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EMPAQUE DE GRAVA

EMPAQUE DE GRAVA

CONTENIDO PAGINA

INTRODUCCIN...1

ANTECEDENTES......2

1 DEFINICIN PRODUCCIN DE ARENA....3

1.1 Origen de la produccin de arena..3

1.2 Daos causados alrededor del pozo4

1.3 Daos a la formacin.4

2 PROBLEMAS CAUSADOS POR EL ARENAMIENTO EN EL POZO5

2.1 Inconvenientes ocasionados por la produccin de arena....5

3 MTODOS DE CONTROL DE ARENA..7

3.1 Mtodo mecnico.7

3.2 Mtodo qumico....7

4 TCNICAS DE CONTROL DE ARENA...8

4.1 Uso de forros ranurados...8

4.2 Empaquetamiento con grava.10

4.3 Forros pre-empacados...11

4.4 Forzamiento arena-petrleo o arena-agua..11

4.5 Consolidacin de arenas...12

4.6 Uso de microesferas de vidrio como materiales de empaque..12

4.7 Uso de la bauxita sinterizada como material de empaque...13

5 EMPAQUE DE GRAVA...13

5.1 Seleccin del tamao de la grava.14

5.2 Criterio de seleccin del empaque de grava..17

5.3 Control y normas de calidad de la grava.19

5.3.1 Anlisis Mineralgico...19

5.3.2 Anlisis Granulomtrico....20

5.3.3 Redondez y esfericidad..20

5.3.4 Solubilidad en acido..21

5.4 Seleccin del Forro Ranurado...21

6 CAUSAS MS COMUNES QUE OCASIONAN FALLAS DE LOS EMPAQUES CON GRAVA.27

7 TIPOS DE EMPAQUE CON GRABA...29

7.2 Empaque con grava en hueco entubado...30

7.2.1 Limpieza de tneles de caoneo.31

7.2.1.1 Lavado de perforaciones..31

7.2.1.2 Rotura del disco..32

7.2.1.3 Lavado con espuma estable..32

7.2.1.4 Tcnica de circulacin invertida..33

7.2.1.5 Tcnicas de crucero..33

7.1.2 Operacin de caoneo en arenas no consolidadas.35

7.3 Empaque de Hueco Abierto....................42

7.3.1 Completacion en zonas simples.42

7.3.1.1 Ampliacin del hueco..42

7.3.1.2 Limpieza del hueco43

7.3.1.3 Colocacin en sitio del ranurado y bombeo de grava44

7.3.1.4 Fijacin del colgador y limpieza interna del ranurado46

7.3.2 Completacion de zonas mltiples 46

7.3.3 Desviacin cota (side-track).............................49

7.4 Fluidos usados en empaques .....50

7.5 Forzamiento grava fluido ..52

7.6 Consolidacin de arena (mtodo qumico)53

7.7 Requisitos de resinas..............................................53

7.7.1 Tipos de resinas consolidantes.............................54

7.7.2 Colocacin de resinas ..55

8 Diseo del trabajo y control.........................58

CONCLUSIONES................................................................61

BIBLIOGRAFIAS.............................................................62

INTRODUCCION

La produccin de arena conjuntamente con los hidrocarburos es uno de los problemas ms frecuentes que ocurren durante la vida productiva de los pozos de petroleros, pueden cortar u obstruir estranguladores y lneas de flujo, causar fallas excesivas del equipo, complicar la limpieza del pozo y puede causar el mal funcionamiento del equipo en el fondo del pozo. Esta arena se deposita en el fondo y con frecuencia reduce la capacidad productiva del pozo.

Para el control de arena se han utilizado diferentes tcnicas y la que ha tenido mayor xito es el empaque con grava (gravel pack), que sea constituido en el mtodo de normas para el control de arena.

En este tema se analizara los mtodos actuales para el control de arena y la seleccin de materiales de empaque, tales como: grava, bauxita sintetizada, grava con resina fenolicas y bolitas de vidrio. Tambin se estudiaran los diferentes equipos necesarios en la tcnica de control de arena.

ANTECEDENTES

La produccin de arena con fluidos de los yacimientos petrolferos, es uno de los mayores problemas en algunas reas con el que ha tenido que enfrentarse la industria petrolera; Este causa grandes gastos y perturbaciones a la industria, no solamente en el caso de reemplazo de equipos, sino en la prdida de ingresos como consecuencia de las restricciones de produccin que origina en los pozos donde existe produccin de arena.

En relacin con este problema se ha tratado de encontrar soluciones viables y efectivas desde el momento mismo desde su aparicin. As en tiempos pasados se trato de solucionarlo usando mtodos mecnicos de puenteo como:

Revestimiento pre perforados, que no resulto satisfactorio porque los pozos se arenaban rpidamente; Revestidores ranurados recubiertos de alambres (wire wrapped screen), que tambin no resulto porque las ranuras pequeas ocasionaban bajas tasas de produccin, debido a taponamiento del revestidor con lodo fino de formacin y partculas de lutitas; Revestidores pre empacados (cascara de nuez recubiertas de plsticos y camisas de plsticos con pre empaque), que no resulto porque se utilizan en intervalos cortos de aproximadamente 20 pies, donde el empaque con grava es ms costoso y no es efectivo para controlar la arena.

Apartir de los aos 50 se comenz aplicar la tcnica de completacin con foro ranurado empacado con grava, que consiste en colocar grava a manera de filtro, en el espacio anular entre el foro ranurado y el revestidor (empaque a hueco entubado) entre el punto y la formacin directamente (empaque a hueco abierto). Esta tcnica resulto ser ms efectiva con respecto a las anteriores en lo referente a la exclusin de arena y productividad. La tcnica de empaque con grava ha permanecido esencialmente inalterada desde su implantacin. No obstante en los ltimos aos se ha efectuado a nivel mundial numerosas investigaciones que han resultado en mejora de la tecnologa del control de arena y en una mayor productividad de los pozos. Dentro de estas nuevas tcnicas se puede nombrar el uso de la bauxita sintetizada, el uso de la grava recubierta con resina fenolicas, los foros pre empacados con gravas resinadas, la consolidacin de arenas por mtodos qumicos, el uso de ofertas de vidrios con material de empaque.

Esta ltima tcnica no ha sido puesta en prctica y la factibilidad de su aplicacin se encuentra en estudio.

1. DEFINICIN PRODUCCIN DE ARENA.-

Se define como la produccin de pequeas partculas de roca (arena) generalmente de caractersticas petrofsicas y geometra definidas y constantes, transportadas por fluidos producidos, tales como petrleo, gas y agua.

La Produccin de arena de arena puede ser clasificada en:

Produccin transitoria de arena: La cual se refiere a una produccin de arena que declina con respecto al tiempo de produccin a gasto constante, comnmente encontrada en limpieza de pozos acidificaciones o fracturamiento hidrulico para recuperacin secundaria

Produccin contina de arena: Se presenta cuando se produce de formaciones no consolidadas que no cuenten con equipos de control de slidos.

Produccin catastrfica de arena: Que es el peor de todos los tipos y ocurre como una anormalidad cuando los fluidos del yacimiento son producidos excesivamente.

1.1. ORIGEN DE LA PRODUCCIN DE ARENA.-

La arena es un conjunto de partculas de rocas disgregadas que son el resultado de la acumulacin de elementos separados de rocas pre existentes por elementos externos, como la erosin y transportados a grandes distancias por el viento, ros o glaciares y cementados o no despus de su depositacin (Guillemot, 1982).

En geologa se denomina arena al material compuesto de partculas cuyo tamao vara entre 0,063 y 2 milmetros (mm). Una partcula individual dentro de este rango es llamada grano de arena. Una roca consolidada y compuesta por estas partculas se denomina arenisca (o psamita). Las partculas por debajo de los 0,063 mm y hasta 0,004 mm se denominan limo, y por arriba de la medida del grano de arena y hasta los 64 mm se denominan grava; Entonces podemos definir las arenas por la posicin de sus granos en la escala de tamao, siendo la Wentworth la ms utilizada, reservando el nombre de arena a cuyos elementos tiene un tamao comprendido entre los 2 y 0.063 mm.

FIGURA 1: Granulometra de las partculas del suelo

1.2. DAOS CAUSADOS ALREDEDOR DEL POZO.-

Estos problemas son ocasionados principalmente por arena, asfltenos, corrosin, parafinas, hidratos de hidrocarburos e incrustaciones (sales).

El movimiento de arena proveniente de formaciones no consolidadas en pozos productores de aceite o gas, ocasiona problemas tanto econmicos como de riesgos en las instalaciones, por ejemplo:

a) Interrupcin de la produccin, ocasionada por taponamiento en la tubera de produccin, en ocasiones en la tubera de revestimiento, en las lneas de escurrimientos, separadores, etc.

b) Se incrementa los esfuerzos de sobrecarga de las formaciones ocasionando colapsamiento en las tuberas de revestimiento.

c) El equipo subsuperficial y superficial es daado por erosin de la arena.

d) En la superficie se requiere de dispositivos especiales que eliminen la arena del aceite producido, tales como los separadores ciclnicos.

1.3. DAOS A LA FORMACIN.-

Para determinar si el dao es causado por una caracterstica mecnica especial que tiene la formacin o es inducido por el hombre debido a tcnicas que promueven el arenamiento, es necesario estudiar las actividades a las cuales el pozo fue sometido (perforacin, completacin, cementacin, rehabilitacin, etc.).

a) El dao natural: Consiste en la acumulacin de slidos en las cercanas del pozo, debido al arrastre de los fluidos producidos. Este es un dao que puede ser remediado, pero en general, no puede prevenirse, es una consecuencia de la produccin.

b) El dao inducido: Este es el dao a la formacin de mayor efecto sobre la productividad en los pozos debido a las operaciones a cual fue sometido (perforacin, completacin, cementacin, caoneo, intervenciones, estimulaciones qumicas mal diseadas o ejecutadas y fracturamiento con fluidos de alto residuo, etc.).

El problema de arenamiento afecta a las tasa de produccin del pozo, al tener un valor de skin damage (dao a la formacin) elevado en las inmediaciones del pozo, ya que el fluido ejercer una mayor presin sobre el esqueleto mineral de la formacin, generando mayores esfuerzos, debido a la limitacin de la capacidad de flujo.

Cualquier restriccin al flujo de fluidos o cualquier fenmeno que distorsiona las lneas de flujo de fluidos desde el yacimiento hacia el pozo, en pozos productores e inyectores, es considerado un dao.

Durante la perforacin de un pozo, el fluido empleado causa invasin de lquidos y slidos en el medio poroso, y esta invasin ser mas profunda a medida que aumente la presin diferencial entre la columna liquida y la presin del yacimiento. La invasin de lquidos pueden reaccionar qumicamente con los minerales y con los fluidos del yacimiento (crudo y/o agua), formando precipitados y/o emulsiones taponantes, as como pueden cambiar la mojabilidad del medio poroso, reduciendo la permeabilidad relativa al petrleo. Los slidos forman un revoque interno que reduce la permeabilidad. Este dao puede prevenirse, diseando el tamao mnimo de los slidos que pueden contener un lodo y realizando un control de slidos efectivo durante la perforacin. Estos sobre balances son el origen de la invasin del filtrado del lodo de perforacin y los slidos presentes en el mismo hacia la formacin.

Causas del dao a la formacin:

Deposito orgnicos

Deposito inorgnicos

Partculas finas mviles

Formacin de emulsiones

Cambio mojabilidad de la roca

Incremento del esfuerzo efectivo

Otras causas del dao a la formacin:

Material de cementacin

Fuerza de friccin entre los granos

Presin de los poros

2. PROBLEMAS CAUSADOS POR EL ARENAMIENTO EN EL POZO.-

La causa principal para la produccin de arena es la falta de compactacin y cementacin entre los granos de arena existentes en una formacin, otras causas de produccin de arena son:

a) Las fuerzas de arrastre ocasionadas por los fluidos producidos, las cuales aumentan con las altas tasas de flujo y con la viscosidad del mismo.

b) La reduccin de la resistencia es la formacin, ocasionadas por el incremento en la saturacin de agua debido a la disolucin de los materiales cementantes.

c) La disminucin de la presin del yacimiento.

d) Las tasas de flujo, ya que la produccin de arena es sensitiva a los cambios bruscos que ellas producen, debido a que los granos de arena son removidos por las fuerzas de arrastre creadas por los fluidos contenidos en la roca.

2.1 INCONVENIENTES OCASIONADOS POR LA PRODUCCIN DE ARENA.-

La produccin de arena en los pozos pueden ocasionar mltiples inconvenientes que estn relacionadas con las grandes inversiones para el mantenimiento y la reparacin de los equipos afectados, los problemas ms comunes son:

a) Arenamiento del hoyo, que reduce o impide la produccin efectiva del pozo.

b) Las socavaciones, las cuales al producirse grandes cantidades o volmenes de arena debilitan la estabilidad de la formacin, lo que puede causar el derrumbamiento de la misma y ruptura de revestidor de produccin.

c) El deterioro o ruptura del equipo del subsuelo y de superficie, as como de las instalaciones de distribucin y recoleccin de petrleo ocasionado por el poder abrasivo de la arena.

d) El tratamiento del crudo con el fin de liberarlo de sus impurezas, debido a las dificultades que causa le presencia de la arena.

3. MTODOS DE CONTROL DE ARENA.-

Los mtodos de control de arena se pueden clasificar en dos grupos:

3.1 MTODOS MECNICOS.-

Estos mtodos previenen la produccin de arena de formacin mediante el uso de rejillas o tuberas ranuradas y empaquetamientos con grava. Se basa en la formacin de puente o filtro, de manera que los granos de mayor dimetro son puenteados en las ranuras de tuberas ranuradas o rejillas y/o en los empaquetamientos con grava y estos a su vez sirven de puente a los granos mas pequeos de la formacin. El tamao de la grava a usarse y el tamao de las ranuras de las rejillas o tuberas ranuradas deben ser seleccionados cuidadosamente para asegurarse que la formacin va a estar bien puenteada.

Las tuberas ranuradas son de muy bajo costo y relativamente fciles de instalar, pero su aplicacin en el control de arena no ha sido suficientemente efectiva. El empaque con grava ha sido hasta el momento uno de los mecanismos ms efectivos para el control de arena.

3.2 MTODOS QUMICOS.-

Se basan en la consolidacin de los granos de arena de la formacin, a travs de la inyeccin de resina, la cual cubre los granos de arena y propicia una unin entre ellos. Luego de ser inyectada la resina, se deja cierto tiempo de manera que se seque y as, cementara los granos de arena uno a uno proporcionando una especie de red de granos compactos. Al secarse o curarse la resina se encoger dando como resultado la permeabilidad necesaria para mantener a la produccin. Se puede obtener una permeabilidad adicional inyectando un lquido a travs de la resina no curada para desplazarla y formar espacios porosos. Un tratamiento qumico exitoso res aquel que no restringe la productividad del pozo y adiciona la formacin dndole suficiente resistencia como para soportar las fuerzas tendentes a destruirla. Los tratamientos qumicos de consolidacin de arena se aplican preferiblemente en aquellos intervalos o zonas donde se desee aprovechar al mximo el dimetro del hueco, para as obtener una mayor productividad. Sin embargo, puede suceder lo contrario, es decir, menor productividad por reduccin de la permeabilidad de la arena de formacin.

4. TCNICAS DE CONTROL DE ARENA.-

Las tcnicas utilizadas para el control de arena son muy numerosas, dentro de ellas se nombrara las ms usadas:

4.1 USO DE FORROS RANURADOS.-

Colocacin de tubera ranurada (Liners)

Esta tcnica consiste en colocar un tubo ranurado frente a la formacin productora. Estos tubos son generalmente tubulares API, en los cuales se ha cortado previamente ranuras verticales y/o horizontales con un tamao determinado. Las ranuras horizontales se utilizan con poca frecuencia hoy en da, ya que stas reducen la resistencia a la tensin de los tubos. Las ranuras verticales son cortadas en forma sesgada, de manera que los granos ms finos que atraviesen las ranuras puedan ser producidos. Esto evita el acuamiento de la arena en las ranuras y por consiguiente su taponamiento. La mayor desventaja de la tubera ranurada es que dispone de poca rea de flujo, lo que limita la produccin de fluido.

FIGURA 2: TUBERIA RANURADA

Colocacin de mallas con envolturas de alambre (rejillas)

Estas mallas son realmente tubulares API, los cuales han sido previamente ranurados o perforados y luego envueltos con alambres bases en forma de espiral dejando cierta separacin entre envolturas, esta separacin es menor o igual a la de los tubos ranurados. La ventaja de este tipo de forro es que posee una mayor rea de flujo que los tubos ranurados. Sin embargo, el material y mano de obra empleados en la fabricacin de las mallas aumenta su costo enormemente, es por ello que se utilizan intervalos cortos o donde se requiere tener una mayor rea de flujo.

El alambre envuelto en la malla puede ser soldado con estao o elctricamente al alambre base para que mantenga su posicin. Las mallas soldadas con estaos resisten hasta 350 F y tienen una resistencia al hundimiento de 8000 1pc. Las mallas soldadas elctricamente soportan hasta 1500 F y tienen una resistencia al hundimiento de 80000 1pc.

FIGURA 3: MALLAS

Mallas de triple envoltura

Este tipo de malla fue desarrollada por Amoco. Est constituida por un tubo en el cual se enrollan tres series concntricas de alambre, la separacin entre envolturas es menor en la exterior y mayor en las interiores. Este tipo de forro se ha usado con poca frecuencia y se ha obtenido poco xito. En resumen, se tienen las siguientes recomendaciones acerca de las mallas

No es recomendable que se use malla solamente, sin embargo, en el caso que sea necesario usarla, se debe emplear una malla del mayor dimetro posible para que quede ms pegada a la formacin y as minimice la mezcla de las arenas de formacin.

Cuando se utilicen mallas conjuntamente con empaquetamiento con grava, estas deben ser con envolturas de alambres en intervalos cortos, o donde se requieran mayores reas de flujo. En caso contrario usar tubera ranurada.

Las mallas deben quedar bien centralizadas y deben ser por lo menos 4 de dimetro menor que el dimetro del hueco; si se usan en huecos revestidos deben ser por lo menos 2" menos que el dimetro interno.

El tamao de las ranuras o separacin de las envolturas debe ser menor que el dimetro ms pequeo de la grava a usarse.

4.2 EMPAQUETAMIENTO CON GRAVA.-

Esta tcnica de control de arena es una de las de mayor uso en la actualidad con problemas de produccin de arena. Segn el tipo de completacin al cual est asociado, el empaque de grava se puede clasificar en:

Completacin a Hueco Abierto y Empacada

Completacin Sencilla Revestida y Empacada

En ambos casos, la operacin consiste en colocar grava a manera de filtro entre dos paredes cilndrica, con el propsito de acondicionar adecuadamente el espacio anular entre el tubo ranurado y el revestidor o entre el tubo ranurado y las paredes del hoyo. El objetivo de esto es que la grava soporte las paredes de la formacin, evitando desmoronamiento de material, y al mismo tiempo sea capaz de impedir que entre al pozo el material desintegrado de las formaciones no consolidadas.

4.3. Forros Pre-Empacados

Esta tcnica ha tenido bastante xito en el control de arena y consiste bsicamente en el uso de una rejilla, la cual ha sido empacada previamente con una combinacin de grava consolidada con resina fenlica. Es la combinacin acta como un empaque armado, que puede bajarse sin necesidad de realizar el trabajo de empaque con grava. Este tipo de forro es sumamente costoso, de ah que est limitado para casos especiales.

FIGURA 4: FORRO PRE-EMPACADO

4.4 Forzamiento Arena-Petrleo o Arena-Agua

El forzamiento arena-petrleo o arena-agua, adems de ser un mtodo de estimulacin, reduce considerablemente las posibilidades de arenamiento del pozo. La tcnica consiste en forzar grandes volmenes de grava a altas presiones a travs de las perforaciones y as formar un filtro de alta permeabilidad en un radio aproximado de 3 a 5 pie. Generalmente, el tratamiento va acompaado de un empaque con grava y en algunos casos se hace en forma simultnea. En formaciones con alto contenido de finos, se acostumbra a desviar la grava de forzamiento para controlar la arena de formacin, y la del empaque para controlar la grava.

4.5 Consolidacin de Arenas

Esta tcnica tiene como objetivo aumentar la resistencia de la formacin mediante la consolidacin plstica de los granos de arena, de tal forma que las fuerzas de arrastre ocasionadas por los fluidos en movimiento no desplacen a los granos de arena cuando se produce a la tasa de fluido deseado. La consolidacin de arena se logra precipitando resina uniforme en la arena cerca de la luz del pozo. Esta tcnica es apropiada para tubera continua en revestimientos de dimetros pequeos. Adems, ofrece ciertas ventajas porque deja la luz del pozo completamente abierta, es adecuada para completaciones mltiples, puede aplicarse fcilmente en pozos de presiones anormales y funciona bien en arenas finas, donde es difcil controlar la produccin de arena mediante un empaque con grava. El mtodo de consolidacin tiene la desventaja, que puede reducir la permeabilidad de la arena de formacin.

4.6 Uso de Microesferas de Vidrio como materiales de Empaque

Actualmente se estn desarrollando investigaciones respecto al uso de las esferas de vidrio como material de empaque. En los estudios realizados por INTEVEP, se encontr que los micros esferas de vidrio cumplan con las especificaciones de calidad requeridas por: el Instituto Americana de Petrleo (API). Se determino que una muestra de 30*60 unidades u.s., MESH presentaba 0.85 y 0.95 unidades de redondez y esferidad, respectivamente (tabla N .1). La muestra analizada tena un 3.6% de solubilidad en acido y una alta resistencia a la compresin. Se detecto que el porcentaje de fines generado por la muestra estudiada, despus de haberse aplicado una presin de 2000 pc fue muy bajo (2.3%).

TABLA 1: MICROESFERAS DE VIDRIO

4.7 Uso de la Bauxita Sinterizada como Material de Empaque

El uso de bauxita sinterizada como material de empaque est siendo objeto de muchos estudios. Estas evaluaciones se estn dirigiendo especficamente a los pozos que producen petrleo con alto contenido de arena, y que fueran sometidos a inyeccin de vapor. La bauxita presenta las siguientes caractersticas:

Posee un porcentaje de disolucin muy bajo a elevadas temperaturas y en presencia de soluciones alcalinas.

Es resistente a las fuerzas compresivas, por lo que disminuye considerablemente la posibilidad de generacin de fines durante su transportacin y bombeo.

Genera alta permeabilidad debido a su gran esfericidad.

Su alta densidad proporciona un empaque ms estable.

Permite un tiempo de produccin ms largo.

Posee una esfericidad y redondez de 0.8 unidades de KRUMBEIN.

Presenta un 96 % de material uniforme y un mxima de dos por ciento de granos fines.

Una muestra de 12x20 y 20x40 unidades U.S. MESH, posee un mximo de tres por ciento de

solubilidad en acido.

Todas estas caractersticas hacen que la bauxita sinterizada ofrezca grandes beneficios econmicos, no obstante los altos costos inciales.

5. EMPAQUE DE GRAVA

Es el control de arena al conjunto de tcnicas mediante las cuales se elimina, total o parcialmente, la produccin de slidos que soportan cargas provenientes de la formacin productora y que se producen conjuntamente con los hidrocarburos. As un efectivo control de arena seria un tratamiento preventivo que evitara la produccin de arena sin restringir la productividad del pozo. El objetivo de la arena del empaque con grava es de garantizar la productividad y la mayor vida til del pozo.

FIGURA 5: TERMINACION CON EMPAQUE DE GRAVA

Los problemas de produccin de arenas se presentan en aquellas formaciones no consolidadas, las cuales consiste en su mayor parte de grano fino de arena, en donde el material cementante, si existe, no es lo suficientemente fuerte, como para soportar los esfuerzos ocasionados por el paso de los fluidos atraves de ellos. Esto origina un desmoronamiento de la arena y por consiguiente el arrastre de las partculas ms finas hacia el pozo.

5.1 SELECCIN DEL TAMAO DE LA GRAVA.-

La funcin principal del empaque con grava es la de actuar como un filtro, permitiendo el movimiento natural del fluido, y a la vez evitar que los granos de arena de la formacin productora y otros slidos entren en el pozo. Bloquear la formacin contra el empaque de grava es la clave para controlar el movimiento de la arena. Cuando se obtiene un bloqueo efectivo tanto de la arena como de otras partculas slidas que son arrastradas por los fluidos de la formacin, ambas son depositadas en la periferia del empaque, de tal manera que solo pasen fluidos limpios.

El xito de un empaque con grava depende, en gran parte, de la seleccin correcta del tamao de la grava y de su colocacin apropiada alrededor del forro ranurado o rejilla. Si el tamao de la grava a emplearse no es seleccionado, migrara al empaquetamiento de grava, por lo cual se restringir la permeabilidad efectiva y este restringir la produccin. El empaque con grava debe cubrir completamente los alrededores de la tubera ranurada o rejilla, ya que si quedan cavidades, stas permitirn la migracin y produccin de arena en la formacin. Otro aspecto importante es que el empaque debe ser colocado sin causar ningn dao a su permeabilidad, asegurando as una mayor productividad.

Anlisis granulomtrico de la formacin

La base de la seleccin del tamao de la grava es el anlisis granulomtrico de la arena de formacin. El tamao de la grava debe ser seleccionado a travs de un mtodo que suministre suficiente exactitud. El mtodo utilizado por la industria petrolera es el de TYLER STANDARD SCREEN SCALE. El tamao de las partculas que componen la arena se determina por medio de tamices, los cuales se colocan uno sobre otro en escala de mayor a menor. Los tamices o mallas estn numerados de acuerdo a la cantidad de ranuras por pulgadas cuadradas, en unidades TYLER MESH. La muestra a analizar se debe lavar y secar con anterioridad, para eliminar todos los residuos de hidrocarburos y otras impurezas presentes en ellas. Posteriormente, se pasa a travs de los tamices y se pesa la cantidad de arena retenida en cada tamiz. Los datos obtenidos se grafican en papel semi-logaritmico en porcentaje de peso retenido acumulado en funcin del dimetro de las malla o tamiz, o en funcin del tamao del grano. Esta curva representa la distribucin acumulativa del tamao de los granos de arena de la formacin. La inclinacin de la curva es un medida de la uniformidad de la arena, es decir mientras ms inclinada sea la curva, mas uniforme ser la arena estudiada. La posicin de la curva en el grfico indica el, rango del tamao del grano, es decir las curvas ms hacia la derecha indican granos ms pequeos.

FIGURA 6: DISTRIBUCIN DE LOS TAMAOS DE LOS GRANOS DE ARENA DE FORMACIN DE UN ANALISIS GRANULOMETRICO

Relacin Grava-Arena

La relacin grava-arena se define como la razn que existe entre el tamao del grano de grava y el tamao del grano de la arena de formacin. Este parmetro es de vital importancia para la seleccin correcta del rango de grava a utilizarse en un empaque. Este trmino hasta el momento no ha sido estandarizado, los autores que han investigado al respeto tienen diversidad de criterios.

En su trabajo inicial, al definir las relaciones de tamao de grava-arena, coberly considero nicamente el problema de impedir el movimiento de arena hacia la luz del pozo y no la permeabilidad del empaque. Esto tuvo como resultado unas relaciones grava-arena bastante alta.

Ms tarde encontr que para una produccin mxima, la arena de la formacin deba de tenerse en la superficie externa del empaque de grava, ya que si la arena de formacin penetra al empaque se produce puenteo, lo que disminuye considerablemente la permeabilidad del empaque.

Esta idea llevo a la industria petrolera hacia la utilizacin de relaciones grava-arena muchos menores. Las relaciones grava-arena recomendadas por los primeros investigadores son las siguientes:

5.2. CRITERIO DE SELECCIN DEL EMPAQUE DE GRAVA.-

a) Mtodos de Saucier o Mtodo de Mxima Productividad

Define la relacin grava-arena como la razn existente entre la grava de 50 percentil y la arena de 50 percentil. Sus trabajos de investigacin fueron enfocados hacia el efecto de la relacin grava-arena en la permeabilidad de empaque. Estudios experimentales llevaron al descubrimiento del parmetro D, llamado la relacin del dimetro, el cual se define como:

Donde:

Dp 50 = Es el tamao promedio de grava (Punto 50 percentil).

Df 50 = Es el tamao promedio de la arena de la formacin (Punto 50 percentil).

La relacin del dimetro D, fue correlacionada empricamente con la permeabilidad del empaque y se encontr que la relacin de 5 a 6 es el valor ptimo para controlar efectivamente la invasin de arena, mientras se retiene la mxima permeabilidad. La fig. 7 es una ilustracin grafica de estos resultados.

FIGURA 7: DISEO DE EMPAQUE CON GRAVA DE SAUCIER

Mediante el uso de esta tcnica se puede comenzar un procedimiento de diseo obteniendo Df 50 del anlisis cedazo de la arena. Despus de seleccionar un valor de D, entre 5 y 6, DP 50 se calcula por la ecuacin:

DP 50= D * Df 50

Una vez obtenido DP 50, el grado requerido de grava es seleccionado en la 3A (Tipos de grava comnmente disponibles).

b) Mtodo de Schwartz

Schwartz recomend usar un tamao 6 veces mayor al tamao critico de los granos de formacin. Considera que una relacin grava-arena mayor o igual a cinco (5) producira un empaque estable, un valor de seis (6) es usado como optimo y uno de ocho (8) es considerado como mximo.

Toma en cuenta la uniformidad en los tamaos de los granos de la arena de formacin, asi como la velocidad de entrada del fluido a la grava.

Coeficiente de uniformidad de Schwartz:

La velocidad de entrada al empaque de determina mediante:

Si C3 y C0.05 pie/seg, el tamao critico es igual al D10

Si C5 o V0.05 pie/seg, el tamao critico es igual al D40

Si C10 y V0.1 pie/seg, el tamao critico es igual al D70

Para dimensionar la grava, se multiplica por 6 el tamao crtico de la arena.

c) Criterio de Ordenamiento

Este criterio considera la fraccin fina de arena de formacin y segn esta propone diferentes alternativas para la completacin del pozo.

Coeficiente de orden:

Con los resultados arrojados nos dirigimos a la tabla anlisis granulomtrico y luego a Valores de los percentiles y coeficientes.

FIGURA 8: CURVA DE DISTRIBUCIN

5.3. CONTROL Y NORMAS DE CALIDAD DE LA GRAVA.-

Para asegurar la productividad del pozo es necesario revisar la calidad de la grava, pues de estas dependen muchos factores, como lo es la permeabilidad de la grava y su capacidad de controlar el movimiento de la arena, para as permitir una productividad total de la formacin. Durante muchos aos la seleccin de la grava se basaba en los tamaos ms grandes por su permeabilidad. Actualmente la norma API RP58 presenta las propiedades que debe cumplir un empaque de grava. Siguiendo estas especificaciones se garantiza la longevidad de la grava en condiciones tpicas de produccin y tratamiento. Existen cuatros parmetros que caracterizan y sirven a la vez como el control de calidad de la grava.

5.3.1 Anlisis Mineralgico

Con este anlisis se determina el contenido de cuarzo en la grava, el cual representa la resistencia de la misma. A mayor contenido de cuarzo se tiende a generar menor cantidad de finos cuando la grava se somete a fuerzas compresivas. Aunque el API no ha estandarizado el contenido de cuarzo que debe tener una grava, se acepta generalmente, que una grava de gran calidad debe tener un contenido de cuarzo de 98%. Esto quiere decir que una grava de buena calidad no debe generar ms del 2% de finos cuando se somete a fuerzas compresivas.

5.3.2 Anlisis Granulomtrico

El API recomienda que en una grava de buena calidad no debe haber ms de 2% de granos finos y 2% de granos ms gruesos, es decir, el mnimo de material tamizado debe ser igual a 96%.

5.3.3 Redondez y esfericidad

La redondez es la medida del grado de tersura o igualdad de superficie del grano. La esfericidad es la medida del grano en el cual el aspecto del grano se aproxima a una esfera. Ambos, redondez y esfericidad pueden ser medidos al microscopio y el resultado comparado con la carta de Krumbein para asignarle una escala. (Figura 9).

Estas propiedades son importantes, ya que son responsables de la degradacin mecnica que sufre la grava durante su transporte y bombeo.

Segn el API, una grava de buena calidad debe tener un mnimo de 0.6 unidades de Krumbein. Una grava con un rango menor de 0.6 indica que posee muchos finos y puntos que pueden ser fcilmente erosionados, creando finos. El aumento de angularidad aumenta la posibilidad de degradacin.

FIGURA 9: ESFERICIDAD Y REDONDEZ POR KRUMBEIN Y SLOSS

FIGURA 10: ESFERICIDAD Y REDONDEZ

5.3.5. Solubilidad en acido

La solubilidad indica la cantidad de impurezas, tales como: carbonato, feldespatos, hierro, arcillas, etc., las cuales no son conveniente que estn presentes en la grava. Esta prueba se determina con una solucin al 12%de cido clorhdrico (HCl) y al 3% de cido fluorhdrico (HF). Segn las especificaciones del API, una grava de buena calidad no debe disolver ms del 2% de ella en las soluciones acidas antes nombradas, despus de una hora de exposicin a temperatura ambiente.

5.4 Seleccin del Forro Ranurado

El forro ranurado es un tubo con ranuras finas; que sirve como parte del puente arena-grave-forro ranurado. En la seleccin del forro ranurado hay que considerar los siguientes parmetros:

Dimetro Externo

Las estadsticas han demostrado que en empaque de 1.25 pulgadas o ms de espesor (tabla N 2) proporciona la mayor proteccin contra fallas del forro ranurado.

Existen en el mercado diferentes tamaos de revestidores ranurados, los cuales se pueden combinar correctamente con el revestidor de produccin para proporcionar un espesor mnimo de empaque. Es importante el uso de centralizadores para asegurar un espesor uniforme del empaque. Estos deben ser colocados en el medio y al final de cada tubo.

TABLA 2: GUIA DE SELECCIN DE DIAMETROS PARA REJILLAS Y TUBOS RANURADOS

Tamao y densidad de las ranuras

El ancho de las ranuras debe ser diseado de tal forma que impida el paso de la arena de formacin a travs de ellas, y que disminuya el efecto de taponamiento ocasionado por los slidos y la arena de formacin.

El forro ranurado debe proporcionar suficiente velocidad de flujo, pero que no exceda la velocidad critica (0.1 pie/s). Las ranuras pueden ser cortadas verticales y horizontales, pero las primeras presentan mayor porcentaje de rea abierta a la formacin. Estas ranuras son cortadas formando un ngulo de ms o menos 6 grados, debido a que de esta forma tienen ms juegos de obstrucciones de Ios granos de arena, que si se cortaran en forma paralela. El nmero de ranuras por pie vara segn el dimetro y el tipo de tubera. Las longitudes de las ranuras varan de 1 a 6 pulgadas y estn espaciadas longitudinalmente 6 pulgadas de centro a centro. Debido a la necesidad de mantener la grava en forma compacta, las ranuras deben ser de un tamao ligeramente ms reducido que el dimetro de los granos de grava a utilizarse para el empaque. A continuacin se da una lista de gravas ms comunes y los tamaos de ranuras de forros equivalentes:

TABLA 3: GRAVAS MS COMUNES

Longitud

El forro ranurado o rejilla debe tener: de 5 a 10 pie como mnimo por encima de la perforacin ms elevada y de 5 a 10 pie por debajo de la perforacin ms profunda.

Esta tcnica se emplea con el fin que exista suficiente reserva de grava como para no dejar ningn intervalo sin el empaque, y as evitar el arenamiento prematuro del pozo por causas de compactacin de la grava.

Hay casos donde se encuentran zonas previamente forzadas con cemento encima del intervalo a empacar.

En estos casos es necesario aislar esta zona por medio de empacaduras, con el propsito de no exponerla a la presin final del empaque.

Grado de tubera

La solucin del grado del forro ranurado depende de la relacin gas-petrleo y de la proporcin de gases corrosivos (HZS y C02) presentes en la formacin por empacar. En el mercado existen tuberas de diferentes grados construidas especialmente para satisfacer las necesidades inherentes a cada situacin. Las tuberas comnmente usadas son las J-55, N80 y P-1055. Las dos ltimas son resistentes a las fuerzas de compresin y tensin, la J-55 es ms resistente a la corrosin, aunque existen tuberas especialmente diseadas para este tipo de situacin.

Evaluacin de los Empaques con Grava, Mediante Registros de Pozos (Gravel Pack-log)

Una vez que se ha realizado la operacin de empaque con grava se hace necesario saber si este se realiz correctamente, es decir, si no quedan espacios vacos en el anular, si el tope de la grava se alcanz Correctamente. Todo esto se puede detectar haciendo uso de un registro del pozo.

Actualmente, existe un tipo de registro denominado GRAVEL PACK LOG, el cual permite determinar la calidad del empaque de la grava.

La herramienta tiene un dimetro de 1.11/16" (figure N 11) con la cual es posible correr un gravel pack log en todos los programas de completacin usados actualmente.

FIGURA 11: REGISTRO GRAVEL PACK LOG

El espacio anular entre el forro ranurado o rejilla y el casing o formacin, dependiendo del tipo de empaque, es bombardeado por neutrones de alta energa generados por una fuente de amerilio berilio de alta actividad para reducir las variaciones estadsticas. Cuando estos neutrones llegan al estado termal alcanzan el detector no direccional y este mide las propiedades moderadas de la formacin.

Usando el espaciamiento adecuado fuentedetector, fuente- emisora, detector, para un determinado programa de completacin, la intensidad y cantidad de neutrones termalizados son representativos de la calidad del empaque. Si el empaque es de 100% (figure 12), la intensidad y cantidad de neutrones detectados ser alta. Usando estos dos parmetros, la electrnica de la sonda enva una determinada seal que ser procesada por el equipo computarizado de superficie. El caso contrario suceder cuando no haya empaque o tope del mismo, es decir, el empaque es 0% (figura N 13).

Generalmente, el gravel pack log se corre acompaado de un gamma ray y un ccl.

FIGURA 12: REPORTE DE GRAVEL PACK LOG PARA UN EMPAQUE DE 100%

FIGURA 13: REPORTE DE GRAVEL PACK LOG PARA UN EMPAQUE DE 0%

6. Causas ms comunes que ocasionan fallas de los empaques con grava.

La duracin de un empaque con grava debe ser tal que permita amortizar todos los costos de servicio y alquileres ocasionados por el trabajo requerido. Esta duracin no depende solamente de la calidad y tipo de grava usado, sino que est afectada por factores mecnicos, los cuales puedes ser consecuencia de un mal diseo del forro ranurado, de la tasa de bombeo de la mescla graba- fluido, de las herramientas utilizadas, as como de las propiedades de los fluidos producidos.

Los factores mecnicos que comn mente ocasionan fallas de los empaques son:

Diseo y calidad de grava inadecuados

La finalidad de utilizar el empaque con grava es que actu como filtro de la arena de la formacin, invitando que esta sea producida conjuntamente con los fluidos. Un mal diseo del tamao de la grava representa una deficiencia del filtro formado por la misma, lo cual permite que los granos de arena pasen al pozo. Si la grava es de mala calidad, es decir, si no cumple con las especificaciones API, puede degradarse fcilmente por cualquier cambio de temperatura, PH o friccin ocurrida en la formacin. Esto genera finos que posteriormente pueden taponar el revestidor ranurado, trayendo como consecuencia una restriccin en la produccin.

Formacin de puente de grava

Los puentes de grava son zonas inestables, que se forman por la filtracin de la mescla grava- fluido a nivel de la perforaciones. Esto crea zonas de mayor concentracin de grava a lo largo del revestidor ranurado, dejando por debajo espacios vacos o con poca compactacin. Bajo las condiciones de produccin y con el tiempo, estos puentes con grava se rompen y el resto del revestidor busca un nuevo equilibrio, dejando espacios vacos por donde pueda migrar fcilmente la arena de formacin.

La formacin de los puentes de grava est ntimamente relacionada con las tasa de bombeo de la grava, con la densidad de la mescla. Si se utilizan mesclas con altas concentraciones de grava en fluidos poco viscosos bajas tasas de bombeo, se corre el riesgo que se forme un puente de grava. Es por esta razn que se debe tener especial cuidado en la seleccin del fluido transportador de la grava y de la taza a la cual se a de bombear la grava.

Comunicacin

Esta es una de las fallas ms comunes de los empaques con grava, se dice que hay comunicacin cuando la arena de formacin pasa a travs del espacio comprendido entre la empacadura del forro ranurado y el revestidor de produccin durante la produccin del pozo. Esto puede ocurrir como consecuencia de un mal asentamiento de la empacadura, deficiencia de los sellos o de una mala operacin de cierre del porta cuello.

Corrosin del revestidor ranurado

La corrosin es un fenmeno que ocurre frecuentemente en los pozos que producen petrleo con alto corte agua salada y gran contenido de sulfuro de hidrogeno (H2S)

Y dixido de carbono (CO2).

Estas soluciones son altamente destructivas y ocasionan perforaciones de gran tamao en el tubo revestidor ranurado, que permite en el paso de grava y arena hacia el pozo. Esto trae como consecuencia el arenamiento prematuro del pozo. Por esta razn se debe dar un tratamiento especial a las zonas donde existen problemas de corrosin.

Degradacin de la grava por efectos de la inyeccin de vapor.

Se ha observado que los empaques con gravas tienen un periodo de vida muy corta, en los pozos sometidos a inyeccin de vapor, con respecto a los empaques en pozos que producen por mtodos convencionales. Una de las causas de las fallas de estos empaques es la degradacin de la grava por efecto de las condiciones de presin, temperatura y pH alto a las cuales est sometida. Los componentes fundamentales de la grava son cuarzo y minerales silicios, los cuales se mantienen inalterables a bajas temperaturas y pH menores que nueve, la velocidad de disolucin, estos minerales aumenta considerablemente.

Aspectos generales del efecto del vapor sobre la degradacin de la graba

La inyeccin de vapor es una de las tcnicas ms eficaces para la extraccin de crudos que, por su alta viscosidad, presentan dificultades para su produccin utilizando mtodos convencionales.

Dado que la mayora de los yacimientos son sometidos a la inyeccin de vapor producen petrleo con alto contenido de arena, se hace necesario aplicarle algn mtodo de control de arena, que generalmente es un empaque con graba. Sin embargo, estudios de laboratorio y campo han demostrado que la grava y arena de formacin pueden ser disueltas rpidamente en efluente de generacin de vapor.

La disolucin de la grava del empaque puede ser disminuida rpidamente atendiendo el pH del agua inyectada por debajo de 9.5. El pH del efluente del vapor se puede hacer menor de la siguiente manera:

Se selecciona el agua de alimentacin de tal manera que tenga baja concentracin de iones HCO3 (tiene menos de 10 mg/1).

Se somete el agua de alimentacin al tratamiento qumico con cido clorhdrico (HC1) para mantener el pH requerido. En este aspecto hay que tener suficiente cuidado debido a que la adicin de mucho acido causa alta corrosin en el generador. Muy poco acido reduce insuficientemente el pH del efluente del generador.

7. Tipos de empaque con grava

El empaque con grava, segn el tipo de completacin al cual est asociado, se denomina como: (fig. 14).

Empaque en hueco entubado

Empaque en hueco abierto

FIGURA 14: DISEO DE EMPAQUE

7.1. Empaque con grava en hueco entubado

Con este tipo de complementacin se obtiene la flexibilidad necesaria para producir las arenas de manera selectiva.

El empaque con grava en hueco entubado y caoneado se utiliza principalmente en yacimiento con:

Empuje muy activo de agua o gas

Arenas intermedias en contactos con zonas de gas o agua

Arenas de poco espesor.

Para empaque con grava en hueco entubado se han desarrollado diferentes tcnicas o procedimientos. Estas varan de acuerdo a las necesidades y condiciones de las formaciones sometidas al tratamiento y de los equipos disponibles o utilizados para el proceso. Dentro de estas tcnicas se pueden considerar las siguientes:

7.1.1 Limpieza de tneles de caoneo

La limpieza de los tneles de caoneo es una operacin recomendable en este caso. Se hace con la finalidad de remover los posibles daos causados a las formacin o arenas productoras durante la perforacin, segmentacin y durante el caoneo. Generalmente se usan 3 tcnicas las cuales se explican a continuacin:

7.1.1.1 Lavado de perforaciones

En esta tcnica es usada una herramienta tipo acopado (wash- tool fig.15) con petrleo limpio, agua o gel y una razn no menor a los 10 min por pies perforado (experiencia de campo) para garantizar un excelente trabajo de limpieza del tnel caoneado.

FIGURA 15: LAVADO DE PRFORACIONES

Con esto se puede lograr lo siguiente:

Chequear con la tubera la posicin del TDH y las perforaciones.

Chequear si el can o tiros perforaron el revestidor.

Remover o sacar parte del lodo cemento y residuos del can que obstruye el tnel o penetracin del can.

Lograr una cavidad detrs del revestidor que permitir un mayor grosor de grava y a la vez permita tomar muestras de la arena de formacin.

7.1.1.2 Rotura del disco

Con la rotura del disco se logra una presin positiva de la formacin o arena productora hacia el hueco. Con esto se logran las sig. Condiciones: (fig. 16).

FIGURA 16: EQUIPO PARA PRUEBAS RAPIDAS DE PRODUCCION UTILIZANDO CRUDOS DE BAJA GRAVEDAD API

7.1.1.3 Lavado con espuma estable

Esta es una tcnica que no es usada frecuentemente, pero es mucho ms efectiva que los mtodos anteriores y viene a ser una de las estimulaciones mejores que se le puede hacer a un pozo antes de empacarlo.

La espuma estable es una dispersin de gas (gas natural, nitrgeno, aire, etc.), lquido y un surfactante como estabilizador, con las siguientes propiedades: fluido no newtoniano, fuerza gelatinosa bighan, mnima densidad y altsima viscosidad a baja tasa de corte. Estas propiedades permiten obtener las siguientes ventajas en su aplicacin:

Presin positiva hacia el pozo lo cual permite la produccin de arena y contaminantes, as como tambin de los fluidos del pozo durante la circulacin.

Limpieza de arena (degradada) y finos despus de la inyeccin de vapor de agua.

No hay perdida de fluido a la formacin (no se pierde circulacin) y no se se causa dao a la formacin.

Altsimo poder de acarreo de partculas y rapidez de limpieza.

7.1.1.4 Tcnica de circulacin invertida

En esta tcnica se baja primeramente el forro ranurado o rejilla hasta el intervalo que va a empacarse. Luego se bombea la grava con un fluido acarreador a travs de la seccin anular revestidor de produccin. La grava se deposita en el espacio alrededor del forro ranurado o rejilla y el fluido pasa a travs de la tubera de produccin. En este tipo de operaciones siempre se hace necesario dejar una reserva de grava, debido a que la grava colocada en el espacio anular puede sedimentarse o compactarse una vez que se ha terminado de empacar. Si esto ocurre la seccin superior quedara libre a la migracin y produccin de arena de formacin. Por esta razn siempre conviene colocar un tubo indicador entre la tubera ciega y el forro ranurado o rejilla, as este indicara, con un incremento de presin en la superficie, cuando la grava a llegado al tubo liso. El tubo indicador tiene generalmente una densidad de ranuras mucho menor que el tubo ranurado.

7.1.1.5 Tcnicas de crucero

La tcnica de crucero o desviacin del flujo es muy similar a la de circulacin inversa en lo que respecta a colocacin de grava. La diferencia estriba en que la grava y el fluido acarreador son bombeados por la tubera hasta un punto por encima del forro ranurado o rejilla. Apartir de all se desva el flujo, a travs de la herramienta de cruce, hacia la seccin anular entre el forro ranurado o rejilla y la tubera de revestimiento. La grava se deposita alrededor del forro ranurado y el fluido regresa, a travs de las ranuras, por la tubera lavadora (wash - pipe) y sube hasta la herramienta de cruce, la cual lo desva hacia el espacio anular saliendo a la superficie. En esta tcnica se usan dos formas:

Con tres copas y zapata lavadora.

Con dos copas y tapn o punta de lpiz (fig17 y 18)

FIGURA 17: PROCEDIMIENTO OPERACIONAL (CON TRES COPAS)

FIGURA 18: PROCEDIMIENTO OPERACIONAL (CON DOS COPAS)

-Tcnicas de dos etapas

Esta tcnica es una combinacin de las antes mencionadas. Fue especialmente diseada para completaciones en hoyos revestido. El primer paso de esta tcnica es exactamente el mismo utilizado en la primera parte de la tcnica de lavado. Las perforaciones se lavan creando cavidades detrs de ellas, luego se llenan con grava y se limpia el pozo. Posteriormente, se baja el forro ranurado o rejilla hasta posicionarla frente a las perforaciones y se procede a bombear la grava utilizando la tcnica del crucero o la de circulacin inversa.

-Tcnica de Empacamiento con grava a alta densidad (Slurry- Pack)

Este proceso utiliza un fluido de transporte altamente viscoso. La alta viscosidad del fluido permite usar una mayor concentracin de grava, la cual llega generalmente hasta 15 lbs/gal. Esta mezcla de alta densidad puede ser bombeada a tasa menor. La alta concentracin de grava permite al fluido actuar en forma similar a una mezcla de cemento, desplazando la arena de formacin completamente, por lo cual se reduce el mezclado de la grava con la arena de formacin. Simultneamente, la grava es inyectada a travs de las perforaciones llenando los espacios o las cavidades vacas detrs de la tubera de revestimiento. Otro beneficio del proceso a alta densidad es que al tener un fluido acarreador de alta viscosidad y al existir mayor concentracin de grava en la, mezcla disminuye la posibilidad de prdida de fluido hacia la formacin, lo que no ocurre con los fluidos convencionales usados comnmente. La posibilidad de daar la formacin por cambios de saturacin, tales como: hinchamiento de arcillas, formacin, se reduce considerablemente. Este sistema utiliza, generalmente, fluidos viscosos a base de agua (GEL), debido a que ha dado mejores resultado que los fluidos a base de aceite.

7.1.2 Operacin de caoneo en arenas no consolidadas

La operacin de caoneo es una tcnica aplicada en las operaciones de completacin de pozos con hueco revestido. Su principal objetivo es proveer una comunicacin efectiva entre el pozo y el yacimiento. Esto consiste en perforar un hueco a travs de la tubera de revestimiento y el cemento, as como tambin dentro de la formacin.

Cuando nos encontramos con la tarea de controlar arena de la formacin en una completacin de hoyo entubado, la tcnica de caoneo seleccionada es esencial para obtener xito en la operacin de empaque con grava. Lo ideal en este tipo de trabajo es que el movimiento de grava se obtenga en la cara de la formacin para que pueda ser exitoso. Esto implica que la grava debe ser empacada dentro de los tneles de las perforaciones. Para conseguir esto, las perforaciones deben tener dimetros grandes (facilitado as, la colocacin de la grava contra la cara de la formacin).

As los requerimientos bsicos en el caoneo para control de arena se pueden resumir como sigue:

Hueco de entrada grande o dimetro grande

Densidad de disparo mximo

La mayora de las compaas que ofrecen servicios de caoneo tienen herramientas que ofrecen servicios de caoneo tienen herramientas que estn diseadas especficamente para producir huecos de dimetros grandes (can a chorros hasta 0.87 pulgadas, figura 19).

FIGURA 19: FORMACION DE CHORRO

Estos dispositivos pueden ser caones bajados con guayas, los cuales requieren disparo de presin positiva, es decir presin hidrosttica en el pozo mayor que la presin de la formacin. Cuando se abre la perforacin los fluidos del pozo entran en la formacin tratando de balancear las presiones. El otro mtodo en el caoneo se refiere a caones bajados con tubera o referidos frecuentemente como disparo con presin inversa. En este caso la presin hidrosttica en el pozo es menor que la presin de la formacin. Una vez abiertas las perforaciones, el fluido de la formacin se precipita dentro del pozo, limpiando as los tneles de las perforaciones.

La densidad de las perforaciones es siempre un asunto controversial. Por muchos aos la prctica fue de 2 disparos de chorros por pie. Recientemente, se usan cuatro disparos de chorros (jet) por pie y casi todos son reacios a ir ms lejos por miedo a costo adicional y debilitamiento de la tubera de revestimiento. Sin embargo, en estudios experimentales sobre las resistencia colapso de las tuberas se revestimiento, se ha demostrado que si los disparos se hacen en fases de 90 grados se pueden usar hasta 12 disparos (jet) por pie, sin exceder una reduccin del 10% de la resistencia al colapso de la tubera de revestimiento, lo cual est dentro de las especificaciones de las API sobre espesor de la pared (fig. 20).

FIGURA 20: EFECTOS DE LA DENSIDAD DE LAS PERFORACIONES Y DESFASAJE SOBRE LA RESISTENCIA AL COLAPSO DE LA TUBERIA DE REVESTIMIENTO

Es bueno advertir que es conveniente usar un mnimo de seis disparos por pie, hueco de tamao grande, con una densidad preferida de ocho disparos por pie, hueco de tamao grande. Esto es muy importante, cuando se caonea para control de arena.

En los pozos con altos volmenes de gas, donde puede ocurrir flujo turbulento en los tneles de las perforaciones, se necesita utilizar una densidad mxima de perforaciones.

7.3 Empaque de Hueco Abierto

Los empaques con grava a hueco abierto son usados principalmente donde las caractersticas de la formacin permitan completar a hueco abierto y donde la instalacin del control de arena debe permitir la produccin mxima de tal forma de obtener un alto aprovechamiento. Aun cuando los mtodos de empaque con grava en huecos entubados (Circulacin inversa y herramienta de cauce), descritos anteriormente, son aplicados generalmente a completaciones en hueco abierto para intervalos cortos y casos de zonas Productoras simples. Tambin se pueden usar algunos equipos y procedimientos especiales para situaciones alternas. Estas situaciones son:

7.3.1 Completacion en zonas simples

Los pasos a seguir en un empaque con grava en hueco abierto pueden numerarse as: ampliacin del hueco, limpieza del hueco, colocacin en sitio de la rejilla o ranurados (liner), bombeo de la grava y fijacin del colgador (empacadura del ranurado).

7.7.2.1 Ampliacin del Hueco

Despus de haber corrido el revestidor y perforado el pozo a hueco abierto hasta la profundidad total, en un intervalo de la zona productora (Figura 21-A) se corre el ampliador ensanchando el hueco aproximadamente 2 veces el dimetro original. Se recomienda un espesor de 3 a 4 pulgadas de grava, entre la rejilla/ranurado y las paredes de la formacin (Figura 21-B). Preferiblemente, el ampliador debe ser del tipo de cuchillas, en lugar del tipo de conos para poder ampliar en forma pareja.

FIGURA 21: AMPLIACIN DEL HUECO PARA EMPAQUE CON GRAVA A HUECO ABIERTO

Fuente: completacion y reacondicionamiento de pozos pg. 417.

Durante la ampliacin es recomendable usar un fluido de bajo gel y alta viscosidad, bajo filtrado para minimizar daos a la formacin y optimar la remocin de los ripios (el fluido polmero hidrxido etil celulosa HEC posee estas caracterstica). No se debe pensar en ahorro de tiempo cuando se amplia, debido a que un fluido de completacin barato puede daar la formacin, provocando reparaciones prematuras del pozo. Aqu es donde se decide la vida, aprovechamiento y productividad del pozo.

7.7.2.2 Limpieza del Hueco

Para esta operacin se corre la sarta de tubera abierta con casco de mula hasta la profundidad total, circulando hasta la superficie ripios o cualquier basura dentro del hueco. Esta es una operacin muy importante en empaque con grava en hueco abierto. (Figura 22).

FIGURA 22: EMPAQUE CON GRAVA HUECO ABIERTO


7.7.2.3 Colocacin en sitio del ranurado y bombeo de Grava

Se baja el equipo de empaque compuesto de ranurado, centralizadores, tubo indicador, tubo liso, colgador o empacadura de empaque, herramienta de cruce o empaque con sus tubos lavadores (estos van en la parte interna del ranurado). Se chequea la profundidad del hueco y se coloca el ranurado de modo que cubra o quede frente a la zona productora. Se procede a bombear la grava por el tubing (esta operacin depende del tipo de herramienta o empacadura que se est usando). La grava sale por el orificio de la herramienta de empaque al espacio anular entre el hueco abierto y el ranurado, formndose de ese modo un filtro de grava (previamente seleccionada de acuerdo al anlisis granulomtrico) entre la cara o pared de la formacin y el ranurado. Al llenarse el espacio anular se observa un incremento de presin, lo cual indica que el empaque esta por culminar y ha alcanzado el nivel del tubo indicador. Se corta el bombeo de guaya y se contina bombeando fluido limpio para desplazar la grava en la sarta y de esa forma presionando para apretar bien la que se ha colocado entre la formacin y el ranurado. (Figuras 23 y 24).

FIGURA 23: EMPAQUE CON GRAVA A HUECO ABIERTO


FIGURA 24: ILUSTRACION DE PROCESOS DE EMPAQUE CON GRAVA A HUECO ABIERTO


7.7.2.4 Fijacin del Colgador y Limpieza Interna del Ranurado

La fijacin o asentamiento del colgador se realiza una vez finalizado el bombeo de grava (esta operacin depende del tipo de colgador que se est usando). Una vez asentado el colgador, se bombea fluido limpio de casing a tubing para limpiar la parte interna del ranurado. (Figura 23-B).

FIGURA 24: ILUSTRACIN DE PROCESOS DE EMPAQUE CON GRAVA HUECO ABIERTO


7.7.3 Completacion de zonas Mltiples

Este tipo de completacin es una combinacin de hueco abierto y hueco entubado en pozos perforados en dos o ms arenas no consolidadas. Por lo general, lo que se hace es correr revestidor y cementar hasta la profundidad total (Figura 25-A) y luego se baja con fresa y se abre una ventana en la arena o zona productora ms profunda. (Figura 25-B).

FIGURA 25: EMPAQUE CON GRAVA EN HUECO AMPLIADO Y ENTUBADO


Posterior a esta operacin se ampla el hueco (Figure 26-A).

Despus de ampliar el hueco, se precede a empacar el pozo como se explic en el caso del empaque en hueco abierto, pero sin asentar colgador. Se saca la sarta con herramienta de empaque (crossover), dejando el ensamblaje malla-empaque en el hueco. Luego, se baja y asienta una empacadura con tapn recuperable y se le deja caer algo de grava sobre ella. El tapn y la grava son para aislar la zona productora inferior y a la vez evitar que cualquier basura generada en el trabajo de la zona productora superior pueda daar u obstruir el ranurado o la rejilla. (Figura 26-B).



La zona superior es caoneada, se limpian las perforaciones y se empaca con grava. El procedimiento a seguir es igual al usado para hueco entubado. (Figura 27-A).

Para poner el pozo a producir en las zonas empacadas, el pozo es completado con una empacadura de produccin doble: donde la sarta larga es conectada a la empacadura inferior y la sarta corta es conectada en la empacadura de produccin dobl (Figura 27-B).



7.7.4 Desviacin corta (side Track)

Este tipo de operacin (side Track) se realiza cuando un pozo empacado hueco abierto presenta falla en el empaque con grava (el pozo presenta problemas de arena) y el forro ranurado es imposible pescarlo. La operacin consiste en abrir una ventana por debajo de la zapata del revestidor, y luego perforar un hueco desviado para ampliar y empacar nuevamente. (Figura 28).

FIGURA 28: DESVIACION CORTA (SIDE TRACK)


7.8 Fluidos usados en Empaques

Uno de los factores ms importantes en el empaque con grava es el tipo de fluido utilizado para el transporte, empaquetamiento y remocin de la grava.

Cuando se selecciona un fluido para empaque con grava se debe tomar en cuenta la alta viscosidad o fluido no viscoso. Ambas consideraciones tienen ventajas y desventajas.

Los fluidos de alta viscosidad (generalmente polmeros) tienen excelentes caractersticas de suspensin y la concentracin de grava este entre 10-15 lb/gal. Debido a la excelente capacidad de acarreo, la tasa de bombeo puede ser baja (1/4 - 1/2 BPM) sin temor de que le grava se asiente.

Una baja tasa de bombeo implica una baja velocidad, lo cual a su vez minimiza la posibilidad de golpear o penetrar la cara de le formacin, reduciendo las probabilidades de entremezclar la arena de la formacin con la grava (Figure 29). En las completaciones de hueco entubado, un fluido de alta viscosidad ayuda a colocar le grava dentro de los tneles de las perforaciones, lo cual es altamente deseable en este caso.

FIGURA 29: EFECTOS DE ACARREO DE GRAVA CON FLUIDOS DE BAJA VISCOSIDAD Y ALTA TASA DE BOMBEO EN EL FRENTE DE LA ARENA PRODUCTORA


Sin embargo, la contraccin que ocurre cuando las cadenas de los polmeros se rompen, puede generar una reduccin de volumen hasta de un 30%, lo cual significa una posible formacin de vacos dentro del empaque y prdida del empaquetamiento de la grava alrededor del ranurado.

Finalmente, el aspecto econmico no debe ser pasado por alto, el HEC (o fluidos similares) son de mayor precio que las salmueras.

Un fluido de baja densidad generalmente contiene una concentracin de grava de 1/2 - 2 lb/gal. Para prevenir la segregacin gravitacional de la grava, mientras se circula por la tubera de produccin-anular, la tasa de bombeo tiene que ser mantenida cerca de 2 o 3 BPM. Por consiguiente, hay una alta velocidad lineal y una posible mezcla grava/arena. La grava alrededor de la malla es fuertemente empacada con una mezcla de baja viscosidad, porque el fluido puede salir fcilmente fuera de la grava hacia adentro o fuera de la formacin. Sin embargo, mientras ms bajo sea el contenido de grava de una mezcla, ms grande ser el volumen de mezcla que se necesita para empacar una cantidad dada de grava y ms grande el volumen de fluido perdido dentro de la formacin. Aqu existe de nuevo otra posibilidad de dao.

7.9 Forzamiento Grava-Fluido (Petrleo, Gel); S.O.S.

Esta tcnica es usada en pozos que generan gran cantidad de finos, los cuales son muy difciles de controlar con el empaque de grava corriente. Tambin es usado en pozos inyectados con vapor (antes o despus), utilizando como material de soporte bauxita sinterizada (la bauxita es usada para evitar la degradacin o disolucin por efectos de la temperatura y el pH).

La tcnica del S.O.S. es muy parecida a la de fractura: con la diferencia de que las presiones en el S.0.S. Son menores, por tratar formaciones someras y con permeabilidades bastante altas en comparacin con las calizas tratadas en un trabajo de fractura. Otra diferencia de acuerdo a estudios realizados es que el S.O.S. (Grava, Bauxita, etc.) penetra en la formacin en forma horizontal en comparacin con las fracturas que lo hacen en forma vertical.

La forma operacional de esta tcnica la podemos enumerar de la siguiente manera:

Asentar empacadura +- 100 pie por encima del tope de las perforaciones de la arena de inters.

Presurizar el espacio anular de acuerdo a presin de estallido del revestidor y presin de bombeo esperado, con el fin de ayudar a que la empacadura no se desasiente.

Bombear por la tubera de produccin (tubing) petrleo limpio o gel con demulsificante (Un galn por cada 10 barriles de petrleo), hasta romper y despus estabilizar la presin de la formacin.

Bombear el material de soporte (grave bauxita) a una tasa de 8-10 BPM, empezando con una concentracin baja de material de soporte (1/4-1/2 lbs 1-2 lbs/gal), dependiendo de la presin de la formacin. El bombeo se hace selectivo utilizando pelotas de polietileno. El nmero de estas pelotas est dado por la densidad de tiros por pie al revestidor y por el comportamiento del bombeo (el tiempo de lanzamiento de las pelotas est sujeto al tiempo estimado y criterio del ingeniero o supervisor de la operacin). Al conseguir la presin final (generalmente, de 3000 a 4000 LPC) se detiene el bombeo.

Se desplaza con petrleo o gel limpio el material de soporte en la tubera y se cierra el pozo hasta que la presin se difunda (presin del cabezal cero LPC).

Se desasienta la empacadura, se chequea fondo por arena y se saca la sarta.

7.10 Consolidacin de Arena (MTODO QUIMICO)

Los problemas de produccin de arena ocurren al completar formaciones que no estn naturalmente consolidadas o cementadas intergranularmente por depsitos minerales.

Resulta lgico, tratar de mejorar el control de arena, considerar la consolidacin artificial de los granos de arena de la formacin. Es por ello se elimina la necesidad de colocar camisas en el hueco perforado, haciendo as posible un mejor control de la inyeccin de fluidos para estimulacin o recuperacin secundaria de pozos y trabajos de reparacin ms fciles.

Si la formacin inalterada se puede consolidar en sitio, antes de que su estado natural sea alterado, se puede obtener una productividad natural mxima y habr muy poco o ningn movimiento de partculas finas. Desde el primer proceso exitoso y todos los subsiguientes han usado resinas sintticas liquidas y polmeros de bajo orden, generalmente llamados plsticos en la industria petrolera. Se han hecho muy buenos intentos con materiales consolidantes inorgnicos, pero no se ha conseguido un mtodo que totalmente sea exitoso.

7.11 Requisitos de Resina

La resina consolidantes debe cementar los granos de la formacin y mantenerlos juntos para prevenir friccin o frotacin, astillamiento o flujo plstico entre ellos, bajo los esfuerzos resultantes de la produccin del pozo. Al mismo tiempo, se debe retener suficiente permeabilidad de la formacin para obtener una productividad adecuada.

A continuacin se describen algunas propiedades importantes de la resinas consolidantes.

Viscosidad: Debe ser bombeable a presiones de inyeccin superficiales razonables a tasas suficientemente altas para que el tiempo de bombeo no sea excesivo. Generalmente, las viscosidades altas tambin reducen la retencin de permeabilidad.

Adhesin: Debe mejorar fcilmente la superficie de las partculas, de tal forma que pegue los granos unos con otros cuando se polimerice a un slido. La resina polimerizada final tendr alta resistencia a la tensin y a la comprensin.

Vida de almacenamiento larga: La resina ser estable, de tal forma que no exista peligro que se deteriore y se obtengan resultados pobres o retardos en los trabajos.

Tiempo de polimeracin corto y controlable: Una polimerizacin prematura puede arruinar una terminacin. Sin embargo, el tiempo do espera despus de su colocacin, debe ser preferiblemente de pocas horas. (Los tiempos ms largos, generalmente, son necesarios para formaciones cuyas temperaturas son menores de 100 F).

Alta resistencia qumica: La resina polimerizada debe aguantar los fluidos de pozos naturales, cidos y otros qumicos de tratamientos del pozo, por muchos aos, probablemente hasta que la terminacin sea abandonada.

Compatibilidad de la formacin: su comportamiento no debe ser afectado por un amplio rango de caractersticas de la formacin, incluyendo distribucin de tamaos, composicin mineral, contenido de arcilla, porosidad, permeabilidad, temperatura, presin y caractersticas de los fluidos.

Los lquidos deben ser no txicos y seguros de manejar con precauciones razonables. Tiempo de mezcla mnimo en el pozo para disminuir el tiempo del equipo (que puede ser una parte significante del costo del trabajo).

7.11.1 Tipos de resina consolidantes

Los qumicos consolidantes son obtenidos desde hace 40 aos y se ha utilizado un gran nmero de material consolidantes, incluyendo coque de petrleo. Los materiales actualmente utilizados usan sistemas ms plsticos solidificados para proveer la cementacin intergranular. Estos sistemas incluyen resinas epoxidicas, fenlicas, furan, etc. En la tabla N 5 se muestran las resinas ms usadas con el proveedor y la compaa de servicio que la vende.

TABLA 4: PROCEDIMIENTOS COMERCIALES DE CONSOLIDACION DE ARENA


7.11.2 Colocacin de la resina

En un principio, el mtodo de consolidacin de arenas solo tuvo xito en arenas de menos de 5 pie de espesor, limpias y uniformes. Un anlisis de los resultados indica que se necesitan mejores resinas y mejores tcnicas de colocacin.

En la actualidad, los avances de ambas tcnicas, de colocacin y control del trabajo y el desarrollo de mejores resinas originan resultados de campo ms satisfactorios. El intervalo a ser tratado debe ser aislado del resto del pozo para asegurar la inyeccin dentro de las perforaciones, prevenir prdida de los fluidos del proceso y contaminacin de la resina. La mayora de los procesos incluyen la inyeccin de un fluido, como pre-flujo (preflush) adelante de la resina para desplazar los hidrocarburos y el agua; La figure 30 ilustra la colocacin de una empacadura simple con la secuencia del pre-flujo, la resina, flujo de permeabilidad y activador para un proceso de sobre-flujo (over-flush) con la resina activada en sitio.

FIGURA 30: CONSOLIDACION DE ARENA POR SOBRE FLUJO


El intervalo tratado con el asentamiento de la empacadura simple. Mostrado en la figura 30 usualmente es menor de 10 pie.

Se ha desarrollado una empacadura da inyeccin mltiple para aislar el intervalo de terminacin en secciones de 2 pie, como se muestra en la Figura 31. El caoneo es modelado para que coincida con la localizacin del modelo MIP usando un indicador recuperable especial.

FIGURA 31: EMPACADURA DE INYECCION MULTIPLE


Cada mdulo MIP tiene dispositivos de regulacin del flujo para asegurar un tratamiento adecuado de las perforaciones aisladas para las empacadura del mdulo.

El MIP fue diseado para mejorar los resultados en intervalo largos, formaciones con variaciones significativas de permeabilidad e intervalo discontinuo.

Los fluidos de consolidacin de arena son bombeados tambin por la tubera de produccin y se usan sartas de trabajo de tubera de pequeo dimetro, a travs de la tubera de produccin, para colocar los fluidos de consolidacin de arena para completar o reparar. La secuencia de trabajo tpica en una terminacin que ha sido arenada es limpieza, reempaque, limpieza y bombeo de las series normales de fluidos de consolidacin de arenas dentro de la formacin. La relacin de xito es, por consiguiente, menor que para completaciones nuevas en las que no se causan disturbios, pero el costo es menor comparado con trabajo de reparacin normal y se pueden desarrollar programas econmicos para muchas formaciones.

8 Diseo del trabajo y control.

La primera etapa en el diseo de un trabajo de consolidacin de arena es la seleccin del intervalo de terminacin, intervalos de caoneo y densidad de las perforaciones. Si el intervalo total es menor de 8 o 10 pie en una arena relativamente limpia y uniforme, un tapn colocado alrededor de 2 pie debajo de las perforaciones y una empacadura en la tubera de inyeccin, sobre las perforaciones, dar un adecuado tratamiento para lograr un buen trabajo. El nmero de perforaciones debe estar relacionado con la productividad esperada. En el pasado fueron muy comunes de 4 a 6 perforaciones por pie, pero muchos ingenieros ahora especifican solamente una perforacin por pie. Pocas perforaciones para un intervalo dado y el volumen de tratamiento dan una mayor probabilidad de agua cada perforacin reciba la cantidad adecuada de fluido de consolidacin.

Para intervalo mayores de 8 a 10 pie, variaciones de permeabilidad altas y zonas interestratificadas, se utilizara la empacadura de inyeccin mltiple (MIP) o la empacadura simple mltiple. Las perforaciones son seleccionadas en el centro da la arena al menos a un pie de los estratos de lutita, para obtener buena permeabilidad e impedir posibles taponamientos o fallas en la consolidacin que resultan de los disturbios causados en la lutita.

El proceso de consolidacin debe seleccionarse con las mejores caractersticas para el tipo de fonacin. Se debe tomar en cuenta cualquier informacin relevante sobre la formacin y se puede utilizar como evaluacin la lista da verificacin de las propiedades de la resina dada anteriormente.

Si el ingeniero de control de arena no est encargado de la perforacin, debe mantener estrecha vinculacin con el ingeniero de perforacin sobre el programa y progreso cuando se alcancen los intervalos productivos esperados.

Es esencial que la perforacin sea hecha con el mnimo dao a la productividad y que el pozo sea mantenido en dimetro para facilitar un buen trabajo de cementacin. Si el trabajo de cementacin es cuestionable, la zona de completacion debe ser cementada por forzamiento de tal forma que no ocurra canalizacin.

La logstica en la consolidacin de la arena debe ser cuidadosamente coordinada para asegurar que se disponga del equipo, materiales y mano de obra apropiados cuando el pozo est listo para la consolidacin. Se debe instruir a todo el personal involucrado en el trabajo de tal forma que cada quien sepa lo que va a hacer. Existe mucha evidencia, pero no existen pruebas de que muchas consolidaciones de arena fallan debido a que no son seguidos los procedimientos especificados.

Despus que se cementa el pozo, se coloca un fluido libre de partculas a travs del intervalo antes del caoneo. La inyeccin de los fluidos de consolidacin debe hacerse, tan pronto como sea posible, para minimizar la posible contaminacin de las perforaciones.

La presin de inyeccin debe ser menor que la presin de fractura, sin embargo, las fracturas en formaciones blandas se remedian o curan rpidamente, y algunos operadores establecen la presin de fractura inyectando diesel, e inyectando los fluidos de consolidacin de la arena a presiones ms bajas. Tambin se puede utilizar correlaciones de presiones de fractura regionales. La figura 32 es un registro de presin de trabajo hecho por el proceso de consolidacin de arenas con sobre-flujo (overflush).

FIGURA 32: REGISTRO DE PRESION DE UN TRATAMIENTO CON PLASTICO


Despus de obtener la presin de fractura indicada en el grfico, la presin fue reducida para inyectar la resina dentro de la formacin. Posteriormente, la presin fue aumentada gradualmente a medida que se iba inyectando la resine. Finalmente decreci durante la inyeccin del sobre-flujo.

El tiempo de polimerizacin de la resina depende del tipo de resina y de la temperatura de la formacin. No se debe causar disturbio en el pozo antes de haber esperado el tiempo adecuado.

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFIAS

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