Evaluacin de Proyectos

Evaluacin de ProyectosAUMENTO DE PRODUCCIN CON ENPAQUE DE GRAVAS

INTRODUCCIONEl problema de la arena no es nuevo y afecto a la industria entera. En algunos casos muchas toneladas de arena pueden emanar de un reservorio en un solo da. Los mtodos tradicionales del control de arena, aplicados como parte de la completacin de pozos, incluyen al empaque de grava y filtros de arena, y a todos estos tienen el mismo objetivo: Proveer una barrera que impida la entrada de arena al pozo mezclada con los hidrocarburos.Una formacin de arena porosa y permeable llena de volmenes de hidrocarburos que fluyen fcilmente en un pozo, es el sueo de todo ingeniero petrolero. Pero cuando la formacin de arena se vuelve in consolidada y los granos de arena fluyen al pozo junto con el petrleo, ese sueo se vuelve una pesadilla. La arena puede llegar a daar los equipos de produccin ales como ser las vlvulas, tuberas y separadores; puede causar un bajo rendimiento del pozo llegando a perder la produccin.Es por estas razones que las empresas petroleras, hoy en da se encuentran con muchos progresos alrededor del mundo, donde el control y manejo de arena es un requisito para mantener las operaciones a salvo y maximizar los ingresos en campos con formaciones arenosas in consolidadas.Tomando como ejemplo a la empresa petrolera BP, esta estima que casi 2 millones de barriles por da de petrleo y gas producido por su empresa, provienen de reservorios que son descritos como arenosos, es por ello que estos pueden en algn punto durante su ciclo de vida, producir arena a superficie, este desafo creciente del mane efectivo de problemas potenciales producido por la arenal han hecho que las empresas petroleras hagan progresos significativos en la garanta de la no produccin de arena.

Algunas formaciones productoras son dbiles estructuralmente y no pueden resistir la diferencial de presin creada por los fluidos que se mueven a travs de ella, en estos casos los granos de arena se aflojan y salen en direccin al pozo y as comienza a producir arena junto con hidrocarburos y a veces cantidades importantes que hacen que el pozo se tape y disminuya su produccin.La prediccin de la magnitud de produccin de arena en yacimientos con formaciones in consolidadas o dbiles, es crucial para la minimizacin de la incertidumbre cuando se disea una terminacin, adems, la prediccin correcta de la produccin de arena puede significar un ahorro de varios millones de dlares por pozo para las compaas operadoras.El control de arena con empaque de grava es una tcnica efectiva y ampliamente utilizada en Bolivia, la cual emplaza grava, alrededor de cedazos metlicos o filtros de exclusin de arena, en la cara de la formacin productora, los cuales impiden el paso de la arena y permiten el flujo de hidrocarburos limpios.La grava es arena natural redonda, limpia y bien clasificada, dimensionada como para excluir los granos de la formacin y las partculas de rocas ms pequeas o finas.Este documento, representa una Evaluacin Tcnica del dio del empaque de grava y filtro, basada en la experiencia obtenida de pozos del mismo campo con condiciones similares. Si bien contiene aspectos Legales y Econmicos estos se realizaron a razn de cumplir con los requerimientos universitarios.Finalmente el nombre del pozo X-5 del Campo Carrasco escogido para estudio no es real, ya que por polticas de la empresa operadora CHACO S.A, no es posible revelar el nombre y ubicacin preciso del pozo en cuestin, pero vale destacar que los datos presentados en este documento estn basados en datos reales de un pozo del campo Carrasco del departamento de Cochabamba.ANTECEDENTESEl control de arena tiene su inicio histrico en la perforacin de pozos de agua. Los primeros pozos de agua fueron perforados usando roca dura o hierro como herramientas de percusin. Cuando los problemas de arena aparecieron en este tipo de pozos, empezaron a prevenir el problema llenando una pequea parte del pozo con rocas grandes.Ms adelante, se desarrollaron mejores mtodos para eliminar la produccin de arena y mantener una alta produccin de agua. En la industria petrolera, a finales del siglo 19 y principio del siglo 20, se hacan agujeros en los liners para la produccin de arena, y luego se dieron cuenta que podran bajar grava a travs del anular para formar empaques de grava, los cuales daban mejores resultados.Los liners perforados fueron populares en los inicios del siglo 20, sin tener la menor preocupacin de los tamaos de perforaciones usados. Luego el control de arena dio un gran salto en el sector petrolero con gente como C.J. Coberly, quien pblico su trabajo Seleccin de filtros para arenas in consolidadas en 1937.Este fue el punto de inicio para los diseos tcnicos y herramientas para el control de arena. En la segunda mitad del silo 20, algunos de los principales tcnicas del control de arena se desarrollaron, como ser: Consolidacin de arena, liners ranurados, filtros con envolturas de alambres, filtros pre empacados, filtros Premium, empaques de grava, frac packs, empaques de grava para pozos horizontales y de alto ngulo.Se tiene en cuenta que entre un 60 y un 70% de los depsitos de hidrocarburos en el mundo estn en reservorios arenosos[footnoteRef:2], siendo la proporcin en Bolivia an mayor. [2: ]

DELIMITACION DEL ESTUDIOLIMITE GEOGRAFICOEl pozo CRC X-5 se encuentro en:Pas : BoliviaDepartamento: CochabambaProvincia : CarrascoBloque : ChimoreCampo : CarrascoLIMITE SUSTANTIVOEl estudio se desarrollara circunscrito en a las teoras que sustentan la evaluacin tcnica, y diseo de una complementacin de pozo.rea de la investigacin: Pozos con problema de arenamiento y restriccin del caudal de produccin.Tema especfico: Aplicacin de la Tcnica de Control de Arena con Empaque de Grava (Gravel Pack)LIMITE TEMPORALLa investigacin se llevara a cabo en aproximadamente seis meses desde febrero a julio del ao 2009, con informacin necesaria que se pueda recabar de la empresa Chaco S.A. para la elaboracin del proyecto.LIMITE INSTITUCIONALLa experiencia que se lleg a obtener del control de arena de dicho pozo servir como punto de referencia para estudios en otros pozos de la zona que tengan el mismo problema, pero no influir en el programa operativo de Chaco S.A.El Campo Carrasco fue descubierto en 1991. Inicialmente se explot el rea por agotamiento natural, sin embargo a partir del ao 2002, se inyecta gas pobre o residual a la formacin para mejorar la produccin y la recuperacin de los hidrocarburos del reservorio productor. En este campo se perforaron 12 pozos, actualmente 2 son productores, 3 son inyectores de gas y uno es inyector de agua de formacin.La profundidad promedio de estos pozos es de 4.750 metros, se encuentran las arenas productoras Robore I. La produccin promedio de este campo es de 140 barriles diarios de petrleo, 13,5 millones de pies cbicos de gas/da, 60 barriles de gasolina natural/da y alrededor de 28 metros cbicos de gas licuado/da.PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La fuerza de la formacin deriva principalmente del material cementante que une a los granos de arena, contribuyendo tambin la compactacin y textura.Los esfuerzos de la formacin provienen de muchos factores que incluyen la cada de presin causada por la produccin que da como resultado una disparidad de los esfuerzos compresivos de grano a grano lo que tiende a causar el desprendimiento de estos, tambin influye la fuerza de arrastre de los fluidos producidos (viscosidad), invasin de fluidos que disuelven el material cementado.Esta produccin de arena limitara la productividad del pozo y causara daos a los equipos de fondo y superficie. Se podra controlar esta situacin restringiendo los caudales de produccin con el choque a caudales que no permitan la produccin de arena, pero esto vendra a ser antieconmico ya que limitaramos la produccin de este y no se aprovechara su potencial.El aporte de arena de las formaciones evita en la mayora de los casosla produccin econmica de un pozo creando problemas adicionales en los equipos de fondo y superficie, esto hace necesario contar con un diseo ptimo de control de arena con empaque de grava para el pozo CRC X-5 cuya formacin productora (Yantata) es considerada como un reservorio de arena inconsolidadas, realizando un anlisis exhaustivo de las variables que se estudian en este tipo de control de arena.FORMULACION DEL PROBLEMASera Viable tcnica y econmicamente la aplicacin de la tcnica de empaque de grava en el pozo X5 del Campo Carrasco?SISTEMATIZACION DE PROBLEMA Y ABORDAJE DE LA SOLUCIONEl problema de arenamiento en los pozos generalmente es fruto de la poca consolidacin de las rocas productoras que generalmente suelen ser arenas, esto ocasiona una obstruccin en el sistema y reduccin del caudal de Hidrocarburo extrado, resultado de ello lleva a considerables prdidas econmicas. Es por ello que el presente documento presenta la tcnica de control de arena con empaque de grava como una posible solucin a este problema.DESARROLLO DEL PROBLEMA Y ABORDAJE DE LA SOLUCIONFormaciones productor Hidrocarburos con baja consolidacin provocan el araamiento del pozo, para ello se propone una posible solucin con la tcnica de empaque de grava.CAUSASCausa 1 Poca consolidacin de las arenas productoras.Causa 2 Desgaste del cemento que une los granos de la roca productora, a causa de la diferencia de presin en el reservorio.Causa 3 Mal tcnica de perforacin y terminacin aplicada en el pozo por un mal estudio de las caracterizas geolgicas y petrofsicas de la zona productora.EFECTOSEfecto 1 Desmoronamiento de la arena productora del pozo.Efecto 2 Produccin de arena en el fondo de pozo.Efecto 3 Produccin de arena en la tubera, en las lneas superficiales y equipos de separacin.ACCIONESAccin 1 Sellar la zona mal consolidada con la introduccin de grava y colocacin de filtros en la sarta.Accin 2 Regular el caudal de flujo para evitar produccin de arena.Accin 3 Anlisis de testigos y evaluacin de su compactacin.FINESFin 1 Evitar el arenamiento en el fondo de pozo.Fin 2 Evitar taponamiento por instruccin de arena.Fin 3 Mejora en la tcnica de evaluacin e interpretacin de testigos.OBJETIVOSAplicar la Tcnica de Control de Arena con Empaque de Grava (Gravel Pack) para el pozo X-5 del campo Carrasco.OBJETIVOS ESPECIFICOS Analizar los datos bsicos del pozo e identificar la magnitud del problema en la zona productora. Realizar un anlisis de las muestras de arena, para as obtener un criterio de diseo para el empaque de grava. Realizar el clculo del volumen y bombeo de la grava. Hacer una evaluacin econmica-comparativa del control de arena en la zona. Realizar las conclusiones y recomendaciones.JUSTIFICACIONJUSTIFICACION TECNICAEl diseo del control de arena con empaque de grava permitir controlar la produccin de arena, promoviendo un flujo de hidrocarburos limpios a altos caudales, optimizando de esta manera la productividad del pozo.JUSTIFICACION ECONOMICALa utilizacin de esta tcnica es justificable econmicamente principalmente porque ocasiona un incremento en la produccin de hidrocarburos, lo que trae una mayor rentabilidad a menor tiempo, adems de ahorrar gastos futuros en la reparacin de quipos que podran verse afectados por problemas de arenificacion. Adems existe un respaldo histrico de anteriores pozos del mismo campo.JUSTIFICACION SOCIALAl aprovechar al mximo la produccin del yacimiento habr mayor beneficio econmico para el pas en cuestin del IDH y para la empresa ya que aumentaran sus ingresos.JUSTIFICACION AMBIENTALEn las operaciones del control de arena no se producen daos ni degradacin al medio ambiente ya que se realiza un plan de actividades para controlar los volmenes de grava y fluidos de terminacin que podran sobrar.Con el control de arenas, ya no habra la necesidad de efectuar programas de tratamiento y ubicacin de las arenas producidas en el futuro.

MARCO TEORICOCONTROL DE ARENA Aproximadamente el 30% de los yacimientos de areniscas del mundo son los suficientemente dbiles para generar produccin de arena. La produccin de arena trae consigo problemas costosos como dao a los equipos de superficie, daos a los tubulares y taponamiento, lo que se refleja en incremento de los costos y prdida en la produccin; y riesgos de accidentes por daos irreparables en las vlvulas de seguridad. Es por esto que es de suma importancia tener en cuenta al momento de realizar la completacin de un pozo si va a existir produccin de arena y que mtodo va a ser aplicado para su mitigacin. Mtodos de Control de Arena Existen cuatro mtodos principales disponibles actualmente para reducir la produccin de arena en un pozo. Restriccin de la Produccin En los yacimientos de areniscas los esfuerzos como consecuencia de la cada de presin afectan los minerales que mantienen unidos los granos de arena haciendo que estos se separen y se vayan al pozo.Este mtodo tiene como funcin bsica la disminucin de la produccin de los fluidos del yacimiento, para producir a una menor velocidad y lograr que los minerales que mantienen unidos a los granos no sean afectados. Esto resulta mejor para pozos horizontales porque se tiene un gran intervalo de formacin y se puede producir un flujo de volmenes equivalentes pero a una menor velocidad y as de esta manera controlar la produccin; en pozos verticales puede ser antieconmico. Consolidacin Qumica En Sitio Involucra la inyeccin de qumicos (Resinas) en formaciones naturalmente no consolidadas lo cual provee un enlace grano a grano pero se requiere de una gran adherencia para que su aplicacin sea exitosa. El objetivo es cementar los granos en su punto de contacto manteniendo la mxima permeabilidad. Para realizar una consolidacin qumica debe tenerse en cuenta los siguientes criterios: La zona no debe tener una longitud mayor a 25 pies para que as la resina y qumicos endurecedores se puedan dirigir de forma precisa al rea deseada. La temperatura de la zona no debe exceder los 280F para que los qumicos puedan ubicarse apropiadamente. La permeabilidad de la zona debe ser mayor o igual a 100 mD con una presencia de arcillas y feldespatos menor al 15%. La formacin debe contener menos de 5% de material calcreo. La zona debe estar revestida, correctamente cementada y caoneada. Mecnicos Son los ms comunes para el control de arena. Siempre incluyen algn tipo de mecanismo que se instala en el fondo del pozo lo que causa el acumulo de la arena y sirve como filtro para poder producir los fluidos. Hay dos tcnicas mecnicas principales que por lo general son usadas en conjunto: Empaque con Grava: Es una tcnica de puenteo que involucra la colocacin de un filtro de arena compacto frente a la formacin y en los tneles de las perforaciones Rejillas o Forros Ranurados: Es un equipo filtrante que es colocado para retener la arena y as evitar que esta se produzca con los fluidos de formacin. Los Forros ranurados son fabricados con tubulares usados en pozo abriendo una serie de ranuras longitudinales a travs de la pared del tubo y se utilizan en la completacin para evitar la produccin de la arena de empaque. Las Rejillas consisten en un espiral de alambre alrededor de una estructura de soporte formando un tubo, es posible controlar que tan apretada este la espiral para regular el tamao de las aberturas entre las vueltas. El rea de flujo de las rejillas es hasta 12 veces mayor que la de los forros ranurados.

Forro RanuradoCONCEPTOS BSICOS DE DISEO DE EMPAQUE CON GRAVA El objetivo principal de la ejecucin de un trabajo de empaque es restringir la produccin de arena que proviene de la formacin sin reducir excesivamente la productividad para esto lo ms importante es un buen diseo del empaque con grava que se va a realizar y hacerlo de la mejor manera. Durante el proceso de diseo se deben tomar en cuenta la seleccin de la arena de empaque, la formacin que va a ser empacada, los fluidos de tratamiento que van a ser utilizados, el dispositivo de rejilla y la tcnica de colocacin. Anlisis de la formacin El primer paso en el trabajo de diseo es analizar la formacin. Esto incluye determinar la compatibilidad de la formacin con varios cidos y fluidos de empaque con grava as como seleccionar el tamao correcto de grava a usar. La atencin en la obtencin y seleccin de las muestras ms representativas es esencial. El procedimiento bsico que debe seguirse para escoger la grava es: 1. Tomar muestra de la arena de formacin: Puede ser recolectando muestras de la arena producida o tomas de ncleo en fondo. 2. Anlisis de la arena de formacin: Para determinar el tamao de grava y la compatibilidad con los fluidos a ser empleados. Existen dos tcnicas utilizadas para determinar el tamao de las partculas:

Anlisis Granulomtrico Determina la distribucin del tamao a travs de separacin mecnica de las partculas. Requiere de 20 a 30 gr de muestra. Puede medir tamao de partculas solo por debajo de 40 m. Subestimacin de las partculas no esfricas. Relativamente fcil de realizar y con bajos costos iniciales de instrumentacin. La mayora de los trabajos en la literatura son basados en Anlisis Granulomtricos.Laser o Contador de Partculas Determina la distribucin del tamao a travs de medicin del grado de dispersin del laser. Requiere menos de 1 gr de muestra. Puede medir tamao de partcula entre 0.5 m y 2000 m. Puede hacer sobrestimacin de las partculas no esfricas. Tiene altos costos iniciales de instrumentacin. 3. Seleccin de la Grava: Despus de realizar el anlisis granulomtrico de la arena de formacin se prosigue a escoger el tamao de la arena de empaque mediante la aplicacin de los Mtodos de Seleccin del Tamao de Grava 4. Seleccin de la Rejilla: Siguiente a la escogencia de la grava de empaque se debe escoger la rejilla que ser utilizada para el trabajo de empaque. Esta debe ser 100% efectiva para mantener la arena del empaque en su lugar Seleccin de la Rejilla.

Seleccin de los Fluidos de Tratamiento En los inicios de la aplicacin del empaque con grava, las caractersticas migratorias y de hinchamiento que exhibe la arcilla cuando est expuesta al agua, dictaron el uso de materiales base aceite como fluido de acarreo en el empaque con grava. Con el avance de la tecnologa de control de arcilla, el agua puede ser tratada para ser compatible con las arcillas. La hidratacin de la arcilla puede ser prevenida usando salmueras sintticas, como cloruro de calcio o cloruro de amonio, o aadiendo estabilizadores qumicos de arcillas, a un sistema acuoso.Presencia de Arcillas y Composicin Qumica Todas las formaciones arenosas poseen partculas de arcilla, estas pueden causar taponamiento en los poros de la formacin por cualquier actividad en la que fluidos acuosos entren en la formacin, los efectos de estos fluidos en la formacin dependern de los siguientes factores: Estructura qumica de las arcillas. Diferencia entre los fluidos de la formacin y los fluidos inyectados. El arreglo de la arcilla dentro de la matriz porosa. La forma en la que se encuentran cementadas las arcillas en la matriz. La cantidad de arcilla presente.

La estructura de las arcillas se basa en mltiples capas de cristales. Todos los minerales de las arcillas poseen cargas negativas permanentes, debido a esto, ocurre la sustitucin de los iones de silicn y aluminio por iones de hierro (Fe), cromo (Cr), zinc (Zn) y litio (Li) los cuales son lo suficientemente pequeos. Las arcillas poseen una gran superficie de contacto debido a al tamao de las partculas de arcilla y su forma nica, por lo que si se comparan con los cuarzos las arcillas poseen una mayor superficie de contacto. Compatibilidad entre Fluido de Formacin y Fluido de Estimulacin Un diseo apropiado de tratamiento cido precedente al empaque con grava puede ser especialmente beneficiario en el control del hinchamiento y movimiento de las arcillas y finos. Un diseo apropiado de un sistema cido disolver gran parte de los depsitos de arcillas y estabilizar las arcillas remanentes cercanas al hoyo contactadas por el cido tratado. Realizando este trabajo antes de correr el ensamble de empaque con grava, es posible una mxima flexibilidad operacional, permitiendo el uso de divergentes particulares o dispositivos mecnicos para garantizar la cobertura de toda la zona tratada. La acidificacin en este tiempo tambin sirve para incrementar la tasa de prdida de fluido dentro de la formacin durante el subsecuente tratamiento de empaque con grava. Esto generalmente resulta en una mayor eficiencia calificada (mayor porcentaje de empaque con grava colocada y empacada alrededor del revestidor del empaque con grava, particularmente en pozos desviados). Todo esto, combinado al gran incremento de la vida productividad del pozo despus del tratamiento. La excesiva acidificacin en algunas formaciones dbilmente consolidadas puede remover mucho del material cementante que une los granos de arenas. Frecuentemente, el material de consolidacin en estas formaciones es la arcilla. Bajo estas circunstancias, fluyendo el pozo a tasas anormalmente altas durante la limpieza y despus de la acidificacin, puede resultar en la produccin de grandes cantidades de finos de formacin, lo cual puede perjudicar el xito del empaque con grava. Para prevenir que esto ocurra, los pozos deben ser puestos a fluir solo bajo condiciones controladas de baja a normal cada de presin despus de un trabajo de acidificacin o que el empaque haya sido hecho. Limpieza de Tubera previo a la Operacin de Empaque con Grava La grasa colocada en las conexiones de la sarta de trabajo, es extremadamente daina y no degradable por lo tanto, no debe ser permitido que entre a la formacin durante un trabajo de reparacin de pozo. Por esta razn, un tratamiento para limpiar la sarta de trabajo debe ser realizado para luego, bombear algn fluido a travs de la sarta de trabajo hasta dentro de la formacin. Este tratamiento de limpieza debe incorporar solventes orgnicos para sacar cualquier exceso de grasa de la sarta de trabajo el cual pudiese estar acumulado dentro de la sarta de trabajo. A pesar de las precauciones estndares de la industria como usar una brocha para pintura para aplicar la grasa en la sarta de trabajo solo escasamente al final del pin y a lo largo del dimetro interno de la sarta de trabajo, algn material potencialmente daino puede y frecuentemente permanece en la tubera cuando esta es corrida dentro del hoyo. S la tubera no ha sido limpiada recientemente, el tratamiento debe incluir algn cido para remover la corrosin interna. El cido debe ser bombeado a travs de la sarta de trabajo hasta 5 Barriles antes de llegar a la herramienta de empaque de grava y luego revesar el acido gastado bombeando desde el espacio anular a la sarta de trabajo. Compatibilidad entre Fluido de Formacin y Fluido de Acarreo El fluido ideal de acarreo es aquel que no cause dao a la formacin a travs de la reduccin en la permeabilidad. Normalmente los fluidos de acarreo se pueden hacer compatibles con la formacin incluyendo en stos, entre 2%-3% de Cloruro de Potasio Cloruro de Amonio. El estabilizador de arcillas tambin puede ser agregado al fluido, para formaciones arcillosas. El fluido de acarreo debe tener suficiente viscosidad para llevar suspendida la grava durante la colocacin de la misma. Mtodos de Seleccin del Tamao de la Grava La seleccin del tamao de grava ha cambiado a lo largo de los aos, para hacer esta seleccin existen distintos mtodos, actualmente el mtodo ms utilizado es el mtodo de Saucier el cual considera que el tamao de grava debe ser seis veces ms grandes que el tamao medio de los granos de la arena de formacin. La determinacin del tamao de grava debe ser realizada tomando en cuenta las mejores muestras tomadas y analizadas de la misma forma. El mtodo de Saucier dar las primeras consideraciones para la seleccin del tamao de grava, a menos que exista una regla local que la provea dichos resultados, de la tabla 4 se presenta un pequeo resumen de algunos mtodos utilizados para la seleccin del tamao de grava. Los principales mtodos utilizados para hacer la seleccin del tamao de grava son los siguientes:Mtodo de SaucierSaucier desarrollo el mtodo de seleccin de grava mayormente utilizado en la actualidad y parte del principio bsico que el control ptimo de la arena se logra cuando el tamao medio de la arena de empaque (D50p) es entre cinco a seis veces mayor que el tamao medio de los granos de la arena de formacin (D50f), esto hace que el mtodo sea aplicable solo para arenas uniformes aunque aos de experiencia en campo han demostrado que una relacin D50p/ D50f entre cinco y seis ayuda a compensar posibles errores de muestreo. S la relacin D50p/ D50f es mayor a seis se corre el riesgo de sobre-disear el tamao lo que permitira la entrada de arena de formacin al empaque, quedndose atascada, provocando una perdida en la productividad. S la relacin D50p/ D50f es mucho mayor se sobre-disea el empaque, la arena pasara libremente por el empaque y ser producida. S la relacin D50p/ D50f es menor a seis se sub-disear el empaque restringiendo totalmente el paso de la arena y comprometiendo la productividad del yacimiento. La figura muestra el efecto de las relaciones de D50p/ D50f en la permeabilidad.

Mtodo de Schwartz Este mtodo considera la Uniformidad de los granos de la arena de formacin para determinar el tamao de grava a utilizar, tambin considera el criterio de ordenamiento de los granos en el impacto del porcentaje de finos en la muestra (granos menores a 40 micrones). Schwartz define el Coeficiente de Uniformidad (C) de la arena de formacin como la relacin del percentil cuarenta entre el percentil noventa (D40f / D90f) y el Coeficiente de Ordenamiento (Co) como la relacin del percentil diez entre el percentil noventa y cinco (D10f / D95f). El criterio de seleccin del tamao de grava es el siguiente: Si C< 3 => Arena Uniforme. Entonces el tamao de la grava es seis veces el percentil diez de la arena de formacin (D10g=6 D10f). Si 5 Arena No Uniforme. Entonces el tamao de la grava es seis veces el percentil cuarenta de la arena de formacin (D40g=6 D40f). Si C> 10 Co > 10 D50f > 75 micrones => Arena Extremadamente No Uniforme. Entonces el tamao de la grava es seis veces el percentil setenta de la arena de formacin (D70g=6 D70f). Otros mtodos de seleccin de tamao de grava que han sido desarrollados a lo largo del tiempo sern descritos brevemente a continuacin: Mtodo de Hill: Recomienda el uso de un dimetro de grava menor que un factor de ocho veces el percentil diez de la arena de formacin (D10f). Mtodo de Coberly: El tamao de grava debe ser menor que un dimetro comprendido entre diez y trece veces el percentil diez de la arena de formacin (D10f). Adems recomienda aplicar para arenas uniformes ya que si se utiliza en arenas no uniformes los finos invaden la grava y restringen la permeabilidad. Mtodo de Gumpertz: Sugiere utilizar una grava once veces el diez percentil de la arena de formacin (D10f). Mtodo de Karpoff: Sugiere utilizar una grava de un tamao cinco a diez veces mayor que el cincuenta percentil de la arena de formacin (D50f). Mtodo de Stein: Sugiere el uso de un dimetro menor a cuatro veces el quince percentil (D15f) de la arena de formacin.

Criterio de TiffinEste criterio se basa en el tamao de los granos de la arena de formacin. Enfatiza en las formaciones que contienen grandes cantidades de finos, donde estos puedan contribuir a daos en la formacin muy altos y reducir la capacidad de produccin con mtodos de control tradicionales. Los diseos de completacin actuales de empaques con grava generalmente hacen un buen trabajo al prevenir la invasin de arena de formacin con yacimientos que tienen un patrn de distribucin normal. Para arenas con distribuciones que apuntan hacia ms finas y/o donde predominan grandes cantidades de finos, los daos de las completaciones tradicionales de empaque con grava y de rejilla llegan a ser grandes y ocasionar averas graves. Aunque se establece que la completacin de empaque con grava es un buen mecanismo, la cantidad de deterioro vista despus de empacar es a menudo severa. La causa de esto toma muchas formas, pero cada vez ms, el tamao y la presencia de finos de formacin se reconoce como uno de los mayores contribuyentes a este dao. La hiptesis bsica que Tiffin presenta y defiende es que algunas formaciones tienen el tamao correcto de finos y en cantidades suficientes para sellar el empaque con grava, causando severas restricciones en el flujo. Los principales finos sospechosos son los granos de formacin (clasificados como finos de arcillas) cuyos dimetros son inferiores al dimetro de la malla #325 ( 1 darcy, con la posibilidad de usar rejilla pre-empacada). S Co < 10, C< 5 y Porcentaje de Finos < 5% :

Esta zona puede controlarse mejor por medio de rejillas con nuevas tecnologas, con mallas metlicas entretejidas (es necesario que la permeabilidad de la formacin (K) > 1 darcy para completacin a hoyo revestido). S Co < 20, C< 5 y Porcentaje de Finos < 5% :

Rangos promedios. Este intervalo puede ser controlado con grava de tamao grande (7D50f 8D50f), colocada en empaque con agua a alta tasa, particularmente si el tamao de los granos es consistente en toda la zona de inters. S Co < 20, C< 5 y Porcentaje de Finos < 10% :

Rangos promedios tambin con muchos finos se puede usar una combinacin de grava de dimetros grandes y una rejilla que deje pasar los finos. S Co > 20, C> 5 y Porcentaje de Finos > 10% :

Las proporciones ms altas, particularmente aquellas acompaadas con grandes cantidades de finos sealan una necesidad crtica de ampliar el hoyo a travs de fracturamiento, tecnologa de ampliacin de pozos horizontales o multilaterales, o grandes volmenes de pre-empacados para minimizar daos severos de la permeabilidad en la interface grava/arena debido al flujo. La grava sinttica puede ofrecer ventajas sobre la grava natural en la optimizacin de las tasas de produccin y minimizar la invasin de arena. Seleccin de la Rejilla Las rejillas son usadas a lo largo del mundo para evitar la produccin de arena, pueden ser utilizadas con un empaque con grava o solas (standalone), para escogerse la rejilla que va a ser utilizada en un pozo con produccin de arena es importante tener en cuenta las condiciones del yacimiento, y si se va a colocar con un empaque con grava debe conocerse el tamao de la grava para poder ajustar el tamao de la abertura de la malla. Abertura de la Malla de la Rejilla La configuracin de la ranura abierta en la malla es de gran importancia. Si las aberturas son paralelas el taponamiento ocurrir cuando los granos pequeos de la arena formen especies de puentes en las aberturas, es por esto que se recomienda la utilizacin de ranuras en forma de cua, como se muestra en la Figura.

Es importante destacar que en caso de la utilizacin de empaques con grava las ranuras deben ser suficientemente pequeas para que la grava no pase a travs de estas. Una regla aceptable para el clculo de la abertura de la rejilla es que el espaciamiento entre el alambre debe ser aproximadamente un medio (1/2) a dos tercios (2/3) del grano ms pequeo de la grava. La figura muestra la abertura recomendada para ciertos tamaos de grava.

Figura. Abertura de la rejilla recomendado dependiendo del tamao de la grava

Tipos de Rejillas A continuacin sern explicadas los tres tipos de rejillas utilizados comnmente en la actualidad: Rejillas de Alambre Enrollado (WireWrap) Estas rejillas consisten en una espiral de alambre de acero inoxidable alrededor de una estructura de soporte formando un tubo. Es posible controlar que tan apretada est la espiral para as regular el tamao de las aberturas entre las vueltas. Usa, como muchas rejillas, alambre de forma triangular lo cual reduce el taponamiento al permitir el paso de las partculas que se mueven a travs del calibre de la rejilla exterior.

Figura. Rejilla de Alambre Enrollado.Fuente: Sand Control Engineering Manual, SCHLUMBERGER

Rejillas Pre-empacadas: Es un tipo de rejilla de alambre enrollado. Estas rejillas utilizan arena de empaque revestida con resina, como parte propia de la rejilla. Estas son incluidas como mecanismo de mayor seguridad en el caso de que falle el empaque. Ideales para pozos horizontales propensos a la produccin de arena. Mejor control de finos que la rejilla de alambre enrollado, menos susceptibilidad al taponamiento y a la erosin.

Figura. Rejilla de Alambre Enrollado Pre-empacada.Fuente: Sand Control Engineering Manual, SCHLUMBERGER

Rejillas Premium Las rejillas Premium se caracterizan por tener varias capas de mallas de alambre en su superficie que forman un filtro sobre un tubo perforado. Las dos capas ms internas son para proporcionarle mayor resistencia mecnica, la segunda capa ms externa es la que realmente funciona como filtro y la ultima capa, la ms externa, es una capa protectora necesaria para la proteccin de la malla. La ventaja principal de estas rejillas es que por su cantidad de capas provee un mayor rendimiento de la filtracin de arenas poco uniformes, adems tienen mayor rea de drenaje lo que resulta en una mayor resistencia a la erosin. Son fabricadas con unmaterial ms resistente por lo cual son utilizadas en condiciones severas y en yacimientos de gas.

Figura II.27. Rejilla Premium.Fuente: Sand Control Engineering Manual, SCHLUMBERGERALLFRAC AlternatePathScreensEn su traduccin en espaol, Rejillas de Trayectoria Alterna, son rejillas Premium utilizadas en la realizacin de trabajos de empaque con grava cuanto se tiene la presencia de dos o ms arenas a completar. Estas rejillas poseen unos tubos desviadores (shunttubes) al costado con orificios de salida (nozzles) cada 6 pies aproximadamente que permiten la entrada de la lechada por la parte superior y a medida que baja el fluido ir empacando la zona a travs de los orificios de salida. Este tipo de rejilla es utilizado simultneamente con una empacadura MZ.

Dimetro de Rejilla Existen seis factores principales que deben ser tomados en cuenta para determinar el tamao adecuado de la rejilla a utilizar, estos son: rea Interna. Espesor del empaque. Posicionamiento de la grava. Habilidad de sacar la rejilla fuera del hoyo. Dimetro interno para la toma de registros. Dimetro interno para la limpieza en determinados ensamblajes de la tubera

Las rejillas de alambre enrollados, las cuales se utilizarn en un tamao de revestidor dado, poseen una amplia rea de entrada para acomodar el flujo dentro de las aberturas. El rea interna en los forros ranurados es bastante ms crtica. Longitud de Rejilla La longitud de la rejilla debe ser suficiente para que se extienda entre 5 a 10 pies por debajo de los caoneados y un mnimo de 5 a 10 pies por encima. Esto asegura la cobertura con grava completa del intervalo caoneado. Ocasionalmente es necesario hacer 2 completaciones en zonas que estn muy cercas entre s, manteniendo el uso de la longitud recomendada de tubera lisa por encima del intervalo caoneado. En este caso, es normal correr una rejilla adicional por encima de los intervalos caoneados. Este procedimiento permite grava de reserva para ser depositada antes de la presin de cierre screenout. La rejilla es generalmente fabricada en longitudes de 30 pies con aproximadamente 24-26 pies de rejilla, pero es posible tener longitudes hechas por encargo. Las rejillas deben ser fabricadas con un mnimo de tubo liso en los extremos para fines de manipulacin y ajuste con las llaves. En estos espacios, la grava no puede ser deshidratada. Diseo de la Colocacin y Concentracin de Grava La concentracin del fluido de acarreo y de grava es dependiente de los fluidos usados y de las tcnicas de colocacin. Operacionalmente, los equipos de superficie de mezcla y de bombeo pueden manejar bajas concentraciones y altas concentraciones. La opinin de las compaas de servicio en cuanto a concentracin de grava ha sido previamente influenciada por el rendimiento del equipo de bombeo y sus limitaciones. El manejo en superficie debe ser satisfactorio para alcanzar las metas de colocacin de la grava en el hoyo. Presiones de bombeo en superficie son controladas y limitadas por el dimetro interno de la sarta de trabajo y la viscosidad efectiva de la lechada. El dimetro interno de la sarta de trabajo no puede ser cambiado, pero reduciendo la viscosidad del fluido de acarreo y la concentracin de grava es un mtodo efectivo para reducir la presin de bombeo en superficie, as permitiendo que la tasa de bombeo sea incrementada. Cuando se realizan trabajos de alta concentracin de grava, debe haber la viscosidad adecuada para el transporte de la grava a travs de los tneles de caoneo. Sin embargo, un empaque efectivo de los caoneados tambin requiere que la lechada sea deshidratada dentro de la formacin alrededor de los caoneados. Usando una baja concentracin de grava incrementa el volumen del fluido el cual debe ser acomodado en la formacin. Al reducir la viscosidad se reduce la capacidad de acarreo y se incrementa la tasa de prdida de fluido hacia la formacin, debe haber un compromiso para lograr ambos objetivos. Clculos Bsicos para determinar Cantidad de Grava y Fluido de Acarreo en Pozos Revestidos Los clculos para determinar la cantidad de grava y lechada sern descritos bsicamente, es importante tener en cuenta que la extensin de la rejilla debe tener mnimo cinco pies por encima y debajo de las perforaciones para asegurar su empaque y que si el intervalo de perforaciones es menor a cien pies la tubera lisa debe ser de la misma longitud de la rejilla. El procedimiento bsico es el siguiente: 1. Se determina el volumen anular entre el revestidor y la rejilla. 2. Se determina el volumen anular entre el revestidor y la tubera lisa. 3. Se calcula la cantidad de grava requerida para llenar las perforaciones, multiplicando el volumen neto de las perforaciones por un factor de volumen de empaque de perforaciones esperado (entre 0,25 0,5 pies cbicos por pie) y se suma con los dos volmenes anteriores, se multiplica por el factor de densidad de la grava que es 100 libras por pie cbico, para conocer la Grava Total Requerida (GTR) en libras. 4. Para conocer el volumen de fluido de acarreo requerido para la lechada se divide la GTR entre la concentracin de grava (ppa) por cuarenta y dos para llevarlo a barriles. 5. La concentracin de grava por el volumen absoluto de grava (en galn por libra, depende de la grava escogida) ms uno, se multiplica por el volumen de fluido de acarreo calculado anteriormente para determinar el volumen de la lechada. 6. Y por ltimo, para conocer la densidad de la lechada, la suma de la densidad del fluido de acarreo y la concentracin de grava se divide entre uno ms la multiplicacin del volumen absoluto de grava por la concentracin de esta. Tubera Lavadora La tubera lavadora tiene 3 objetivos: Minimizar que el fluido de acarreo tome el camino entre el dimetro externo de la tubera lavadora y el dimetro interno de la rejilla, para evitar que se formen posibles puentes Forzar al fluido de acarreo que se deshidrate hacia la formacin Permitir el retorno del fluido de acarreo hacia la superficie Los clculos de espaciamiento de la tubera lavadora son realizados para asegurar que el final de la parte inferior de la tubera lavadora permanezca en la posicin correcta durante el empaque con grava. La punta de la tubera lavadora debe estar lo ms cerca posible de la base de la ultima rejilla (1-3 pies por encima) ya sea durante la posicin de Forzamiento (SQ) Circulacin (C1)El dimetro externo de la tubera lavadora debe ser idealmente 80% (relacin 0.8) en tamao del dimetro interno de la rejilla. Es prctico el uso de un tamao mayor de tubera lavadora. TIPOS DE COMPLETACIN CON EMPAQUE DE GRAVA EN MLTIPLES ZONAS Para la realizacin de un trabajo de empaque con grava en mltiples zonas lo comnmente usado es una completacin por etapas, lo que quiere decir que se asienta una empacadura por encima de la arena ms profunda y se empaca primero esta, despus se desasienta la empacadura y se coloca por encima de la arena superior para siguientemente empacar esta arena y si hay una tercera arena se realiza el mismo procedimiento, se realiza una Completacin Convencional para Mltiples Zonas. Actualmente, se est innovando en la completacin de empaque con grava para mltiples zonas en una sola corrida, ahorrando tiempos y por consiguiente costos, y evitando los problemas de una completacin convencional. Completacin Convencional para Mltiples Zonas La configuracin para este tipo de completacin es bsicamente con una empacadura de sumidero, rejilla a lo largo de los intervalos caoneados, tubera lisa en los intervalos no caoneados, tubera lavadora en la parte interior de la rejilla, una herramienta de cruce que hace la comunicacin entre la parte interna de la tubera con el anular para pasar la lechada y realizar el empaque del anular y las perforaciones y una empacadura por encima.

Figura. Completacin de un Empaque Convencional de Dos ZonasSistema de Empaque Multizona en una Sola Corrida Con la intencin de mejorar el trabajo de empaque en pozos con mltiples arenas y reducir los tiempos de trabajo se crea este Sistema de Empaque Multizona, en el cual su configuracin permite el empaque de varias arenas en una sola corrida. Esta configuracin (figura II.30) comprende una empacadura de sumidero, rejilla Premiumcon tubos desviadores frente a los intervalos caoneados conectadas a una empacadura con tubos desviadores entre las arenas, tubera lisa en los intervalos no caoneados, tubera lavadora en la parte interior de la rejilla, herramienta de desvo para conectar la lechada desde la parte interna de la tubera con el anular y por encima una empacadura para situar la completacin.

Figura. Sistema de Empaque MultizonaSOFTWARES PARA LA SIMULACIN DE UN TRABAJO DE EMPAQUE CON GRAVA Para efectuar un trabajo de empaque con grava deben realizarse simulaciones del comportamiento del trabajo con la finalidad de evitar complicaciones al momento de la completacin y aumentar la eficiencia del trabajo. A continuacin se conocern los programas necesarios para la realizacin de un empaque con grava. SandAdvisorPara poder conocer el tipo de grava a ser utilizada en un pozo en especfico debe realizarse un anlisis granulomtrico de varias profundidades y escoger el tamao que mejor se adapte a la arena del yacimiento y as evitar su produccin. La herramienta computacional SandAdvisor, desarrollada por la empresa Schlumberger, realiza el anlisis granulomtrico y arroja el tamao de grava ptimo para los valores introducidos y el tamao de abertura de rejilla recomendado para este tamao de grava. En la figura se puede observar la ventana de inicio de la herramienta

Figura II.31. Ventana inicial del programa SandAdvisorFuente: SandAdvisorTDAS Otra herramienta computacional es TDAS (Tubular Design and AnalysisSystem, es decir, Sistema para el Diseo y Anlisis de Tubulares), la cual es desarrollada con la finalidad de conocer el movimiento y comportamiento de la tubera en las situaciones ms crticas del hoyo, esta herramienta toma en cuenta las fuerzas que pueden afectar y provocar el alargamiento o acortamiento de la tubera como lo son la temperatura, el efecto de abombamiento, la flotabilidad, fuerza aplicada, entre otras. La figura II.32 muestra la ventana inicial del programa.

Figura II.32. Ventana inicial del programa TDASFuente: TDAS 7.4, SchlumbergerSandCADESand Management ServicesDesign and Evaluation Software es un programa que permite la simulacin del trabajo de empaque con grava tomando en cuenta la informacin detallada de las arenas, grava a utilizar, fluido, la configuracin del pozo para conocer la efectividad de empacamiento de los tneles perforados y del espacio anular. La ventana inicial de la herramienta puede verse en la figura.

Figura II.33. Ventana inicial del programa SandCADEFuente: SandCADE, Schlumberger

WellBuilderLa herramienta computacional WellBuilder (CompletionSystemDesign, es decir, Diseo del Sistema de Completacin) fue desarrollada por Schlumberger con la finalidad de realizar el diseo de la completacin que ser introducida a un pozo, esto para conocer la ubicacin exacta de las herramientas de subsuelo y poder observar esquemticamente la completacin final en el pozo. La ventana inicial del programa se puede observar en la figura.

Figura II.34. Ventana inicial del programa WellBuilderFuente: WellBuilder 4.0, SchlumbergerCONCLUSIONES

BIBLIOGRAFIAUniversidad de Aquino BoliviaPgina 1