chapter 14, GRAVEL PACK PERFORMANCE

CaptuloPreparacion De Los Pozos Para Empaque Con Grava

Preparacin de los pozos para empaque con gravaCaptulo 8

Introduccin

Los elementos que garantizan el xito de la completacin de un pozo son la planificacin cuidadosa, la preparacin adecuada del pozo y la ejecucin en s de la completacin. La omisin de cualquiera de estos pasos podra traer como consecuencia una completacin que no logre sus objetivos, dado que muchas de las operaciones de completacin son interdependientes. Con el objeto de alcanzar las metas de la completacin para el control de arena, productividad y longevidad, es necesario prestar atencin a las prcticas de perforacin, limpieza, fluidos de completacin, caoneo, limpieza de las perforaciones, acidificacin, especificaciones de la grava, especificacin de las herramientas, taladro y personal de la empresa de servicios. La adecuada preparacin de un pozo para el empaque con grava puede ser la clave de una completacin exitosa.

Prcticas de perforacin

Las prcticas de perforacin pueden tener un efecto significativo sobre el xito de una completacin. La meta durante la perforacin de la zona productora debe ser mantener la estabilidad del pozo y un tamao de hoyo uniforme, con un fluido de perforacin no daino. Probablemente la peor situacin para la completacin de un empaque con grava es una zona productora caracterizada por irregularidades en el hoyo, producto de derrumbes y/o daos a la formacin por el uso de fluidos de perforacin incompatibles. En este caso, el caoneo se hace ms difcil, ya que las cargas no pueden penetrar a travs del anular de cemento ampliado y/o el dao profundo de la formacin para establecer contacto con la porcin de la formacin no perturbada y no daada. Adems de la perforacin, se debe prestar mucha atencin a la cementacin de la tubera de revestimiento a travs de la zona productora. Se deben realizar esfuerzos para establecer una buena adherencia del cemento, mientras se minimizan las prdidas de filtrado de cemento hacia la formacin. El empleo de las mejores prcticas de perforacin posibles ayudar a minimizar el dao cercano a la cara de la formacin y facilitar las operaciones de completacin. Con frecuencia, el xito de la completacin y la productividad del pozo se definen cuando la mecha entra en la zona productora.

Limpieza de la tubera de revestimiento, sarta de trabajo, tanques y tuberas

Uno de los aspectos ms importantes que se debe tomar en consideracin cuando se realiza una completacin para empaque con grava, es la limpieza. Dado que un empaque con grava representa la instalacin de un filtro de fondo, cualquier accin que pueda provocar la obstruccin del filtro (es decir, la arena del empaque con grava) va en detrimento del xito de la completacin y de la produccin del pozo. Se han logrado una serie de avances para mejorar la limpieza de las operaciones de empaque con grava, especialmente en lo que se refiere a los fluidos de completacin; sin embargo, a pesar del hecho de que se utilizan fluidos de completacin limpios, la falta de limpieza en la tubera de revestimiento, sarta de trabajo, tuberas, tanques y otros equipos representa una fuente potencial de dao a la formacin y prdida de productividad. Si bien es cierto que la limpieza del pozo y de los equipos del taladro puede resultar costosa, mucho ms lo es el perder la productividad o tener que repetir de nuevo toda la completacin por no haber realizado la limpieza apropiada desde un principio.

Slo se requiere un pie cbico de slidos para llenar por completo 495 perforaciones promedio de empaque con grava. A una densidad tpica de 12 disparos por pie, se obtiene un total de 41 pies de intervalo caoneado. En la completacin de formaciones de alta permeabilidad no consolidadas, la formacin suele estar experimentando prdida de fluidos. Si este es el caso, lo ms probable es que todos los slidos que entran en el pozo terminen en las perforaciones, y por lo tanto, el riesgo de dao a la formacin est latente y la necesidad de que se realicen las limpiezas es muy clara.

Tubera de revestimiento. Algunos materiales que se consideran altamente dainos y que estn asociados con la tubera de revestimiento son el xido, las costras de cemento y otros escombros. La remocin de estos materiales requiere corridas de mechas y raspadores, para separar mecnicamente los escombros y retirarlos posteriormente del pozo. Tambin se ha demostrado que los solventes, cidos y soluciones especiales de suspensin de partculas son tiles para la limpieza de las tuberas de revestimiento.

Sarta de trabajo. La sarta de trabajo contiene el mismo tipo de escombros asociados con la tubera de revestimiento. Sin embargo, a diferencia de sta ltima, tanto las superficies interna y externa deben estar limpias, ya que el fluido de completacin circula a lo largo de ambas superficies. En este caso, el raspado de la sarta de trabajo no es, por lo general, una opcin posible, as como lo era para la tubera de revestimiento, pero s se recomienda realizar inspecciones oculares de la tubera de produccin antes que sta se introduzca en el pozo, con el objeto de asegurarse de que la misma se encuentre limpia y en buenas condiciones mecnicas. Como mnimo, un conejo con un dimetro igual a la tolerancia del dimetro interno de la sarta de trabajo ayudar a aflojar las costras y otros escombros, y garantizar el dimetro interno de la sarta de trabajo. Las limpiezas posteriores pueden realizarse con solventes, cidos y tratamientos de circulacin de arena/agua, diseados para remover costras y otras partculas. Una vez que la sarta de trabajo est limpia, se deben realizar todos los esfuerzos para mantenerla en ese estado. Una fuente comn de contaminacin del empaque con grava es el lubricante de roscas. Por esa razn, se recomienda utilizar el lubricante de roscas con moderacin, y slo en los extremos de los pines durante la fase de completacin, y eliminar por completo el uso de este producto en la corrida final en el hoyo, justo antes de realizar el empaque con grava en el pozo. Se debe considerar el uso de una sarta de trabajo limpia dedicada exclusivamente para el empaque con grava, si se va a realizar la completacin de un cierto nmero de pozos.

Tanques y lneas. Algunas veces se ignoran los tanques y las lneas, pero stos son una causa comn de daos, en particular cuando el taladro con el cual se perfor el pozo se utiliza para completarlo. Los tanques deben rasparse cuidadosamente y limpiarse con chorro para asegurar la remocin de cualquier slido residual de los fluidos de perforacin. De ser posible, los tanques deben destinarse slo para los fluidos de completacin cuando exista un programa que contemple la perforacin de varios pozos que requieran empaques con grava. Para ayudar a remover los escombros de las lneas de los taladros, se sugiere emplear soluciones de floculacin.

Aseguramiento de la calidad. Con el objeto de asegurarse de que las operaciones de limpieza del taladro y del pozo hayan logrado su objetivo, se debe circular el pozo y monitorear los retornos para mantener una lectura de turbidz por debajo de 30 NTU. Se deben hacer todos los esfuerzos para mantener este nivel de limpieza mientras dure la completacin, y particularmente, justo antes de realizar el empaque con grava.

Filtracin

Tal como se mencion antes, los fluidos de completacin con empaque con grava deben estar lo suficientemente limpios como para no permitir que las partculas suspendidas obstruyan o reduzcan la permeabilidad de la formacin, perforaciones o de la arena del empaque con grava. Para obtener un fluido limpio es necesario realizar una filtracin. Los fluidos de completacin se filtran generalmente hasta, por lo menos, 20 micrones, pero en algunos casos se filtran hasta un micrn. El fluido puede filtrarse bien sea a travs de un filtro de tierra diatomcea (DE) corriente arriba, en combinacin con una unidad de filtro de cartuchos corriente abajo, o a travs de una unidad de filtro de cartuchos solamente. La Figura 8.1 muestra el esquema de la unidad de tierra diatomcea; la Figura 8.2 ilustra una unidad de filtro de cartuchos. La unidad de filtro de tierra diatomcea realiza la mayor parte de la filtracin antes de que el fluido llegue a la unidad de filtro de cartuchos. Debido a que la tierra diatomcea es menos costosa que los cartuchos, el uso de un filtro de DE con un filtro de cartuchos corriente abajo resultar ms econmico que una unidad de filtro de cartuchos solamente. Esto es especialmente importante si el fluido de completacin est muy sucio, lo que suele suceder en algn punto durante la completacin, o si se requieren grandes volmenes de fluido, como en el caso del empaque con grava.

Figura 8.1

Sistema de filtracin de tierra diatomcea para completacin y rehabilitacin de pozos

Los filtros DE no son filtros de tipo absoluto, as que una amplia variedad de tamaos de partculas pueden pasar a travs del filtro. La misma tierra diatomcea tambin pasa. La tierra diatomcea es capaz de obstruir la formacin, y adems, no es soluble en cido; por lo tanto, siempre se debe incorporar al filtro DE un filtro de cartuchos corriente abajo, para detener la tierra diatomcea y lograr una filtracin adicional de fluido ms fina.

Las unidades de filtro de cartuchos pueden utilizar cartuchos de filtro de tipo nominal o absoluto. Los filtros nominales son por lo general elementos enrollados diseados para remover masas de slidos utilizando filtracin profunda. Los filtros absolutos tienen elementos plegados que se basan en la filtracin superficial para retener partculas de tamao especfico. Los filtros absolutos se clasifican de acuerdo con su eficiencia, indicada por el valor beta. El valor beta se define como la relacin de la concentracin de un tamao de partculas dado que entra en el filtro a la concentracin del mismo tamao de partculas que sale del filtro. Los filtros comnmente utilizados tienen valores beta de 100 a 5000. Es necesario hacer notar que este valor beta depende en gran medida de la tasa de flujo. A manera de ejemplo, un filtro que detiene una partcula de 2 micrones a 1 galn por minuto, podra no detener la misma partcula a 10 galones por minuto. Asimismo, el valor beta depende del tamao de partculas considerado. Un cartucho tendr una relacin beta mayor (eficiencia de remocin) cuando retiene partculas grandes, pero tendr una relacin beta menor cuando retiene partculas ms pequeas. La curva de desempeo comn de un cartucho se muestra en la Figura 8.4. La ecuacin para calcular la eficiencia de remocin a partir de la relacin beta se muestra a continuacin:

donde:

REx=eficiencia de remocin para el tamao "x" de partcula (por

ciento)

(x=relacin beta para el tamao "x" de partcula

La mayora de los fluidos de completacin utilizados para el empaque con grava se filtran hasta 2 micrones a una eficiencia de remocin de 99% o ms. Se debe tener cuidado al momento de realizar la filtracin con el fin de garantizar que el diferencial de presin, mientras haya flujo a travs de los cartuchos, no exceda las recomendaciones del fabricante (tpicamente de 30 a 50 libras por pulgada cuadrada); de otro modo, podra colapsar el cartucho y destruir su eficiencia. La filtracin de fluidos que son viscosos por naturaleza podra representar un problema debido a la mayor cada de presin que se requiere para hacer pasar un fluido viscoso a travs del cartucho. En algunas ocasiones se tienen que manejar fluidos extremadamente sucios. Si el tiempo lo permite, es recomendable dejar que el fluido sucio permanezca en reposo durante una noche, con el fin de permitir que los slidos se depositen en el fondo del tanque. Luego, el fluido limpio puede decantarse desde la parte superior del tanque y filtrarse sin tener que manejar un gran volumen de partculas sedimentadas. El aceite atrapado en el fluido de completacin tambin podra presentar problemas de filtracin.

Figura 8.2

Unidad de filtracin de cartuchos

Si durante la completacin se emplean geles de polmeros viscosos, el fluido base se debe filtrar antes de agregar los polmeros. Despus de aadir los polmeros, el gel se debe cortar cuidadosamente para remover los grumos de polmeros secos no hidratados, llamados comnmente "ojos de pescado". Despus del corte, los polmeros pueden filtrarse a travs de una unidad de filtracin de cartuchos. Los filtros de cartucho empleados para los geles estn generalmente especificados para 10 micrones, con un mnimo de 98% de eficiencia de remocin. La filtracin de los geles de polmeros viscosos antes de realizar el corte tiende a obstruir la unidad de filtros y sacar el polmero del fluido base.

En resumen, la tcnica que se utilice para filtrar el fluido no es el elemento crucial, lo importante es la limpieza del fluido. La tcnica de filtracin empleada se basa estrictamente en obtener los resultados deseados de la manera ms econmica posible. Todos los fluidos que entran al pozo despus de la limpieza inicial de la tubera de revestimiento deben filtrarse cuando sea posible. La filtracin debe realizarse durante toda la operacin de completacin, ya que constantemente se estn removiendo pequeas cantidades de escombros del pozo, por medio de las operaciones de bombeo.

Figura 8.3

Tabla de desempeo de los filtros de cartucho2

Fluidos de completacin y empaque con grava

Adems de estar limpios, los fluidos utilizados en las completaciones de pozos deben ser compatibles con la formacin y con sus fluidos. Un aspecto que merece especial atencin es el hinchamiento de las arcillas y la compatibilidad con el agua de formacin, para evitar la precipitacin de iones. Los fluidos de completacin candidatos deben ser sometidos a pruebas en el laboratorio con el objeto de asegurar su compatibilidad con la formacin y sus fluidos. Un fluido de completacin incompatible puede causar daos permanentes a la formacin. Las fuentes comunes de fluidos de perforacin son salmuera producida, agua salada o salmueras limpias.

Por supuesto, los criterios de diseo esenciales para un fluido de completacin se basan en los requerimientos hidrostticos para mantener el control del pozo. La densidad del fluido se puede controlar aadiendo varias sales solubles, tales como cloruro de sodio, bromuro de sodio, cloruro de potasio, cloruro de amonio, cloruro de calcio, bromuro de calcio, cloruro de zinc, bromuro de zinc y bromuro de litio. Las densidades de estos fluidos varan de 8,33 hasta un valor tan alto como 20 libras por galn aproximadamente. Todos ellos presentan sus ventajas y desventajas y, de acuerdo con la densidad del fluido requerido, su costo puede exceder los $ 500 por barril.

Los fluidos que se utilizan para el empaque con grava pueden ser de base agua o aceite. Los fluidos de base agua son por lo general los preferidos, y se consideran ms flexibles que los sistemas de base aceite. Por esta razn, los fluidos de base agua son los ms utilizados. El fluido de base agua ms simple que se emplea en el empaque con grava es la salmuera de completacin misma. Como una alternativa, se pueden usar fluidos viscosificados de base agua. En el pasado algunas compaas utilizaban crudo, el cual preferan al agua, ya que resultaba ms econmico; sin embargo, los aumentos en el costo del crudo han hecho que su uso se descontine para dar preferencia a los sistemas de base agua. El crudo contina siendo una alternativa vlida en formaciones extremadamente sensibles al agua. Cuando se requieren fluidos de baja densidad, pueden emplearse emulsiones y espumas.

El control de la prdida de fluidos es una consideracin comn cuando se realiza la completacin de formaciones no consolidadas con un empaque con grava. Esto es especialmente cierto en formaciones con alta permeabilidad. Adems del dao potencial a la formacin ocasionado por la prdida de fluido, existe una preocupacin especial cuando se trata de fluidos muy costosos o cuando las reservas de fluidos de completacin son muy bajas. La cantidad de prdidas de fluido que puede tolerarse tiende a ser especfica del sitio, pero por lo general comienza a manifestarse mayor preocupacin cuando las prdidas exceden los 30 barriles por hora. El Captulo 10 trata especficamente de las tcnicas de control de prdida de fluidos. En este punto, es importante enfatizar que la tcnica de control de prdida de fluidos seleccionada debe ser compatible con la formacin, y cualquier dao ocasionado por la tcnica empleada deber ser reversible.

Resumen

Los factores que influyen sobre el xito de una completacin comienzan desde que la mecha de perforacin entra en la zona productora. A partir de ese momento, todas las operaciones se deben llevar a cabo considerando debidamente los posibles efectos de cada una de ellas sobre la formacin. Adems de las operaciones adecuadas de perforacin y cementacin, el xito de las completaciones depende del establecimiento y mantenimiento de un ambiente de pozo limpio. Todos los fluidos y equipos que se colocan en el pozo deben evaluarse tomando en cuenta lo anterior. Se pueden poner en prctica simples inspecciones de control de calidad, como por ejemplo lecturas de NTU en el fluido de completacin, para monitorear y garantizar que el pozo est lo ms limpio posible durante las completaciones.

Referencias

1. Sollee, S. S., Elson, T. D. y Lerma, M. K., Field Application of Clean Completion Fluids, SPE Paper M318, 60ava. Exhibicin y Conferencia Tcnica Anual SPE, Las Vegas, Nevada, Septiembre 22-25. 1985.

2. Product Information, Parker Hannifin Corporation, Divisin de Filtros Comerciales, Lebanon, Indiana, 1992.

Filtro Prensa

Unidad de Cartuchos

Tanque

Activo

Tanque de

Reserva

Bomba Alimentacin

Pozo

Bomba de

Recubrimiento

Tanque

de Mezcla

Bomba de

Mezcla

Tanque

Recubri-

miento

Tecnologa de Completaciones para Formaciones Inconsolidadas8-1Rev. 2 / June 1995 / EspaolTecnologa de Completaciones para Formaciones Inconsolidadas8-2Rev. 2 / June 1995 / Espaol

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CARTRIDGE FILTRATION UNIT

FILTER PRESS

FEED PUMP

WELL

PRECOAT

TANK

ADMIX

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PRECOAT

PUMP

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