Completación de Pozos

Técnicas de Control de Arena4

PRODUCCIÓN DE ARENA (DEFINICIÓN)Arrastre de partículas provenientes del yacimiento, al pozo y a

superficie. Los granos sueltos se movilizan ante ciertos niveles de caídas de presión, velocidades y viscosidades.

CONTROL DE ARENA (DEFINICIÓN)

El control de arena es el conjunto de técnicas a través de las cuales se logra manejar casi total o parcialmente la producción de sólidos asociados a la producción de hidrocarburos sin restringir en ningún momento la productividad del pozo.

ORIGEN DE ARENAMIENTO Esfuerzos desestabilizadores (esfuerzo de arrastre y grad. Presión)

Mayores a la resistencia mecánica de la formación

Desprendimiento

Granos individuales pedazos enteros

Aumenta hasta llegar a la tasa crítica

• La calidad y el tipo de material de cementación que mantiene la cohesión de los granos.

• La fuerza de fricción existente entre los granos.

• La presión del fluido entre los poros de la roca.

RESISTENCIA DE LA ARENA . Se ve afectada por:

CAUSAS DE LA PRODUCCIÓN DE ARENA

• Grado de Consolidación (cementación de la roca) Formaciones terciarias (poco o no consolidadas)

• Producción o invasión de agua (adherencia del agua de formación a la producida y Krw (requiere mayor diferencial de presión para producir el hidrocarburo ))

• Reducción de la presión de poro (subsidencia)• Tasa de Producción ( existe una tasa de flujo crítica

para cada pozo por encima de la cual el diferencial de presión y la fuerza de arrastre friccional exceden la resistencia a la compresión de la formación)

• Fuerza de arrastre (Viscosidad en yacimiento)

EFECTOS DE LA PRODUCCIÓN DE ARENA

Acumulación de Arena en los Equipos de Superficie (Separador, Calentador o Tubería de Producción).

Acumulación de Arena en el Fondo (Tasa de Producción disminuye por la acumulación de arena, perdida de producción, mayores costos de mantenimiento.

•Erosión de los Equipos de Fondo y Equipos de Superficie (aumentan los trabajos de reacondicionamiento).

•En pozos altamente productivos, los fluidos que circulan a gran velocidad y transportan arena pueden erosionar excesivamente tanto el equipo de fondo como el de superficie lo que implica la necesidad de realizar trabajos frecuentes de mantenimiento para reemplazar los equipos dañados

EFECTOS DE LA PRODUCCIÓN DE ARENA

•Colapso de la Formación o subsidencia (los granos de arena se reordenan para crear un nivel de permeabilidad inferior al que originalmente existía).

EFECTOS DE LA PRODUCCIÓN DE ARENA

MECANISMO DE CONTROL ARENA

Cañoneo amplio y limpio a través de la selección de producción existente.Aumento de la densidad del cañoneo.Apertura de una longitud mayor de sección.Crear conducción en el yacimiento por medio de fracturas rellenas.

Reducción de fuerzas de arrastre o fricción:

•Este es el recurso más antiguo y que ha tenido mayor aplicación. Sin embargo, mas difícil de aplicar en zonas múltiples de diámetro pequeño.

•Evidentemente, la formación de estos puentes requiere que haya una concentración suficiente de arena de Formación que trate de penetrar la rejilla o "liner" al mismo tiempo.

Punteo mecánico de la arena

Este se puede lograr a través de la consolidación de arena químicamente (principalmente resinas)

Aumento de la resistencia de la formación:

Con los métodos químicos puede ser necesario o no el uso de forros ranurados o rejillas

Los tratamiento químicos exitosos no restringen la

productividad y dan resistencia a la formación

Se basa en la consolidación de los granos

Método Químico:

•Separación de fases

•Sobrefujo

•Microesfera de Vidrio

•Bauxita Sintetizada

Métodos Químicos: Técnicas Utilizadas.

Métodos Químicos:

• Utiliza resina combinada con un catalizador

Separación de Fases

• Utilizada para controlar el espesor de la película plástica

Sobreflujo

• Utilizada mas que todo en formaciones donde hay producción de agua ( métodos que utilizan vapor)

Microesferas de Vidrios

• Ha sido objeto de muchos estudios, es utilizada en pozos con severa producción de arena

Bauxita Sintética

Métodos Mecánicos:

Rejillas Solas o Liners Ranurados

•Constituye la manera más sencilla de controlar la producción de arena en pozos horizontales dependiendo lógicamente del grado de consolidación de la arena a producir.

•Este mecanismo debe emplearse, sólo si se tiene una arena bien distribuida y limpia, con un tamaño de grano grande, porque de lo contrario la rejilla o liner terminará taponándose.

•Las rejillas y los liners ranurados previenen la producción de arena basados en el ancho de las ranuras o aperturas para el flujo, denominado también calibre, creando así un filtro que permite la producción de petróleo.

•Existen varios criterios para diseñar las aberturas del liner ranurado, estas en algunos casos se dimensionan de tal manera que su tamaño duplique el diámetro del grano de arena de formación en el percentil 50 de la arena (D50), en otros casos, se diseñan para que el tamaño triplique el percentil diez más pequeño de la arena (D10).

•Colocación de Tubería o “LINER” Ranurado

Técnicas Utilizadas:

•Estos criterios de dimensionamiento se derivan de varios estudios, en los cuales se determinó que un grano de arena de formación forma un puente en la abertura de una ranura cuyo tamaño sea dos o tres veces el diámetro del grano, siempre y cuando 2 partículas traten de entrar en la ranura al mismo tiempo.• Liner son mas económicas, pero poseen limitaciones de anchura en el calibre, menor área de flujo (3%) •Las rejillas son mas costosas, poseen mayor area de flujo, y anchuras del calibre mayor (2- 12 veces mayor que liner)

Métodos Mecánicos:

1

• CONSTITUCION:• Una tubería base (perforada) y un espiral de alambre de

acero inoxidable enrollado para retener tamaños específicos de grava. El rollo de alambre es enrollado y soldado simultáneamente a unas barras longitudinales para formar un hueco helicoidal sencillo o simple

2

• Pozos con producción de fluidos corrosivos.• (H2S, CO2,)con herramientas diseñadas con un material

especial para evitar la corrosión de la rejilla

REJILLAS :

• Corrosión (liner)

• Diámetro del liner o rejilla debe ser lo mas grande posible

(evitar reordenamiento).

• Rango de tamaño de las partículas de arena no amplio.

Limitaciones:

Son razonablemente menos costosos que otros métodos de control

de arena.

Pueden ofrecer un control de arena razonablemente bueno en

condiciones adecuadas.

Ventajas:

LINER Y REJILLAS :

Si el puente que se ha formado no es estable, y se

rompe, el liner o rejilla puede obstruirse con el

tiempo.

En pozos de alta tasa hay la posibilidad de que

ocurra una falla del liner o rejilla por erosión antes

de que se forme el puenteo.

Adecuados únicamente para formaciones de

granos grandes y bien distribuidos.

Desventajas:

consiste en una rejilla estándar y una camisa adicional sobre la primera

camisa. El espacio anular entre las dos camisas se rellena con grava

revestida con resina.

Pre-Empacadas de Rejilla Doble:

Posee, en primer lugar, una rejilla estándar. En este caso, se instala un tubo

perforado especial sobre la camisa. Este tubo está envuelto en un papel especial

para sellar los orificios de salida, y la región anular entre la camisa y el tubo

perforado, se llena con grava revestida con resina. El ensamblaje se cura en un horno

y se saca el papel que está alrededor del tubo exterior..

Rejillas Pre-Empacadas Simples:

Rejillas Pre-Empacadas delgada:

similar a la rejilla estándar, con dos excepciones importantes. En primer lugar, alrededor

de la parte exterior de la base de tubería perforada se enrolla una rejilla de malla muy

fina y se asegura antes de instalar la camisa. En segundo lugar, el espacio entre la

camisa y la rejilla de malla fina se llena con arena de empaque revestida con resina.

Rejilla doble Rejilla Sencilla Rejilla Delgada

Rejillas Pre-Empacadas simple: Rejillas Pre-Empacada doble:

Ventajas:

A pesar de ser pre-empacadas no se aumenta el radio

externo de las rejillas.

En algunos casos son menos costosas que las

tuberías ranuradas de gran diámetro.

Poseen mayor capacidad de flujo por pie.

Desventajas:

Es muy propensa a daños físicos durante su

asentamiento en el pozo.

Productividad de los pozos se reduce cuando las

aberturas se taponan.

Son adecuadas solo para formaciones de grano

de arenas grandes y bien distribuidos

Rejillas de malla Premium 

Utilizan un medio de tela de alambre especial alrededor del filtro de grava con envoltura de alambre. Estos filtros de grava normalmente incluyen un aro protector con orificios perforados para una mayor protección durante la instalación o bien, tienen orificios para reducir la erosión causada por los granos de arena y las partículas finas que impactan directamente en el filtro interno a alta velocidad. 

Rejillas expandibles 

Constan de un diámetro reducido que se expande contra la pared del pozo después de bajarse al mismo. La teoría de la mecánica de la roca indica que si los filtros de grava ejercen fuerza contra las paredes del pozo, los filtros de grava expandibles pueden prevenir la producción de arena, ya que se requieren de mayores fuerzas de compactación para iniciar las fallas en la roca y comenzar la producción de arena en la interfaz formación-pared del pozo.

Empaque con grava

La función principal del empaque con grava es de actuar

como filtro, y a la vez evitar que los granos de arena de la

formación productora y otros sólidos entren en el pozo.

Bloquear la formación 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

partículas sólidas que son arrastradas por los fluidos de la

perforación, ambas son depositadas en la periferia del

empaque, de tal manera que solo pasen fluidos limpios.

•Se denomina grava a las rocas de tamaño comprendido entre 2 y 64 mm, aunque no existe homogeneidad de criterio para el límite superior

Grava:

Muestras de Arena de Formación

para Instalar un Empaque con Grava

Muestras

Producidas

Muestras Obtenidas

Mediante Achique

Muestras de

Núcleos de

Pared

Análisis granulométrico 

Consiste en la medición y gradación que se lleva a cabo de los granos de una formación sedimentaria, de los materiales sedimentarios, así como de los suelos, con fines de análisis, tanto de su origen como de sus propiedades mecánicas, y el cálculo de la abundancia de los correspondientes a cada uno de los tamaños previstos por una escala granulométrica. El método de determinación granulométrico más sencillo es hacer pasar las partículas por una serie de mallas de distintos anchos de entramado (a modo de coladores) que actúen como filtros de los granos que se llama comúnmente columna de tamices. Pero para una medición más exacta se utiliza un granulómetro láser, cuyo rayo difracta en las partículas para poder determinar su tamaño.

Criterios para la Utilización de Tubos Filtros y Empaques con Grava A medida que las formaciones son menos uniformes, la

selección del tipo de terminación requiere la consideración de parámetros distintos a los tamaños medios de los granos (D50) del análisis granulométrico. El coeficiente de arreglo o de clasificación (D10/D95), el coeficiente de uniformidad (D40/D90) y el porcentaje de partículas menores a 44 m y de menor tamaño, determinan la calidad de la formación e influye en el diseño de rejillas y empaques de grava.

CONDICIONES RECOMENDACIÓN

D10/D95 <10D40/D90 < 3

44 m<2%

Los valores bajos del factor de ordenamiento y de finos, indican que es candidato a completación con tubos filtros. Necesita permeabilidad de por lo menos 1 Darcy para completación con tubería revestida y perforada y posible uso de rejilla preempacada.

D10/D95 <10D40/D90 < 5

44 m<5%

Intervalos de medio a bajos con finos justamente por encima del límite. Pueden ser completados con tubos filtros de nueva tecnología. Necesita permeabilidad de 1 Darcy para

completación con tubería revestida y perforada.

D10/D95 <20D40/D90 < 5

44 m>5%

Los rangos medios pueden ser candidatos a gravas grandes (7x ó 8x50%), colocadas con altas tasas de agua, particularmente si el tamaño de la arena en la formación es consistente.

D10/D95 <20D40/D90 < 544 m>10%

Los valores medios del factor de ordenamiento con presencia de finos se tratan con una combinación de gravas de tamaño considerable y tubos filtros que permitan el paso de finos.

D10/D95 >20D40/D90 > 544 m>10%

Los valores más altos de las relaciones D, particularmente combinados con grandes cantidades de finos son signos críticos, mostrando necesidad de agrandar el hoyo (mover la

interfase formación-grava lejos del hoyo), a través de fracturamiento, tecnología multilateral u horizontal o grandes volúmenes de pre-empaque para minimizar daños a la permeabilidad

en la interfase arena-grava debidas al flujo.

POZO D40 D90 D10 D95CIB0269 0,0048 0,0031 0,0064 0,0025CIB0280 0,0056 0,0037 0,0069 0,0029CIB0283 0,0086 0,0045 0,0185 0,0041CIB0349 0,0137 0,0062 0,0222 0,0050CIB0358 0,0157 0,0068 0,0292 0,0058CIB0366 0,0133 0,0067 0,0225 0,0057CIB0372 0,0101 0,0049 0,0169 0,0040

PROMEDIO 0,0103 0,0051 0,0175 0,0043

EJEMPLO :Análisis granulométrico

Caracterización granulométrica. Pozos que navegan en la arena .

POZO

COEFICIENTE DE

UNIFORMIDADD40/D90

COEFICIENTE DE

CLASIFICACIÓND10/D95

CONTENIDO DE FINOS

(< A 44MICRONES)%

TAMAÑO MEDIO DE GRANOS

D50(PULGADAS

)

CIB0269 1,5484 2,5600 1,0071 0,0046CIB0280 1,5135 2,3793 0,3198 0,0053CIB0283 1,9111 4,5122 0,0300 0,0076CIB0349 2,1989 4,4400 0,1035 0,0122CIB0358 2,2967 5,0476 0,0575 0,0133CIB0366 1,9833 3,9779 0,4325 0,0119CIB0372 2,0532 4,2650 0,4979 0,0091

PROMEDIO 1,9293 3,8831 0,3497 0,0091

Distribución por tamaño de las partículas presentes en una muestra de arena de los pozos que navegan en la arena .

POZODIÁMETRO

RANURAS

DIÁMETRO

GRANO

(D50)

EFICIENCIA

CIB0269 0,020 0,0046 No aplica

CIB0280 0,020 0,0053 No aplica

CIB0283 0,015 0,0076 No aplica

CIB0349 0,020 0,0122 No aplica

CIB0358 0,018 0,0133 No aplica

CIB0366 0,020 0,0119 No aplica

CIB0372 0,020 0,0091 No aplica

Cuadro comparativo entre los diámetros de los granos de la arena y los diámetros del liner ranurado.

Empaque a Hoyo Revestido

Empaque a Hoyo Abierto

Tipos de Empaque con grava

Empaque con grava convencional

Equipo BCP

Tipos de Empaque con grava

Camisa deslizante

Camisa deslizante

Equipo BCP

Rejillas pre-empacadas

Rejillas pre-empacadas

Hoyo Revestido con empaque con grava (convencional); yCompletación Sencilla Selectiva con rejillas pre-

empacadas.

Empaque con grava convencional

Equipo BCPEquipo BCP

Camisa deslizante

Camisa deslizante

Rejillas pre-empacadas

Rejillas pre-empacadas

Revestido con empaque con grava convencional y Completación Selectiva con rejillas pre-empacadas en Pozo

Desviado

Tipos de Empaque con grava

Análisis

Mineralógic

o

Determina

contendido de

cuarzo

Determina la

resistencia de

grava

Un grava de

gran calidad

debe tener

contenido de

cuarzo de 98%

Se hace

generalmente

por difracción

de rayos X

Normas y Control de Calidad de las Gravas de Empaque

Solubilidad en Acido

• Indica cantidad de impurezas: Carbonatos,

feldespatos, hierros, arcillas, etc.

• Se determina con una solución al 12% de ácido

clorhídrico o al 3% de ácido fluorhídrico (HF)

• Según normas API una grava de buena calidad no

debería disolverse mas del 2% en 1 hora a

temperatura ambiente.

Normas y Control de Calidad de las Gravas de Empaque

Redondez y Esfericidad• Esfericidad media de 0.6 o más• Redondez media de 0.6 o más

Normas y Control de Calidad de las Gravas de Empaque

La esfericidad (E) es un parámetro cuantitativo que mide la “lejanía” de un cuerpo a la equidimensionalidad o sea la medida de que tan iguales son las dimensiones axiales de un grano. Para obtener esta medida de manera cualitativa en una lamina delgada se cuanta con un marco de comparación ya establecido, de donde podemos determinar una esfericidad alta y baja.

La redondez (R) representa la forma de las aristas del grano esto es, la curvatura de las esquinas; se produce por impacto entre granos durante el movimiento, los granos mas grandes se impactan con mas fuerza por lo que pueden presentar una mayor redondez.

Resistencia a la Trituración

• Se tamiza una muestra de arena para

extraerle todos los finos y se pesa,

luego se somete la muestra a un

esfuerzo de confinación de 2000 psi

durante 2 minutos se vuelve a tamizar

la muestra para determinar el peso de

los finos producidos

Normas y Control de Calidad de las Gravas de Empaque

Diseño y calidad de grava inadecuados.

Formación de puente de grava.

Comunicación.

Corrosión del revestidor ranurado.

Degradación de la grava por efecto de la

inyección de vapor.

Causas más Comunes que Ocasionan

Fallas de los Empaques con Grava