacciona dentro de

apro/imadamente # pie de pozo en formaciones de arenisca y dentro de unos pocos

centmetros &asta quizás tanto como #0 pies desde el pozo en carbonatos.

-cidificación de la matriz puede mejorar significativamente la productividad de un pozo

cuando la formación cerca del pozo el da1o está presente y, por el contrario, es de

beneficio limitado en un pozo en buen estado, como se muestra en el captulo #. 2or lo

tanto, la acidificación de la matriz generalmente se debe aplicar sólo cuando un bien

tiene un alto factor s3in que no puede ser atribuido a la penetración parcial, la


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eficiencia de la perforación u otros aspectos mecánicos de la finalización. 4os pueden

producirse e/cepciones a esta regla. En primer lugar, en altamente productiva pozos,

la mejora de la productividad de apro/imadamente 506 que es posible con

estimulación de la matriz de un bien en buen estado puede ser económica. En

segundo lugar, en forma natural yacimientos carbonatados fracturados o altamente

vugular, ácido vivo puede penetrar a una distancia suficiente para producir un aumento

de la productividad mayor que la normalmente se espera de un tratamiento matriz.

7n tratamiento ideal de matriz restaura la permeabilidad en la región cercana al pozo a

un valor al menos tan alta como la permeabilidad original. Esto se logra sobre todo el

intervalo completado y deja la formación en la región tratada con alta permeabilidad

relativa al aceite y 8 o fase gaseosa. El dise1o de un tratamiento debe esforzarse por

alcanzar este ideal al costo más bajo posible, lo que requiere la consideración de las

múltiples interacciones fsicas y qumicas que tienen lugar entre los fluidos inyectadosy los minerales del yacimiento y fluidos. !os más importantes de estos fenómenos son

los siguientes9

: !a transferencia de masa de las moléculas de ácido a la superficie del mineral y la

posterior reacción en la superficie;Esta proceso fundamental de la acidificación se

ilustra en la. !a figura. #


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mineral por convección o difusión. !a reacción completa 'es decir, la velocidad de

cambio de la concentración de un componente en la fase de lquido a granel* puede

depender tanto de la tasa de transferencia de masa y la tasa de reacción en la

superficie. uc&as veces, sin embargo, uno de estos procesos es muc&o más lento

que el otro y controla la tasa, en cuyo caso el proceso más rápido puede ser ignorado.

: El cambio de estructura de poro El cambio fsico en la estructura de los poros

causada por la disolución de algunos de los minerales por ácido es el mecanismo por

el cual aumenta la permeabilidad. !a manera en que la estructura de poro cambia es

fundamentalmente diferente en areniscas y carbonatos, lo que lleva a radicalmente

diferentes enfoques para modelar el proceso de acidificación en estas dos

mineralogas.

: 2recipitación de reacciones productos;secundarias de reacción ocurrir en la

acidificación, especialmente en areniscas, Esto puede resultar en la precipitación de

productos de reacción de la fase de lquido a granel. bviamente, precipitado de

sólidos pueden bloquear los espacios de poros y el trabajo en contra del objetivo de la

acidificación de la matriz.

: +luido >cido ; interacciones de fluidos del yacimiento. !a solución de ácido se inyecta

en la acidificación de la matriz puede interactuar fsicamente y 8 o qumicamente con

los fluidos del yacimiento, as como con los minerales. Estas interacciones pueden dar

lugar a cambios en la &umectabilidad, la saturación de la fase distribución,

precipitación de sólidos o emulsificación.

: !as variaciones en la permeabilidad del yacimiento o la distribución de un da1o

tratamiento acidificación e/itosa requiere contacto con todas las regiones da1adas

alrededor del pozo con ácido. Esto normalmente se complica por las variaciones en la

inyectividad al ácido a lo largo del pozo, lo que conduce a la utilización de técnicas

para afectar la cobertura de ácido bueno 'desviación ácido*.

-l considerar los muc&os aspectos del proceso de acidificación de la matriz, la

atención se centra en las variables fundamentales de dise1o% para ser útil, cualquier

modelo del proceso debe ayudar en la optimización del dise1o. !as consideraciones

de dise1o principales son9

: !a selección del fluido, tipo de ácido, concentración y volumen


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: programa de inyecciones, programa de tasas previsto y secuencia de fluidos

inyectados

: !a cobertura de ácido y de desvo, medidas especiales adoptadas para mejorar el

contacto del ácido con la formación

: onitoreo en tiempo real, los métodos para evaluar el proceso de acidificación comose produce

: -ditivos de otras sustancias qumicas incluidas en el ácido solución para mejorar el

proceso o para proteger tubulares

Interacciones Mineral-Ácido

Estequiometra, reacción ácido mineral

!a cantidad de mineral se determina por la estequiometra de la reacción qumica, que

describe el número de moles de cada especie que participan en la reacción. 2or

ejemplo, la simple reacción entre ()l y calcita ')a)?* se puede escribir como

5()l @ )a)? A )a)l5 @ )5 @ (5

!o que demuestra que se requieren 5 moles de ()l para disolver # mol de )a)?. !a

multiplicación de los números 5 y # las especies de ()l y )a)? son la

estequiométrica coeficientes B()l y B)a)? para ()l y )a)?, respectivamente.

)uando (+ reacciona con los minerales de silicato, numerosos reaccionessecundarias pueden ocurrir que la influencia del general estequiometra de la reacción.

2or ejemplo, cuando (+ reacciona con cuarzo 'i5*, la reacción primaria es

$(+ @ i5 ↔ i+$ @ 5(5

producción de tetrafluoruro de silicio 'i+$* y agua. !a estequiometra de esta reacción

muestra que $ moles de (+ están obligados a consumir # mol de i5. in embargo,

la i+$ producido también puede reaccionar con (+ para formar fluosilcico ácido

'(5i+


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poder de disolución gravimétrico C, que es la masa de mineral consumida por una

masa dada de ácido, se define como '#


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s*. 7n tipo de reacción en la superficie depende de la cantidad de superficie e/puesta

a la reacción, por lo que estas reacciones se e/presan por unidad de área de

superficie. En general, la velocidad de reacción superficie de una especie acuosa - de

ácido que reacciona con un mineral F es

4onde =- es la tasa de aparición de ácido - en mol 8 s, la -= es la velocidad de

reacción;área especfica de superficie - en mol8s;m5, y F es el área de superficie del

mineral F. )uando - está siendo consumida, la velocidades de reacción r- y =- son

negativos. Gelocidades de reacción ácido;minerales se e/presan tpicamente como la

tasa de disolución de la =F de minerales, que se relaciona con la tasa de consumo de

ácido a través de la estequiometra de la reacción

4onde B- y BF son los coeficientes estequiométricos para el ácido - y F. mineral

!a velocidad de reacción r- generalmente depende de las concentraciones de las

especies reaccionantes. in embargo, en la reacción entre una especie acuosas y un

sólido, la concentración del sólido puede ser ignorado, ya que permaneceesencialmente constante. 2or ejemplo, un grano de cuarzo tiene un número fijo de

moles de cuarzo por unidad de volumen de cuarzo, independientemente de reacciones

que pueden estar ocurriendo en la superficie del grano. !a incorporación de

dependencia de la concentración en la e/presión de tasa nos da

4onde E+ es una constante de velocidad de reacción en moles de - 8 Hm5;s;'moles -8m?* IJ, )- es la concentración de la especie - en la superficie reactiva, y I es el

orden de la reacción 'es decir, una medida de la fuerza con la velocidad de reacción

depende de la concentración de -*. !a constante de velocidad de reacción depende de

la temperatura y, a veces en la concentración de especies qumicas distintas de -. 2or

último, la ecuación. #


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ácido que se está consumiendo de la solución, mediante la colocación de un signo

menos con -= de manera que E+ es un número positivo.

Medici"n de la#oratorio de la cintica de reacci"n

2ara medir la velocidad de reacción en superficie de reacciones ácido;minerales, es

necesario para mantener un área de superficie mineral constante o medir su cambiodurante la reacción y para garantizar que la tasa de transporte de ácido a la superficie

del mineral es rápido con relación a la velocidad de reacción. !os dos métodos más

comunes de la obtención de estas condiciones son con una suspensión bien agitada

de partculas minerales suspendidas en una solución de ácido 'un reactor agitado* o

con un aparato de disco rotativo '+ogler y col., #LK


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ácido! se puede determinar mediante el cálculo de las "elocidades de

reacción de todas las especies minerales principales presentes con el ácido

inyectado.

onsidere la posi#ilidad de una ormación de piedra arenisca que $a sido

dañada por la in"asión de #entonita %montmorillonita& partículas de lodo de

peroración.

'espu(s de que los minerales car#onatados se $an eliminado por una pre)

limpieza de *l, esta arenisca limpia contiene +- de cuarzo, - al#ita

%sodio eldespato& y - en peso de montmorillonita. /as áreas superfciales

de reacti"os de los minerales son 0 m123g para el cuarzo y al#ita y 4

m123g para la montmorillonita. %Un cu#o de cuarzo con un lado de 0 mm

tiene una superfcie de 1,1 m123g5 si es ,0 mm en un lado, su superfcie es

de 11 m123g. /as arcillas tienen una superfcie muc$o más grande que los

granos detríticos de cuarzo o eldespato.& 6sumir estequiom(tricamente

proporciones de 7 moles de *8 2 cuarzo mole, 1 moles de *8 2 eldespato

mole y 9 moles de *8 2 moles montmorillonita.

:i esta roca se pone en contacto con una solución de *l)*8 ;- al 01- en

01 = 8, ¿qu( proporción de la *8 inicialmente será consumido por

cada uno de los tres minerales! ¿uáles son las proporciones de minerales

disueltas en la roca!

Solución

?or unidad de masa de roca, el área de superfcie de cada mineral es sus

tiempos de la zona de superfcie reacti"a la racción de masa del mineral

presente en la piedra arenisca. ?or e@emplo, el área de superfcie reacti"a decuarzo por masa de piedra arenisca :A es %0 m123g& %,+& B + m123g roca.

'el mismo modo, las áreas de superfcie de eldespato y montmorillonita

son , y 9 m123g roca, respecti"amente. /as concentraciones de ácido

en la ecuación. 07)00 se encuentran en unidades de 3g)mol2m; solución

%equi"alente a gmol 2 /&5 las concentraciones dadas como racciones de

masa se con"ierten a estas unidades de multiplicar por la densidad de la

solución y el peso molecular del ácido, o#teni(ndose 0,70 3g)mol solución

*82m; y solución *l2m; ;,; 3g)mol. cuarzo se usa para ilustrar la

secuencia de cálculo para determinar las "elocidades de reacción para cadamineral.

Cn primer lugar, la constante de "elocidad se calcula con los datos de la

Da#la 07)E


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Cntonces, la "elocidad de reacción específca para el cuarzo de la ecuación.

07)00 es

/a "elocidad de reacción glo#al para el cuarzo es la "elocidad de reacción

específca multiplicado por el área de superfcie reacti"aE

Aue se multiplica por el peso molecular del cuarzo para ponerlo en una #asede masasE

?or Fltimo, la tasa de consumo de *8 en la reacción de cuarzo se o#tiene

con la ecuación. 07)+, suponiendo 7 moles de *8 se consumen para

cada mol de cuarzo disueltoE

/os resultados de estos cálculos para todos los tres minerales se resumen

en la Da#la 07G)0.

/a racción de *8 gastado en una reacción particular es la "elocidad de

reacción glo#al para el mineral di"idido por la suma de la reacción de las

tasas, lo que demuestra que el 0,0- de la *8 está reaccionando con cuarzo,

,H- está reaccionando con eldespato y el +;,1- está reaccionando con

montmorillonita.:o#re la #ase de la masa de mineral que se disuel"e, +,0- de la roca

disuelto es la arcilla, 9,;- es el eldespato, y menos de ,7- es cuarzo.

Csto es de#ido a la gran área superfcial de las arcillas aut$ogenic

%incluyendo, sin em#argo, las partículas de arcilla de los lodos de

peroración& y el #a@a reacti"idad del cuarzo. 'e#ido a que la arcilla y

eldespato tienen tasas relati"amente altas de reacción y generalmente


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orman una pequeña porción del total de la masa de la roca, se disuel"en

primero en acidifcación de arenisca. /a reacción de cuarzo es importante en

regiones donde la mayoría de la arcilla, ecepto las arcillas clásticas, y

eldespato ya se $an retirado

/as reacciones de ácido Juorosilícico con minerales de la piedra arenisca

como se discutió en la :ección 07 a 1,0, ácido Juorosilícico es producido

cuando *8 disuel"e minerales de silicato, y

el propio ácido Juosilícico puede entonces reaccionar con aluminosilicatos.

6 partir de modelos de eperimentos oreJood, Gryant %0++0& y da Kotta et

al. %0++1a, 0++1#& sugerido que la reacción entre el ácido Juorosilícico y

arcillas y eldespatos es lento a temperatura am#iente, pero que es del

mismo orden de magnitud como las reacciones de *8 con estos minerales a

temperaturas por encima de 01 = 8 . Cstas conclusiones tienen

sido sustentada por la eperimentación más directa %"er :$uc$art y

Ldans3i, 0++7&.

/a precipitación de productos de reacción una preocupación importante en

la acidifcación, en particular la acidifcación de areniscas, los daños

producidos por la precipitación de productos de reacción ácido)minerales.

Cn la acidifcación de la areniscas con I, la ormación de algunos

precipitados es pro#a#lemente ine"ita#le. :in em#argo, la cantidad del daño

que causan a la producti"idad de los pozos depende de la cantidad y

u#icación de los precipitados. Cstos actores se pueden controlar $asta

cierto punto con adecuada diseño del tra#a@o.

/os precipitados dañinos más comunes que pueden ocurrir en la

acidifcación de la piedra arenisca son el Juoruro de calcio %a81&, sílice

coloidal %:i %M*& 9&, $idróido (rrico %8e %M*& ;& y lodos de asaltenos.

8luoruro de calcio suele ser el resultado de la reacción de la calcita con *8,segFn

aM; N 1*))))))) a81 N *1M N M1

Cl Juoruro de calcio es muy insolu#le, por lo que la precipitación de a81 es

pro#a#le si cualquier calcita está disponi#le para reaccionar con el *8. /a

inclusión de una pre)limpieza adecuada *l por delante de la etapa de *l)


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*8 pre"iene la ormación

de a81.

?roducción de algo de precipitado de sílice coloidal es pro#a#lemente

ine"ita#le en la acidifcación de arenisca. los cálculos de equili#rio de Oals$

et al. %0+41& muestran que no $ay prácticamente siempre regiones donde

pasaron solución de ácido tiene la tendencia a precipitar coloidal sílice. :in

em#argo, coreJoods de la#oratorio sugieren que el la precipitación no esinstantánea y de $ec$o puede producirse a un ritmo #astante lento

%:$aug$nessy y Punze, 0+40& que, sin em#argo, aumenta con la

temperatura para minimizar el daño causado por la sílice coloidal, es

pro#a#lemente "enta@oso inyectar relati"amente alta tarias, de modo que

el potencial zona de precipitación es rápidamente desplazada le@os de la

#oca del pozo. 6demás, el ácido gastado de#e ser producido

inmediatamente despu(s de la fnalización de la inyección, porque el cierre

en el pozo para incluso un tiempo relati"amente corto puede permitir sílice

signifcati"a, precipitaciones que se producen en las inmediaciones pocillos.

uando los iones (rricos %8e; N& están presentes, pueden precipitar a partirde soluciones ácidas gastadas como 8e %M*& ;, cuando el p* es mayor que

aproimadamente 1. /os iones (rricos pueden resultar de la disolución de

minerales de $ierro en un medio am#iente oidati"o o se pudieran deri"ar

de la disolución

de óido en la tu#ería por la solución de ácido. uando un alto ni"el de

planc$a (rricos es pro#a#le que en la solución de ácido gastado, agentes

secuestrantes se pueden añadir a la solución de ácido para impedir la

precipitación de 8e %M*& ;. :in em#argo, :mit$ et al. %0+7+& sugirieron el

uso de estos secuestrantes con precaución, ya que pueden causar más dañoa tra"(s su propia precipitación que $a#ría sido causado por el $ierro.

?or Fltimo, en algunos em#alses, el contacto del crudo aceite por el ácido

puede causar la ormación de asalt(nico lodos. Gotellas de prue#a simple

en el que una muestra de aceite #ruto se mezcla con el ácido puede indicar

si el crudo tiene una tendencia a la ormación de lodos cuando es

contactado por el ácido. uando la ormación de lodos es un pro#lema,

emulsiones de ácido en disol"entes aromáticos o superfcie)aditi"os acti"os

$an sido utilizados para pre"enir

la precipitación de asaltenos %Koore et al., 0+7&.

/a tendencia de las reacciones de precipitación que se produzcan

enacidifcación se predice con geoquímica integral, modelos de las

reacciones químicas entre acuosa

especies y la gran cantidad de minerales presentes. Cl más comFn tipo de

modelo geoquímico utilizado para estudiar acidifcación piedra arenisca es


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el modelo de equili#rio local,tal como se descri#e por Oals$ et al. %0+41& y

8a#er et al. %0++9&. Cste tipo de modelo asume que todas las reacciones

están en equili#rio local5 es decir, todas las "elocidades de reacción son

infnitamente rápido. Cs un resultado típico de este modelo se muestra en la

fgura. 07)1, un diagrama de tiempo)distancia para la

inyección de 00- de *l 9- de *8 en una ormación que contiene calcita,

caolinita y cuarzo. Cste gráfco muestra regiones donde la sílice amora yJuoruro de aluminio

tenderá a precipitar. Una línea "ertical en el gráfco representa las especies

minerales presentes como una unción de la distancia :i todas las

reacciones están en equili#rio local. ?or acoplamiento de este modelo con

un modelo de la permea#ilidad de la ormación respuesta a la disolución y la

precipitación, predicciones de la me@ora de la producti"idad.

Qecientemente, :e"ougian et al. %0++1& y Auinn %0++9& presentado un

modelo geoquímico que incluye la cin(tica para las reacciones tanto de

disolución y precipitación %"er 07 :ide#ar&. Cste modelo predice menospermea#ilidad daño que un modelo de equili#rio local porque la tasa fnita

de las reacciones permite desplazar el precipitado más le@os de la #oca del

pozo.

Acidi(icaci"n AreniscaIntrod)cci"n97n tratamiento ácido tpica en areniscas consiste en la inyección de una pre;limpiezade ()l, con M0 gal 8 pie de la formación , un volumen de pre;limpieza común, seguidopor el inyección de M0 a 500 gal 8 pie de la mezcla de ()l;(+. la de pos;limpieza del

diesel, salmuera o ()l a continuación, desplaza el ()l;(+ de la tubera o del pozo.7na vez que el tratamiento se &a completado, el ácido usado debe serinmediatamente producido de nuevo a minimizar los da1os por laprecipitación deproductos de reacción.

7n dise1o de tratamiento de acidificación de arenisca comienza con la selección deltipo y la concentración de ácido a ser utilizado. !os volúmenes de pre;limpieza, mezclade ()l;(+ , pos;limpieza requerida y la velocidad de inyección deseada 's* vaconsiderándolo siguiente. En prácticamente todos los tratamientos con ácido, lacolocación del ácido es un problema % una importante estrategia para asegurar que los

volúmenes suficientes de contacto con el ácido de todas partes productivas de laformación es que tiene que ser cuidadosamente planeado. !a correcta ejecución deltratamiento es fundamental para acidificar , por lo que la conducta del tratamiento,incluyendo las disposiciones mecánicas para introducir el ácido a la formación y losmétodos de tratamiento monitoreo, se debe planificar en detalle. 2or último,numerosos aditivos se incorporan con soluciones de ácido para diversos fines. !os


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tipos y cantidades de aditivos para ser utilizado en el tratamiento debe ser determinada sobre la base de la realización, la formación y los fluidos del yacimiento.

Selecci"n Ácido

Cl tipo y la uerza es decir, concentración de ácido utilizado en areniscas seseleccionará principalmente so#re la #ase de eperiencia de campo con

particulares ormaciones. 'urante años, la ormulación acidifcación arenisca

estándar consistía de un 01- de *l);- de mezcla de *8, precedido por un

0- 'e pre)limpieza de *l. 'e $ec$o, el 01- de *l);- de mezcla de *8

$a sido tan comFn que se $ace reerencia de orma gen(rica como ácido

#arro. Cn los Fltimos años, sin em#argo, la tendencia $a

sido $acia el uso de soluciones de *8 de resistencia más #a@os %Grannon et

al., 0+4H&. /os #enefcios de la concentración más #a@a de soluciones de *8

son la reducción de precipitados per@udiciales a partir del ácido gastado y

riesgo reducido de una consolidación de la ormación alrededor del pozo.

/a selección de los Juidos de acidifcación siempre de#e comenzar con una

e"aluación de los daños a la ormación , en general, el material solu#le en

los Juidos de tratamiento de#e ser per@udicial. /os modelos geoquímicos

pueden ser utilizado para guiar la selección de ácido, una "ez que la

composición de la ormación dañada se determina.

Modelos de acidifcación Arenisca • Modelo de dos mineralesRumerosos esuerzos se $an $ec$o en los Fltimos años para desarrollar un

modelo integral de la piedra arenisca proceso de acidifcación que entonces

podría ser utilizado como una ayuda a diseñarla. Cl modelo más comFn en

uso $oy en día es

el modelo de dos minerales %*ill et al, 0+HH5. *e3im et al, 0+41.5 Da$a y col.,

0+4+& que di"ide todos los minerales en dos categorías)de reacción rápida y

de reacción lenta

especies. :c$ec$ter %0++1& clasifca los eldespatos, arcillas aut$ogenic y

sílice amora reaccionar tan rápido, y partículas de arcilla detríticos y granos

de cuarzo son

los minerales de reacción lenta primarios. Cl modelo consiste en el #alancede materia aplicando al ácido *8 y minerales reacti"os, que para el Ju@o

lineal, tal como en un

oreJood, son Cn estas ecuaciones,

*8 es la concentración de *8 en solución y KO*8 es su peso molecular, u

es el Ju@o de ácidos, s es la distancia, :8 S y S son :: las áreas de superfcie


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específcas por unidad de "olumen de sólidos, T8 y T: son las racciones de

"olumen, C8, 8 y C, : son las constantes de "elocidad de reacción %en #ase

a la tasa de consumo de *8&, KO8 y KO: son el peso molecular, #8 y #eta:

son los poderes de disolución de 0- de *8, y 8 y : son las densidades

del minerales rápidos y de reacción lenta, respecti"amente,

denotado por el su#índice 8 y :. uando un $ec$o adimensional, suponiendo

porosidad permanece constante, estas ecuaciones se con"ierten donde V esla concentración de *8 adimensional, W es la composición mineral

adimensional, X es distancia adimensional, Y es el tiempo adimensional

%"olFmenes de poro&, y Z es la porosidad. Cl superíndice o denota "alores

iniciales antes del tratamiento ácido. ?ara una oreJood, / es la longitud del

nFcleo. en /as ecuaciones. 07)0 a tra"(s de 07)0H, dos adimensional

grupos aparecen para cada mineralE el 'am3o$ler 'a nFmero y el nFmero

de la capacidad del ácido 6c. estos dos grupos descri#en la cin(tica y la

estequiometria de las reacciones de *8)minerales. Cl 'am3o$ler nFmero es

la relación de la "elocidad de consumo de ácido

a la tasa de con"ección ácido

Cl nFmero capacidad ácida es la relación de la cantidad de minerales

disueltos por el ácido ocupando una unidad de "olumen de espacio de los

poros de roca a la cantidad de minerales presentes en la unidad de "olumen

de roca,

Cl 'am3o$ler y nFmeros de capacidad ácida para los minerales de reacción

lenta se defnen de manera similar. 6 medida que se inyecta el ácido en una

piedra arenisca, una reacción delante se esta#lece por la reacción entre el

*8 y los minerales de reacción rápida. /a orma de esta rontal depende de'a %8&. ?ara "alores #a@os de 'a, la tasa de con"ección es alta con relación a

la "elocidad de reacción y el rente es diusa. on un alto 'a, la reacción

rente es relati"amente uerte, porque la "elocidad de reacción es alta en

comparación con la tasa de con"ección.

/as ecuaciones 07)0 07)0H sólo pueden resol"erse num(ricamente en su

orma general. /os modelos num(ricos proporcionar soluciones a estas

ecuaciones, tales como que presentado por Da$a y col. %0+4+&, se utilizan

con recuencia para el diseño de la acidifcación. :in em#argo, las

soluciones analíticas son posi#les para ciertas situaciones simplifcadas.:c$ec$ter %0++1& presentó una solución aproimada

esto es "álido para una relati"amente alta 'a %'a %8&[ 0&. Csta solución se

aproima a la *8 2 ast)reactingmineral como un rente uerte, detrás de la

cual todo se $an eliminado los minerales de reacción rápida. ?or el

contrario, por delante de la parte rontal, no se $a producido la disolución. la

reacción entre reacción lenta minerales y *8


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16 D* COM+ARACIÓN DE ,OLMENES DE ÁCIDO +ARA RADIAL . EL FLU/O DELA +ERFORACIÓN!a cantidad de ácido necesaria para eliminar da1os más allá de la punta de unaperforación es generalmente más grande que la cantidad requerida para eliminar elda1o a la misma distancia en flujo radial. e trata de ilustrado por usar modelo '#LL5*de c&ec&ter para encontrar el volumen de ácido necesario para penetrar una

distancia determinada para estas dos geometras. )onsidere una formación con 506de porosidad que contenga #06 minerales de reacción rápida 'feldespato, arcilla oambos*, carbonato de calcio M6 y NM6 de cuarzo. 7na región de da1os e/tiende <pulgadas en la formación 'una región radial o < pulgadas más allá de la punta de unaperforación*, y el efecto inicial de la piel como resultado del da1o es de #0. El radio delpozo es 0,?5N ft. En el perforado caso, &ay $ tiros por pie 'spf* y las perforaciones son< pulgadas largo con un diámetro en el pozo de 0,M. 7O #56 olución de ácidoclor&drico P ?6 (+ se inyecta en 0,# bbl8min8m después de la inyección de suficientepreflus& del #M6 ()l para quitar los carbonatos de la región para contactarse con vivo4etermine (+. el volumen de ácido requerido en función de la distancia de penetración

el ácido y la evolución del efecto de piel para radial y geometras de perforación. Elpozo del tratamiento de la temperatura es de #5MQ + HM0Q )J. 2ara estas condiciones,el número de 4am3R&ler 4a para el mineral de reacción lenta de flujo radial es 0.0#?.

Sol)ci"nEcuación #


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4onde 2+ es la densidad de perforación en spf. 4a para el sloSmineralla reacción se calcula como 0.#5 para el flujo de la perforación. -) para la reacciónrápida y minerales es 0.05#. '!os valores de 4a y )orriente alterna utilizada en esteejemplo se obtuvieron de laboratorio coreflood pruebas descritas por Economides et

al., #LL$*.7tilizando estos valores en la ecuación #


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4os modelos para la inyección de #56 ()l P ?6 (+ en una formación da1adacompuesta inicialmente por un #K6 arcillas y feldespatos 'reacción rápida* y N?6 de

cuarzo 'velocidad de reacción*. En esta figura, mineral # es arcilla y feldespato,minerales 5 cuarzo y minerales ? es slice el gel. 4espués de #00 gal8ft de lainyección, los feldespatos y las arcillas &an sido disueltos en una región que see/tiende apro/imadamente < pulgadas más allá del pozo según la modelo ácido;dos,tres y minerales, mientras que sólo 5 de. de disolución es predic&o por el ácido uno,dos y minerales modelo. -demás, una importante zona de slice la precipitación espredic&a por el ácido dos, tres y minerales modelo. 7tilizando un modelo de lapermeabilidad respuesta a la disolución de minerales y laprecipitación, lapermeabilidad y la respuesta del efecto de piel son previsto para cada modelo y secompara en las figuras #


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minerales. -l mismo tiempo, las partculas peque1as se lanzan como material decementación disuelto, y algunas de estas partculas 'quizás poro temporalmente* enlas gargantas, reduciendo la permeabilidad. )ualquiera precipitados formados tambiéntienden a disminuir la permeabilidad. !a formación de dió/ido de carbono ')5* comocarbonato de minerales se disuelven también pueden causar un temporal reducción dela permeabilidad relativa a los lquidos. El resultado de estos efectos competidoras es

la permeabilidad en corefloods generalmente disminuye inicialmente% concontinuó la inyección de ácido, la permeabilidad al final aumenta a valoressignificativamente más altos que el original permeabilidad. !a naturaleza compleja dela respuesta de permeabilidad &a &ec&o su predicción teórica de verdad areniscaspráctico, aunque se &a logrado cierto é/ito para sistemas más ideales como discossinterizados 'Uuin et al., #LK#*. )omo resultado, correlaciones empricas relacionadasel aumento de la permeabilidad al cambio durante la porosidad la acidificación seutilizan. !as correlaciones más comunes son los de !abrid '#LKM*, !und y +ogler'#LK


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complicada por una tendencia para los precipitados formar, como es el caso de

acidificación de piedra arenisca. )omo lo demuestran las reacciones tpicas en la tabla

#


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forman. X en tercer lugar, la tasa en la cual e/tenderlos es un tema de considerable

importancia práctica.

16-*4*A5U/EROS

Oo se sabe quién describió por primera vez el ácido camino como un "agujero", pero

esta denominación es comúnmente aceptado por aquellos familiarizados con el

complejo patrón producido por núcleos de carbonato en la acidificación

el laboratorio. Yal vez fue -. =. (endric3son de 4oSell. +igura #


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y la segunda se ocupa de su crecimiento o propagación. 4os de estos estudios

proporcionan información necesaria para el dise1o de tratamientos ácidos

decarbonato.

16-*0* INICIACIÓN DE A5U/EROS

El fractal, o auto;similar, topologa de un agujero de gusano estructura implica que el

mecanismo para la iniciación de los agujeros de gusano es un fenómeno "local" que se

produce continuamente a lo largo de sus superficies limitadoras, as como en su punta.

-s, los peque1os agujeros de gusano pueden ser iniciada cuando ácido vivo entra en

los poros de la roca Girgen independientemente del patrón de etc ya en e/istencia.

E/perimentos &an demostrado que en casos donde el ácido flujo entrando en la matriz

es bastante peque1o, iniciación de agujero de gusano Oo es prolfica, indicando un

caudal dependencia del proceso de iniciación. 2rueba de ello afirmación se basa

2rincipalmente en moldes de metal de agujeros ,como se muestra en la figura #


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implicando por convección, difusión y qumica reacciones dentro de cada uno de los

invadieron los poros. Oo &a quedado demostrado práctico a considerar estos procesos

en un solo poro y luego intentar considerar el comportamiento colectivo para derivar un

macroscópico patrón de grabado. c&ec&ter y Uidley '#L


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donde l es la longitud de un poro se defne como la distancia del ácido en un poro

"ia@a antes de la mezcla con ácido emergentes de otros poros. /a concentración de

ácido es la concentración en la entrada de los poros. /a "elocidad media en un

poro T ) depende del Ju@o local de 'arcy u y el área de sección trans"ersal de los

poros. Cl Ju@o dentro de un solo poro es laminar, de manera que

Ccuación 07);1 parece ormida#le, pero la meta es reducir esta epresión a una

orma que re"ela el eponente n. ?ara lograr este o#@eti"o, se consideran dos

condiciones etremas. Cn primer lugar, eaminar el límite

lo que implica que sólo una pequeña racción del ácido reacciona dentro del poro.

Cn este límite, que se aplica para la gran T ), la tasa de la ampliación de los poros

se reduce a

?or lo tanto, en este límite el eponente n es 021 %n \0& y los poros con un área desección trans"ersal tal que la desigualdad de la ecuación. 07);9 se satisace no

orman agu@eros de gusano. /os poros se agrandan en lugar de manera uniorme, y

la parte delantera de ácido permanecerán agudo, progresando a tra"(s de la

matriz porosa tam#i(n en lugar de manera uniorme. Ro todos los poros, sin

em#argo, satisacen la desigualdad. Un segundo límite para algunos de los poros

puede ser posi#le. Cste segundo límite se produce cuando los poros son de un

tamaño tal que la desigualdad de la ecuación. 07);9 se in"ierte, lo que implica la

reacción de ácido casi completa dentro de estos poros. Cn este segundo límite, que

se aplica a las pequeñas " ), se puede encontrar

?or lo tanto, las zonas de poro que cumplan el segundo límite son inesta#les %n[

0&. Cllos crecen más rápidamente que los poros "ecinos. :e con"ierten en

pequeños agu@eros de gusano y continFan e"olucionando en los patrones de

gra#ado macroscópicas mostradas por los moldes metálicos. ?ara una "elocidad de


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reacción dada y el Ju@o de ácido, $ay poros que son esencialmente demasiado

pequeño para con"ertirse en los agu@eros de gusano y tal "ez otros que son de

tamaño sufciente para e$i#ir un crecimiento incontrolado y e"entualmente

con"ertirse macroscópica. 6sí, para un Ju@o de ácidos dado, los poros nati"os

pueden caer en dos categorías dierentesE los candidatos para la ormación del

agu@ero de gusano incipiente y no candidatos. Ro es, por lo tanto, un tamaño

crítico %o de transición& de poro de 6D que puede estimarse como el "alor donde las

dos tasas de crecimiento limitantes se $acen igualesE

Qesol"iendo esta epresión para un 6t rendimiento

donde 'a B C m ) 0 2 u y 3 es la permea#ilidad de la ormación %Oang, 0++;5

Oang et al, 0++;.&. ?or lo tanto, si todos los poros en la roca nati"a tienen áreas desección trans"ersal de menos de 6D, la iniciación agu@ero de gusano puede no

ocurrir $asta que al menos uno de los poros $a sido ampliada por reacción de ácido

a un tamaño sufciente para permitir el desarrollo agu@ero de gusano. Cl crítico, o

de transición, área depende tanto de la "elocidad de reacción y el Ju@o de ácido.

Csta condición tiene, como se discute posteriormente en este capítulo, una

considera#le importancia práctica. /a longitud promedio de un poro es una

cantidad #astante impreciso que, so#re la #ase de una serie de eperimentos de

la#oratorio utilizando dos dierentes calizas y una dolomita, parece ser

aproimadamente ,0 mm. :i utilizamos este "alor, el criterio de la dimensión

crítica de poro se "uel"e

donde tanto 3 como 6D de#en epresarse en cm1. ] Csta ecuación es muy simple

en apariencia, pero sus implicaciones son proundas y (stas pueden ser pro#ado

eperimentalmente. /os resultados de la#oratorio que son aparentemente

contradictorio pueden eplicarse satisactoriamente mediante la in"ocación del

concepto encarnado por Cq. 07);+.

!"#$#$ E%&erimen'os de acidifcación

Csencialmente dos tipos dierentes de los resultados se encuentran en la #ase de

acidifcación nFcleos de car#onato en el la#oratorio. Uno de ellos es el metal

undido de un agu@ero de gusano y la otra es la caída de presión medida, mientras

que la acidifcación a una "elocidad de inyección constante. 6m#os tipos de

eperimentos $an demostrado ser instructi"a. /a zona de transición defnido por la

ecuación. 07);+ depende de la tasa de Ju@o y la reacción de ácido, que a su "ez es

una unción de la concentración de ácido, temperatura de reacción y la


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composición de la roca. Cl Ju@o de ácido es el más ácil de controlar y es la "aria#le

más estudiada.

^ 8lu@o de ácido

:e espera que la tasa de Ju@o de inJuir en el patrón de gra#ado ácido por razones

que pueden ser me@or entendidos por considerar la representación idealizada de un

agu@ero de gusano se muestra en la fgura. 07)0. :e trata de un cilindro con la

p(rdida de Juido en torno al perímetro, así como en la punta. 'ependiendo del

campo de presión eterna que rodea el agu@ero de gusano, el Ju@o de p(rdida de

Juido puede "ariar de punto a punto so#re la superfcie del cilindro. :i el Ju@o en la

roca es pequeña en algunos puntos, 6D segFn lo determinado por la ecuación. 07)

;4 puede eceder el área de la sección trans"ersal total.

Cn resumen, se espera que para tasas de inyección que son muy lento, los

agu@eros de gusano no se orman y la cara del nFcleo se disol"erán en lugar de

manera uniorme. Cn las tasas de inyección modestos, lo sufcientemente grande

como para iniciar los agu@eros de gusano en el etremo del agu@ero de gusano

primaria, se espera un patrón de gra#ado para desarrollar eso demuestra poca

ramifcación del agu@ero de gusano primaria. /a mayor parte del ácido se gasta a

continuación, en que se etiende el agu@ero de gusano primaria. :i se aumenta

entonces la tasa de inyección de ácido, el Ju@o de p(rdida de Juido ácido en la

matriz de la roca puede ser lo sufcientemente grande en todas partes, o por lo

menos en muc$os puntos)para permitir la iniciación de los agu@eros de gusano lolargo del límite de la primaria.

'e inter(s práctico primaria son los agu@eros de gusano creados en las tasas de

inyección intermedios. Cllos desarrollan un mínimo de ramas laterales que se

etienden desde el perímetro del canal principal, de acuerdo con el patrón de

gra#ado pre"isto por la consideración de un área crítica de poro. 'e $ec$o, la serie

de moldes en la fgura. 07)00 confrma la eistencia de una zona de transición.


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6unque los modelos proporcionan una uerte e"idencia que apoya la $ipótesis

esta#lecida en el apartado anterior, tam#i(n sugieren un medio para su posterior

"erifcación. ?arece e"idente al considerar la serie de moldes que un agu@ero de

gusano ormado con un mínimo de ramifcación lateral se penetrar a tra"(s del

nFcleo utilizando una menor cantidad de ácido que se requeriría de otro modo.

(i)ura !"$ Koldes metálicos de los agu@eros de gusano que se desarrollaron enlos nFcleos de calcita en "arios tipos de inyección se disponen de izquierda a

derec$a para corresponder al aumento de la tasa de Ju@o %*oener y 8ogler, 0+44&.


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(i)ura !"*$ Qesultados oreJood para Indiana y Llen Qose calizas.

Oang et al. %0++;& midieron el "olumen de ácido necesario para lograr la

penetración agu@ero de gusano a tra"(s de un nFcleo %de detección&. 8igura 07)01

es un gráfco de los "olFmenes de poro de ácido a la penetración como una unción

de la "elocidad de inyección. omo era de esperar, eiste una "elocidad de

inyección óptima. alculando los Ju@os de ácido so#re el agu@ero de gusano que se

desarrollan durante el eperimento para encontrar el Ju@o en la punta, así como alo largo de los lados del agu@ero de gusano. :e calculan para el caso óptimo %es

decir, el eperimento que requiere el menor "olumen de ácido& que el Ju@o en la

punta está #ien predic$o por la ecuación. 07);+. Cl tamaño crítico de 6D ue

determinada por la presión capilar de entrada y la "elocidad de reacción se

determinó por la ecuación. 07)4.

^ /a temperatura de reacción

Cl aumento de la temperatura de reacción aumenta de manera eponencial C %"er

la ecuación. 07)+&. 'e acuerdo con la ecuación. 07);+, esto de#e resultar en un

aumento correspondiente en 6D. ?or lo tanto, la tasa de inyección óptimacorrespondiente de#e ser aumentada %"er #arra lateral 7C&. Csta tendencia

predic$a se muestra en la fgura. 07)0;. /a rata de inyección óptima a una

temperatura de 01 = 8 es casi dos "eces tan grande como la óptima a

temperatura am#iente. 'e acuerdo con Oang et al. %0++;&, el aumento de la tasa

se predice por la ecuación. 07);+. Una implicación de este resultado es que, si es

posi#le, los pozos proundos de#en 6cidifcar a tasas superiores a las de poca

proundidad5 pero en cualquier caso, el aumento de la tasa durante el curso del

tratamiento es apto para ser #enefcioso en la ampliación de los agu@eros de

gusano. Inicialmente, sin em#argo, el Ju@o de ácido de#e ser restringido por el

"alor determinado con la ecuación. 07);+ si esta tasa es posi#le sin racturar la

ormación.

omo se muestra en las 8igs. 07)01 y 07)0;, el "olumen de ácido necesario para

lograr a"ance no aumenta rápidamente para "elocidades de inyección superiores a

la óptima, por lo que el mantenimiento de la tasa de inyección óptima no se piensa

que es crítico. Cstímulos a ca#o a tasas algo superiores a los eigidos por la

ecuación. 07);+ pueden no dierir muc$o de los o#tenidos en condiciones óptimas.

?or otro lado, la cantidad de ácido para lograr a"ance no aumentar

sustancialmente para las tasas de menos que la óptima, por lo que mantener una

"elocidad sufciente si se recomienda posi#le.


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(i)ura !"+$ Indiana caliza resultados oreJood a dierentes temperaturas.

/a implicación es que el campo de acidifcación en ormaciones poco proundas

dolomita de#e lle"arse a ca#o a tarias #a@as. /as altas tasas de resultado un

patrón de agu@ero de gusano mFltiple que no penetra muy le@os en la ormación y

aparece como in"asión ácido uniorme disol"iendo la cara del pozo, que es inefcaz

para la eliminación de daños eecto de piel en comparación con la producción de

un par de agu@eros de gusano dominantes que penetran en la ormación . Cn

ormaciones más proundas de la dolomía, la tasa puede aumentar en cierta

medida de#ido a que la temperatura de reacción aumenta con la proundidad. Cl

aumento de la tasa óptima con el aumento de temperatura que se muestra en lafgura. 07)09 confrma las predicciones #asadas en la ecuación. 07);+.


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(i)ura !"#$ Cecto de la temperatura so#re la "ariación de los "olFmenes dea"ance con la "elocidad de inyección para la dolomita.

!"#$,$ Pro&a)ación de los a)u-eros de )usano

Una "ez que se inician los agu@eros de gusano en la roca que rodea la cara de la

#oca del pozo o peroración, es desea#le etender ellos en la ormación en la

medida de lo posi#le con un "olumen dado de ácido. Cl eecto de la piel de#e ser

reducida en las regiones penetradas por los agu@eros de gusano. ?romo"er la

comprensión de los actores que regulan la "elocidad de etensión de un agu@ero

de gusano, *ung et al. %0+4+& recimiento del agu@ero de gusano modelado por

considerar que se trata de un cilindro con la p(rdida de Juido como se representa

en la fgura. 07)0. *ung et al. Du"o en cuenta una serie de actores, incluyendo las

contri#uciones de tanto la diusión del ácido y la con"ección que resulta de la

p(rdida de líquidos a las paredes del agu@ero de gusano donde reacciona el ácido.

Cstos son actores importantes de#ido a que las reacciones de ácido en un agu@ero

de gusano son, en general, limitada por la transerencia de masa, en contraste con

aquellos en los poros naturales, que son controlados por la "elocidad de reacción.

/a tasa de etensión de agu@ero de gusano se determina por la cantidad del ácido

de llegar a la puntaE

'onde el su#índice e se refere a las condiciones e"aluadas en el etremo o punta

del agu@ero de gusano, roc3 es la densidad de la roca, y / es la longitud del

agu@ero de gusano. Csta ecuación muestra la importancia de la diusión, la

con"ección ácido y la p(rdida de Juido en la propagación de agu@ero de gusano.


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uanto mayor sea la "elocidad de diusión de ácido $acia la pared, la más #a@a es

la concentración de ácido en la punta del agu@ero de gusano y el más lento su

"elocidad de propagación. 6umento de las tasas de p(rdida de Juido sir"en para

con"ección ácido a la pared y al mismo tiempo reducen el Ju@o de ácidos de llegar

a la punta, disminuyendo de ese modo la "elocidad de propagación. Deniendo en

cuenta tanto la p(rdida de Juido y la diusión, *ung %0+4H& encontró que para una

"elocidad de inyección constante, la tasa de etensión de un agu@ero de gusano

comienza a disminuir a medida que la longitud del agu@ero de gusano aumenta. /alongitud parece alcanzar en Fltima instancia, una meseta, como se muestra en la

fgura. 07)0 %*ung, 0+4H&, pero en realidad nunca de@a de crecer. *ung atri#uyó la

tasa de crecimiento disminuye por completo a la p(rdida de líquidos. ?or lo tanto,

se pre"( que la penetración de agu@ero de gusano esencialmente cesar al ca#o de

una cierta longitud se $a alcanzado el tiempo que la "elocidad de inyección se f@a.

Cn eperimentos /ongcore, una longitud máima se o#ser"ó por Gazin et al.

%0++&.

(i)ura !",$ ?redicción de longitud agu@ero de gusano %*ung, 0+4H&.

/a epresión de 'accord de la "elocidad de propagación de agu@ero de gusano en

los sistemas lineales esE

'onde a es una constante determinada eperimentalmente, ' es el coefciente de

diusión molecular, y 6 es el área de la sección trans"ersal del agu@ero de gusano. .

'accord et al _s modelo considera la inJuencia de la diusión de ácido, pero no

tiene en cuenta la p(rdida de líquidos5 ?or lo tanto, esta ecuación no indica un

"alor meseta como el agu@ero de gusano se alarga. ?or lo tanto, la ecuación es

aplica#le a agu@eros de gusano cortas donde la p(rdida de Juido no es un actor,

pero no de#e ser utilizado para la predicción de la longitud de penetración agu@ero

de gusano.


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PRODUCCION CAPITULO 16