Control De Arenas Tbj.docx

MINISTERIO DE EDUCACION SUPERIOR IUP. “SANTIAGO MARIÑO” CABIMAS ESTADO ZULIA REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO” EXTENSIÓN COL – SEDE CABIMAS

Control de Arena.

REALIZADO POR: PADRON MARIEL C.I. 17.335.050 GOMEZ VIVIANA C.I. 17.820.526 JOSEPH TOYO C.I. 17.820.169 IGNACIO PEREZ C.I. 18.793.618 JESUS ROJAS C.I. 17.826.756 DOUGLAS TIGRERA C.I. 18.216.167 PROF: THAMARA YANNATASIO CABIMAS, JULIO DE 2005.

Autores: Juan Bermúdez CI: 25.186.017 Edgar Guadama CI:

Introducción La producción de arena con fluidos del yacimiento petrolífero es un problema grave en algunas áreas. Puede cortar u obstruir estranguladores y líneas 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. El desecho de la arena puede ser un problema. Los métodos para controlar la producción de arena incluyen la introducción de coladores o revestidores auxiliares ranurados, empacando con grava o consolidado de arena con una resina plástica. Los coladores son los de instalación más simple en la mayoría de los casos. El trabajo consiste en colgar un revestidor auxiliar o un colador envuelto en cable opuesto al intervalo de la zona de producción. El tamaño del colador es de manera efectiva demasiado pequeña para permitir que la arena fluya hacia adentro, mientras que aún permite el flujo de los fluidos de formación. Los empaques de grava son comunes en el control de arena.

1) Arenamiento:

Se define como el fenómeno donde el material (pequeñas partículas de rocas) de la formación viaja hacia el pozo y la superficie como parte de los fluidos producidos. En otras palabras es la producción de pequeñas o grandes partículas de sólido junto con los fluidos que son producidos del yacimiento debido a la baja consolidación de la formación productora. Comúnmente, es preferible utilizar el término “producción de sólidos” en lugar de “producción de arena” ya que, esto implica que solo las areniscas frágiles o poco consolidadas son las que están susceptibles de ser producidas. A medida que el yacimiento descarga petróleo hacia el pozo, con el tiempo se va acumulando arena y sedimento en el fondo del pozo. Esta acumulación puede ser de tal magnitud y altura que puede disminuir drásticamente o impedir completamente la producción del pozo. Causa de la producción de arenas: El material sólido que se produce en un pozo puede constar tanto de finos de formación (generalmente no considerados parte de las características mecánicas de la formación) como de sólidos que soportan la carga. Generalmente, la producción de finos no puede evitarse y, más bien, resulta beneficiosa. Es preferible que los finos se desplacen libremente, a través de la formación o de un empaque con grava instalado, en lugar de que éstos se taponen. El factor crítico para evaluar el riesgo de producción de arena de un pozo en particular consiste en definir si la producción de partículas que soportan la carga puede mantenerse por debajo de un nivel aceptable a las tasas de flujo y condiciones de producción que, de acuerdo a lo previsto, harán que la producción del pozo sea la deseada. La lista que se presenta a continuación resume muchos de los factores que inciden en la tendencia de un pozo a producir arena: • Grado de consolidación • Reducción de la presión de poro a lo largo de la vida del pozo • Tasa de producción • Viscosidad del fluido del yacimiento Grado de consolidación: La capacidad de mantener túneles de perforación abiertos depende estrechamente del nivel de cohesión existente entre los granos de arena. La cementación de la arenisca suele constituir un proceso geológico secundario y, por lo general, los sedimentos más antiguos tienden a estar más consolidados que los más recientes. Esto significa que la producción de arena constituye normalmente un problema cuando se origina en formaciones sedimentarias Terciarias que son superficiales y geológicamente más jóvenes.

Las formaciones Terciarias jóvenes suelen poseer poco material de matriz (material de cementación) que mantenga unidos los granos de arena, por lo que estas formaciones suelen calificarse de “poco consolidadas” o “no consolidadas”. Una característica mecánica de la roca que se asocia al grado de consolidación se denomina “resistencia a la compresión”. Las formaciones de arenisca poco consolidadas suelen tener una resistencia a la compresión inferior a 1.000 libras por pulgada cuadrada.Además, incluso las formaciones de arenisca bien consolidadas pueden modificarse al degradarse el material aglomerante, lo que se traduciría en producción de arena. Esto puede ocurrir por la aplicación de tratamientos de estimulación con ácidos o de técnicas de recuperación mejorada por inyección de vapor a altas temperaturas. Reducción de la presión de poro: Tal como se señalara anteriormente, la presión del yacimiento sustenta parte del peso de la roca supra yacente. A medida que se agota la presión del yacimiento a lo largo de la vida productiva de un pozo, se pierde parte del soporte que poseía la roca supra yacente. La disminución de la presión del yacimiento genera una cantidad creciente deesfuerzo en la arena de formación. En un momento determinado, los granos de arena deformación podrían separarse de la matriz o triturarse, lo cual generaría finos que se producen conjuntamente con los fluidos del pozo. La compactación de la roca yacimiento por reducción de la presión de poro podría ocasionar la subsidencia de la superficie. Por ejemplo, se hadeterminado que la plataforma central Ekofish del Mar del Norte se ha hundido diez pies en sus primeros diez años de existencia debido a la subsidencia. Tasa de producción: La producción de fluidos de yacimiento genera un diferencial de presión y fuerzas de arrastre friccionar que pueden combinarse para vencer la resistencia a la compresión de la formación. Esto significa que existe una tasa de flujo crítica para la mayoría de los pozos por debajo de la cual el diferencial de presión y las fuerzas de arrastre friccional no son lo suficientemente grandes como para exceder la resistencia a la compresión de la formación y ocasionar la producción de arena. La tasa de flujo crítica de un pozo podría determinarse aumentando lentamente la tasa de producción hasta que se detecte producción de arena. Una técnica que se emplea para minimizar la producción de la misma consiste en reducir la tasa de flujo hasta llegar a la tasa de flujo crítica a la cual no se produce arena o el nivel de producciones aceptable. En numerosos casos, esta tasa de flujo se encuentra muy por debajo de la tasa de producción aceptable para el pozo.

Viscosidad del fluido del yacimiento La fuerza de arrastre friccional que se ejerce sobre los granos de arena de la formación es creada por el flujo de fluido del yacimiento. Dicha fuerza esdirectamente proporcional a la velocidad del flujo de fluido y la viscosidad del fluido de yacimiento que se está produciendo. La fuerza de arrastre friccional sobre los granos de arena De la formación es mayor en el caso de fluidos de yacimiento de elevada viscosidad, encomparación con los de viscosidad baja. La influencia del arrastre por viscosidad induce la producción de arena en yacimientos de crudo pesado, donde se encuentran crudos altamente viscosos de poca gravedad incluso a velocidades de flujo bajas. Aumento de la producción de agua . La producción de arena podría incrementarse o iniciarse cuando comience a producirse agua o aumente el corte de agua debido, posiblemente, a dos razones. En primer lugar, en el caso de una formación de arenisca mojada en agua, parte de la cohesión existente entre los granos se deriva de la tensión superficial del agua de formación que rodea a cada grano. Al inicio de la producción de agua, el agua de formación tiende a adherirse al agua producida, lo que disminuye las fuerzas de tensión superficial y, por ende, la cohesión intergranular. Se ha demostrado que la producción de agua restringe severamente la estabilidad del arco de arena que rodea una perforación, lo que a su vez da inicio a la producción de arena. El segundo mecanismo mediante el cual la producción de agua afecta la producción de arena está asociado a los efectos de la permeabilidad relativa. A medida que aumenta el corte de agua, disminuye la permeabilidad relativa al crudo, por lo cual se requiere un diferencial de presión mayor para producir crudo a la misma velocidad. Todo aumento del diferencial de presión en la zona cercana a la cara de la formación genera una fuerza de cizallamiento mayor en los granos de arena de la formación. También en este caso, el aumento de los esfuerzos puede desestabilizar el arco de arena alrededor de cada perforación y, por ende, iniciar el proceso de producción de arena

2) Ventajas de un control temprano de Producción de arena. En la inmensa mayoría de los casos, pueden minimizarse el daño de permeabilidad y la pérdida de producción puede minimizarse. El control de arena más económico se logra cuando se llevan a cabo medidas del control temprano en la vida del pozo.

Los siguientes puntos deben ser considerados cuidadosamente al decidir realizar medidas de control de arena: Daño en la Formación: Investigadores han encontrado que una disminución grande en permeabilidad puede ocurrir, cuando arena de la formación es deliberadamente perturbada esto puede pasar con cambio pequeño en la porosidad de la formación. Tales reducciones en la permeabilidad de la formación llegan a generar un aumento severo de arena. En la mayoría de los casos, particularmente cuando los métodos de consolidación de resina serán empleados, estos daños en las formaciones hacen exitoso el control de arena más difícil. Disposición de Arena: Otra razón para aplicar el control de arena es evitar o minimizar el costoso manejo y disposición de arena. Esto es particularmente verdad donde se produce muchos sólidos que son removidos del fluido en plataformas y en tuberías La disposición puede ser especialmente costosa cuando la arena debe ser encontrarse libre de petróleo según las regulaciones ambientales. Daño a los equipos: En los pozos sujetos a la producción de arena, la abrasión y daño de corrosión es frecuentemente reportado en las tuberías de producción, en las líneas de transporte en las bombas de subsuelo y en todo el equipo de superficie Esto puede presentar el peligro de ruptura o fuego. Costos: Detectando a tiempo el problema e implementando las medidas del control apropiadas se puede reducir el costo de operación. Se bebe hacer un balance de costos del la implementación del control de arenas (lo que se invertiría y los gastos que se producirán por no tener el control de arena y así determinar si es mejor vivir con el problema. 3) Métodos de control de arena. Hay muchas formas que hablan acerca de controlar el movimiento de partículas de la formación. Todos los métodos concebidos pueden categorizarse en tres grupos. Estos grupos se describen a continuación: Mecánico: Los métodos mecánicos son los que controlan la producción de arena por uso de tamices en la tubería de producción (liner ranurado), proteger mediante la instalación o empaquetamiento de grava. Químico: Estos métodos de control de arena emplean químicos y resinas que son inyectados dentro de la formación débilmente consolidada la cual provee una cementación in-situ grano-a-grano. Combinación: Se diseñan métodos de combinación que logran el entrampamiento mecánico y una consolidación química de los granos simultáneamente. Estos

métodos son a menudo referenciados como "consolidated packs". Un lodo que consiste en: un fluido, resina, agente de acoplamiento y arena se usa normalmente para estabilizar el problema, el fluido es mezclado en superficie y luego bombeado por las perforaciones donde cubren grano a grano 4) Técnicas de Control Estos métodos pueden ir desde simples cambios en las rutinas de operación, hasta costosas terminaciones por lo que el método seleccionado dependerá de las condiciones específicas del lugar, del tipo de operaciones y también de las consideraciones económicas. Algunos se describen a continuación Mantener y reparar: consiste en tolerar la producción de arena y hacer frente a sus efectos cuando sea necesario. Esto requiere del mantenimiento rutinario del equipo superficial para conservar la productividad, aunque solo es utilizada en pozos que mantienen una producción transitoria de arena y donde los gastos de producción son bajos y los riesgos por llevar a cabo un servicio son muy escasos. Además de ser económicamente viables donde no pueda ser utilizada otra técnica de control. Reducción en los gastos de producción: aunque no es muy utilizado por las pérdidas económicas que ocasiona, ayuda a reducir la producción de arena. Consiste en reducir o aumentar el flujo hasta que la producción de arena sea considerablemente aceptable. Su propósito es el de establecer un caudal máximo posible junto con un arco estable en la formación que evite la degradación excesiva de la misma como se ha explicado anteriormente. Este método es muy bueno al momento de controlar la producción de arena solo que presenta un problema muy importante ya que el caudal para mantener un control adecuado es muchas veces menor que el potencial de flujo del pozo y se ve reflejado en la baja productividad y rentabilidad del mismo. Consolidación química de la formación con resinas: este método consiste en la inyección de resinas liquidas (mezcladas con un catalizador necesario para el endurecimiento) a la formación que se endurecen y forma una masa consolidada que mantiene unidos los granos puestos en contacto con esta misma. Este método, siendo exitoso, puede aumentar la resistencia de la formación lo que permite soportar las fuerzas de arrastre ocasionadas por las tazas de producción deseadas. 5) Métodos de colocación. (Empaque con grava y consolidación química). Empaque con Grava (Hoyo Revestido y Hoyo Desnudo) y Empaque Frack

El empaque con grava es uno de los métodos mas usados para control de arena, donde se emplea arenillas como medio de filtro para pevenir la producción de arena. El espacio anular entre el hoyo y la rejilla (sea con envoltura de alambre o Premium) se llena con grava de medida especifica, que prevendrá el flujo de arena de formación hacia el hoyo.

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Ventajas del Empaque con Grava Con un diseño apropiado se puede minimizar el deterioro de la productividad. Puede usarse en arenas heterogéneas. Desventajas del Empaque con grava

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Para instalar los equipos y posicionar la grava se requiere de una operación compleja. Riesgo de hacer incompleto el empaque. Compatibilicad química del fluido de perforación. Dificultad para usar en pozos desviados y horizontales. Complejidad en el control de flujo y aislamiento. Consolidación Química La consolidación química es una alternativa a los métodos mecánicos de control de producción de arena en formaciones no consolidadas, por medio de la inyección de químicos hacia la formación con el fin de fortalecer o consolidar las arenas. El principal objetivo es cementar los granos de arena unos con otros para proveer una fuerza compresiva estable mientras se mantiene la permeabilidad inicial lo mayor posible. Este es el método mas complejo de control de arena, además de involucrar riesgos significantes de daño al yacimiento y/o posicionamiento inefectivo de los químicos. En este método se desarrollan multi-etapas de inyección de distintas sustancias hacia el yacimiento.

Control de Arenas en pozos horizontales.

El empaque de grava en los pozos entubados permite el control de la producción de arena en formaciones laminadas, arenas de menor calidad o pozos verticales marginalmente económicos. El fracturamiento combinado con el empaque de grava combina la estimulación y el control de la producción de arena en espesores apilados o yacimientos con granos pobremente clasificados y de baja transmisibilidad. En pozos abiertos, los

tubos filtro controlan la arena en formaciones “limpias” con grandes granos bien clasificados y en poros con corta vida productiva

Conclusión La producción de arena es un tema complicado que no puede ser abordado a través de un enfoque unilateral, sino multifacético. La solución debe ser seleccionada en base al conocimiento pleno del mecanismo que induce la producción de arena. Se describen brevemente las tecnologías de control de arena usadas en las últimas décadas, fundamentadas esencialmente en soluciones químicas y mecánicas.

La producción de arena es uno de los problemas más frecuentes que ocurren durante la vida productiva de los pozos petroleros. Su intensidad y gravedad varían con el grado de cementación de los granos de la arena productora y con la forma como están completados los pozos. Esta arena se deposita en el fondo del hoyo y con frecuencia reduce la capacidad productiva del pozo. En los campos donde la arena constituye una causa importante de pérdida de producción se dedican taladros para remediar la situación con la mayor celeridad.