Tecnicas De Control De Invasion De Arenas En Pozos Productores.docx

TECNICAS DE CONTROL DE INVASION DE ARENAS EN POZOS PRODUCTORES 1. INTRODUCCION La producción de arena consiste en el arrastre de partículas de arena provenientes del yacimiento hacia el pozo y hacia la superficie. Los granos sueltos son movilizados ante ciertos niveles de caída de presión, velocidades y viscosidades del fluido. Una vez producidas en el interior del pozo, estas partículas pueden provocar daños en las paredes internas de las tuberías, obstrucción y deterioro de las bombas, abrasión en las líneas de producción, entre otras cosas, lo cual disminuye la eficiencia del sistema. La producción de arena depende de la resistencia de la roca, de los esfuerzos en sitio, de los fluidos producidos y de los cambios en las tasas de flujo respecto a la caída de presión. Las altas tasas de producción, el aumento del esfuerzo efectivo debido al agotamiento y la irrupción del agua contribuyen a la producción de arena. 2. ARENAMIENTO

Fenómeno donde el material (pequeñas partículas de rocas) de la formación viaja hacia el pozo y la superficie como parte de los fluidos producidos. Antes de abordar el tema de arenamiento se debe detallar, qué son las arenas y de qué están formadas, para ello, se define que: “Las rocas detríticas o clásticas son resultados de la acumulación de elementos separados de rocas preexistentes por elementos externos, como la erosión y transportados a grandes distancias por el viento, ríos o glaciares y cementados o no después de su depositación” (Guillemot, 1982). Entre estas rocas se puede definir las arenas por la posición de sus granos en la escala de tamaños siendo la de Wentworth la más utilizada, reservando el nombre de arena a cuyos elementos tienen un tamaño comprendido entre los 2 y 0.063 mm. Ahora, se puede ver la definición de arenamiento que 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” (Garaicochea P., 1983). 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. Los casos de arenamiento son más graves y más frecuentes cuando los estratos son deleznables. Cuando se dan estratos de este tipo, la terminación del pozo se hace de manera que, desde el inicio de la producción, el flujo de arena y sedimentos sea lo más leve por el más largo tiempo posible. Para lograr esto, el tramo de la sarta de revestimiento y de producción que cubre el estrato productor es de tubos ranurados especialmente. Las ranuras, cortadas de afuera hacia adentro y de apariencia cuneiforme, tienen una abertura lo suficiente estrecha, según análisis granulométrico de la arena, para retener la arena y lograr que el apilamiento de los granos sea compacto y estable y, por ende, no fluyan junto con el petróleo hacia el pozo. Además del método anterior, existen otras modalidades para contener el flujo de arena. Hay tuberías ranuradas y preempacadas, o sea que la tubería ranurada interna viene cubierta por otras tuberías internas y el espacio anular entre estas dos tuberías está relleno de arena o material granular, lo que en sí forma un filtro y retenedor prefabricado. Otra es, a semejanza de la anterior, que el empaque con grava especialmente seleccionada se hace en sitio. Para eso, la sarta de revestimiento y de producción se hinca y cementa por encima del estrato productor. Luego se hace el ensanche del hoyo frente al estrato productor. Para revestir el hoyo ensanchado se utilizará una tubería calada (ranurada), la cual al final quedará colgada del revestidor cementado por encima del estrato productor. Antes de colgar la tubería calada, se bombea la cantidad determinada de grava para rellenar el espacio entre el estrato productor y la tubería calada. Hecho esto, se cuelga la tubería calada y se continúa con las otras faenas para poner el pozo en producción. El arenamiento de los pozos es de ocurrencia muy común. Y para mantener los pozos en producción plena se recurre a desarenarlos y limpiarlos utilizando fluidos debidamente acondicionados que se bombean progresivamente hasta el fondo para extraer la arena y sedimentos hasta la superficie por circulación continua. Algunas veces no es suficiente la circulación de fluidos y hay que utilizar achicadores o bombas desarenadoras en el fondo del pozo para poder hacer la limpieza. Además de disminuir la capacidad productiva del pozo, la presencia de arena en el pozo es dañina porque a medida que fluye con el petróleo causa cacarañeo, corrosión o abrasión de las instalaciones en el pozo y en la superficie. En el caso de pozos de flujo natural, la velocidad del flujo hace que la arena y sedimentos acentúen su poder de desgaste sobre las instalaciones. En los pozos de bombeo mecánico, a veces, es muy serio el daño que la arena causa a la bomba y sus partes, principalmente a las varillas de succión, al vástago pulido y a la sarta reductora.

FIGURA 1. Bombeo de fluido para limpiar un pozo arenado

FIGURA 2. Terminación por empaque de grava.

FIGURA 3. Tuberias, caladas concéntricas preempacadas

TABLA 1. Escala de Wentworth para clasificación de sedimentos. Un pozo requiriere de técnicas de control de arenamiento, si es susceptible o produce granos de arena de una porción de matriz del yacimiento; cabe recalcar que, “finos móviles”, que son partículas dispersas de arcilla o minerales pueden fluir a través de las gargantas de poros, por lo que no son considerados problemas que requieran control (O. Suman, 1982). Actualmente, muchos de los pozos perforados son realizados en campos que pertenecen a la Era Cenozoica, zonas donde existen formaciones inestables (areniscas) o poco consolidadas, que favorecen la producción de sólidos.

En algunas situaciones, las cantidades aportadas generan efectos insignificantes que poco se reflejan en la producción. Sin embargo, en muchos casos la producción de sólidos ocasiona reducciones en la productividad e inclusive aumentos excesivos en los programas de mantenimiento a los equipos de fondo, como de superficie, que provocan fallas prematuras del pozo y de los equipos, reflejándose en inversiones costosas que afectan la rentabilidad, llegando muchas veces al abandono del mismo. Así, el problema de arenamiento es tomado enormemente en cuenta alrededor del mundo, en zonas donde se explotan campos Terciarios principalmente. Por tal razón, es importante no sólo conocer la definición de arenamiento sino comprender cuales son los factores y causas que los provocan para tener en claro cómo funciona cada uno de ellos.

3. PRODUCCION DE ARENA

La producción de arena puede ser clasificada en: a) Producción transitoria de arena: la cual se refiere a una producción de arena que declina con respecto al tiempo de producción a gasto constante, comúnmente encontrada en limpiezas de pozos, acidificaciones o fracturamiento hidráulico para recuperación secundaria. b) Producción continúa de arena: que se presenta cuando se produce de formaciones no consolidadas que no cuenten con equipos de control de sólidos. c) Producción catastrófica de arena: que es el peor de todos los tipos y ocurre como una anormalidad cuando los fluidos del yacimiento son producidos excesivamente.

3.1.

Tipos de movimientos de arenas

a) Movimiento de granos: movimientos de arena en zonas alejadas de la cara de formación. b) Movimientos de masa: movimiento de arenas en pequeñas masas en zonas cercanas a la cara de la formación (obstrucción al nivel de las operaciones). c) Fludizacion masiva: movimiento masivo de la arena la cual genera erosión. 3.2.

CAUSAS DE LA PRODUCCIÓN DE ARENA Considerando el control de arenas, o control de solidos de formación uno tiene que diferenciar entre arena sólida y partículas finas que no son considerados usualmente como parte de la estructura mecánica de la formación del yacimiento.

Algunos finos son probablemente producidos siempre con los fluidos del pozo, lo cual de hecho es beneficioso. Si los granos finos se mueven libremente a través del empaque con grava, ellos nos taponean este.

a) Grado de consolidación La capacidad de mantener túneles de cañoneo abiertos depende estrechamente del nivel de cohesión existente entre los granos de la 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, estas suelen tener poco material de cementación que mantenga unidos los granos de arena, por lo que estas formaciones pueden clasificarse en poco consolidadas y no consolidadas. (Ordaz, G. 2011). b) Reducción de la presión de poro A medida que se agota la presión del yacimiento a lo largo de la vida productiva del pozo, se pierde parte del soporte que poseía la roca suprayacente. La disminución de la presión del yacimiento genera una cantidad creciente de esfuerzo en la arena de la formación. En un momento determinado, los granos de la arena de la formación 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 la reducción de la presión poro podría ocasionar la subsidencia de las capas suprayacentes (por encima del yacimiento). (Ordaz, G. 2011).

c) Viscosidad del fluido del yacimiento La fuerza de arrastre friccional que se ejerce sobre los granos de la arena de la formación es creada por el flujo de fluidos del yacimiento. Dicha fuerza es directamente proporcional a la velocidad de flujo de los fluidos y a la viscosidad del fluido del yacimiento que se está produciendo. La fuerza de arrastre friccional sobre los granos de arena de la formación, es mayor en los yacimientos cuya viscosidad de fluido es elevada, en comparación con los de viscosidad baja. La influencia del arrastre por viscosidad induce a la producción de arena en yacimientos de crudo pesado, donde se encuentran crudos altamente viscosos de poca gravedad e incluso a velocidades de flujo bajas. (Ordaz, G. 2011). d) Aumento de la producción de agua 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 9 producción de arena. A medida que aumenta el corte de agua, disminuye la permeabilidad relativa del crudo, por lo cual se requiere un diferencial de presión mayor para producir crudo a la misma velocidad. (Ordaz, G. 2011). e) Tasa de producción La producción de fluidos de yacimiento genera un diferencial y fuerza de arrastre friccional que pueden combinarse para vencer la resistencia a la compresión de la formación, lo que significa que existe una tasa de flujo crítica para la mayoría de los pozos por encima de la cual el diferencial de presión y las fuerzas de arrastre friccional son suficientemente grandes como para exceder la resistencia a la compresión de la formación y ocasionar la producción de arena. (Ordaz, G. 2011). f) Tasa de flujo fluctuante Un aumento o disminución marcada de la tasa de flujo a través de la formación ocasiona un aumento transitorio en la producción de arena. (Ordaz, G. 2011).

3.3.

PROBLEMAS OCASIONADOS POR LA PRODUCCIÓN DE ARENA a) Colapso de la formación Los fluidos producidos podrían arrastrar consigo grandes volúmenes de arena hacia fuera de la formación. Si la velocidad de producción de

arena es suficientemente elevada y el proceso se extiende por largo tiempo, se desarrollará un vacío detrás de la tubería de revestimiento, el cual continuará ampliándose a medida que se produzca más arena. Cuando el vacío se torna lo suficientemente grande, la lutita o formación suprayacente podría colocarse hacia el fondo del pozo, debido a la falta de material que proporciona el soporte. (Torres, Y. 2012). b) Acumulación de arena en los equipos de superficie Si la velocidad de producción es la suficientemente rápida para transportar arena hacia la superficie, esta podría quedar depositada en los equipos superficiales del pozo; además puede ser arrastrada hacia líneas y estaciones de flujo causando deterioro de los equipos por el poder abrasivo de la arena. (Torres, Y. 2012). c) Erosión del equipo de fondo y superficie En pozos altamente productivos, los fluidos que circulan a gran velocidad transportan arena que pueden erosionar excesivamente tanto el equipo de fondo como el de superficie. Si la erosión es intensa u ocurre durante un lapso suficiente de tiempo, el equipo de superficie y/o de fondo podría llegar a fallar totalmente, lo que generaría problemas graves de seguridad, ambientales y diferimiento en la producción. (Torres, Y. 2012).

4. CONTROL DE ARENA Se conoce así al conjunto de técnicas mediante las cuales se disminuye, total o parcialmente, la producción de sólidos que soportan las cargas provenientes de la formación productora, los cuales se producen conjuntamente con los hidrocarburos, sin restringir la productividad del pozo. Los problemas de producción de arena suelen presentarse en aquellas formaciones no consolidadas, cuyos componentes mayoritarios son granos finos, donde el material cementante no provee suficiente fuerza de cohesión como para soportar los esfuerzos ocasionados por el paso de fluidos a través de ellos, lo que origina un desprendimiento de la arena y por consiguiente el arrastre de las partículas más finas hacia el interior del pozo, puede ser en forma de granos individuales de arena que se producen continuamente o pedazos enteros de la formación. Este desprendimiento de partículas no ocurre 11 súbitamente, sino que va aumentando hasta llegar a cantidades de arena no manejables por los sistemas de producción por lo que se deben identificar los pozos que estén produciendo poca cantidad de arena para tomar medidas especiales, ya que una vez que estos llegan a tasas críticas, no hay manera de detener la producción de la misma. (Ordaz, G. 2011).

4.1.

Mecanismos de control de arena

a) Reducción de las fuerzas de arrastre y fricción Controlar la tasa de producción es el medio más sencillo y económico para controlar la producción de arena. La tasa de producción de fluidos que ocasione movimiento de arena y finos debe considerarse como una tasa por área unitaria de formación permeable abierta a la luz del pozo. Determinar la tasa crítica de producción por encima de la cual la producción de arena es excesiva es un factor económico de gran importancia, cuando las consideraciones del yacimiento y la demanda del mercado justifican las tasas más altas de producción. (Torres, Y. 2012). b) Aumento de la resistencia de la formación Esto se puede lograr a través de la consolidación de la arena. Este mecanismo tiene una aplicación especializada, deja la luz del pozo abierta y puede utilizarse en revestidores de diámetros pequeños. El radio de penetración de los químicos para consolidación no es muy grande (no mayor de 15 pies). (Torres, Y. (2012). 4.2.

Técnicas de control de arena

Las técnicas de control de arena pueden ser clasificadas como mecánicas, químicas y mecánicas/químicas. Las mecánicas previenen la producción de arena con 12 liners ranurados, rejillas o empaque con grava, que detienen los granos de gran tamaño de la arena de formación y estos, a su vez, detienen los granos más pequeños. La técnica de control química envuelve la inyección de materiales cementantes dentro de formación para consolidar los granos de la arena. Una combinación de rejilla y grava plástica consolidada puede ser usada para el control de arena en algunos pozos para incrementar la estabilidad del empaque. (Roca, E. 2009). 4.2.1. Rejillas y liners ranurados Las rejillas y liners ranurados sin empaques con grava, constituyen 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 liners actúan como filtros de superficie entre la formación y el pozo, puesto que el material de la formación se puentea a la entrada del liner. 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). 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. Para que un liner ranurado o rejilla sean eficientes se recomienda su utilización en formaciones de permeabilidad relativamente altas, que contenga poca o ninguna arcilla, es decir, arena relativamente limpias y cuyos granos de arena sean grandes y estén bien distribuidos, con poca dispersión entre tamaños de granos, es decir, con un coeficiente de uniformidad menor a tres. Si la formación presenta suficiente arcilla, los puentes de arena que se forman en el liner o rejilla podrían obstruirse y si el rango de tamaño de las partículas de arena es amplio, es posible que el liner ranurado o rejilla se obstruyan con granos de arena durante la formación del puente en el mismo. Por otra parte si los puentes que se han formado no son estables, pueden romperse cuando se cambien las tasas de producción o en los arranques y cierres del pozo, y como consecuencia es posible que la arena de la formación se reorganice, lo cual, con el tiempo, tiende a ocasionar la obstrucción de la rejilla o liner. Los pozos de petróleo y/o gas con arenas bastantes sucias y con tamaños de granos pequeños, son normalmente formaciones no uniforme. Esto no permitirá un apropiado puenteo de la arena de la formación sobre la rejilla o liner. En la mayoría de los casos algún puenteo ocurrirá pero con una reducción de la producción debido a la invasión de las partículas más pequeñas en las aberturas de las rejillas. Esto en efecto limita el uso de rejilla sola o liner como una técnica para controlar la arena de la formación. Otro factor sería el tipo de formación (friable, parcialmente consolidada o no consolidada). Las formaciones friables posiblemente nunca colapsaran alrededor de la rejilla o liner, pero producirán cantidades pequeñas de arena durante la producción del fluido. Las arenas parcialmente consolidadas y las arena no consolidadas se derrumbarán y llenarán las perforaciones y el espacio entre el revestidor y la rejilla con la subsecuente reducción de la permeabilidad en las perforaciones y en el espacio del revestimiento/rejilla. La selección entre rejilla y liner ranurado se basa fundamentalmente en factores económicos. El liner ranurado es menos costoso, pero presenta limitaciones de anchura del calibre, con un área abierta al flujo de 3%. Por su

parte, las rejillas pueden tener aberturas mucho más grandes y un área de flujo mayor, pero resultan más costosas. El área abierta al flujo de una rejilla típica será de 2 a 12 veces mayor dependiendo del tamaño del calibre. (Ordaz, G. 2011). Existen varios tipos de rejillas para el control de la producción de arena.

F Liner ranurado a) Rejillas con envoltura de alambre Son los más comunes y por lo general constan de 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. Los pozos que presentan producción de fluidos corrosivos (H2S, CO2), ameritan de consideraciones especiales. En estos casos hay que controlar la producción de arena con herramientas diseñadas con un material especial para evitar la corrosión de la rejilla. (Ordaz, G. 2011).

Figura 2.3: Rejilla con envoltura de alambre.

b) 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. (Ordaz, G. 2011).

Figura 2.4: Rejilla de malla premium. c) Rejillas pre-empacadas Las rejillas pre-empacadas son un filtro de dos etapas con las envolturas externas e internas de la rejilla que entrampan el medio filtrante. El medio filtrante (típicamente grava) no deja pasar los granos de la formación más pequeños, esta arena actúa como agente puenteante cuando se produce arena de formación mientras que la envoltura exterior de la rejilla filtra los granos de la formación más grandes, las rejillas pre-empacadas se aplican en zonas donde la utilización del empaque con grava es difícil (zonas largas, pozos muy desviados, pozos horizontales y formaciones heterogéneas). Existen diferentes diseños de rejillas preempacadas, los más comunes incluyen rejillas preempacadas doble, rejillas pre-empacadas sencillas y rejillas preempacadas delgadas: 

La rejilla doble: 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. Todo el ensamblaje de la rejilla se coloca en un horno y se calienta para permitir que la grava revestida se consolide.

 La rejilla pre-empacada sencilla: 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.  La rejilla delgada: es 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 17 camisa. En segundo lugar, el espacio entre la camisa y la rejilla de malla fina se llena con arena de empaque revestida con resina. Después se lleva la rejilla a un horno, para curar la grava revestida y obtener una capa fina de grava consolidada entre la camisa de la rejilla y la tubería base. (Ordaz, G. 2011). d) 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. Para reducir el diámetro inicial, las capas superpuestas de los filtros quedan entre un tubo base ranurado y una cubierta protectora del tubo con agujeros 18 perforados. Luego de que se bajan los filtros de grava al pozo se empuja un mandril a través del ensamblaje expandiendo las ranuras del tubo base, los filtros y los agujeros en la cubierta externa contra la pared del pozo, con el fin de proporcionar integridad al control de la producción de arena. Las capas de los filtros se abren deslizándose u 19 están definiendo los parámetros de formación y las condiciones de yacimiento en las que esta tecnología se puede aplicar de mejor manera. (Ordaz, G. (2011), pp. 22-29) Figura 2.6: Rejilla Expandible. Fuente: http://www.slb.com /resources/ publications/

oilfield review.aspx 2.3.7 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. (Ordaz, G. (2011), p. 64) 20 2.3.8 Categoría de los pozos Consiste en clasificar los pozos según su condición o estado de operación. Esta especificación se encuentra en el programa Centinela, base de dato creada y utilizada por PDVSA. (Fuente: Propia) Tabla 2.1: Categoría de los pozos según Centinela CÓDIGO DESCRIPCIÓN 1 Pozos activos 2 Inactivos / Reparaciones menores / Producción inmediata 3 Inactivos/ Reparaciones mayores / Pozos fuera de servicio durante un tiempo prolongado 5 Pozos no económicos actualmente 6 Pozo de alivio gas superficie 7 Pozos de gas 8 Pozos de inyección 9 Otros pozos 2.3.9 Criterios para la Utilización de Tubos Filtros y Empaques con Grava Los pozos en formaciones no consolidadas o poco consolidadas, arenas sucias o no homogéneas con baja permeabilidad y granos pequeños mal clasificados deben completarse con empaques de grava de lo contrario los tubos filtros o rejillas podrían no mantener la productividad, ni permitir en control de la producción de arena a largo plazo. 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 micrones (> 44 µ m) y de menor tamaño, determinan la calidad de la formación e influye en el diseño de rejillas y empaques de grava. 21 Las rejillas sin empaque con grava son usadas preferiblemente en formaciones limpias, con granos de arenas grandes y bien clasificados, y también en pozos donde el riesgo de producción de arena es limitado, con arenas limpias (bajo contenido de finos) y homogéneas; de lo contrario debe completarse con empaques de grava. (CIED (1997), pp. 12-14). Tabla 2.2: Criterios para el uso de tubos filtros y empaques con grava CONDICIONES RECOMENDACIÓN D10/D95 < 3 44 µ m< 5 44 µ m< 5 44 µ 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 < 5 44 µ 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 >20 D40/D90 > 5 44 µ 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 preempaque para minimizar daños a la permeabilidad en la interfase arena-grava debidas al flujo. 2.3.10 Características de las rejillas de malla Premium MeshRite El objetivo de las rejillas premium MeshRite™, fabricadas de fibras de acero inoxidable altamente comprimidas es la de ofrecer la solución óptima para la 22 completación de los pozos, a fin de lograr el control de producción de arena. Las características principales son las siguientes: (Schlumberger, (2008), pp. 3-10)  Controla la producción de arena durante el tiempo de vida del pozo.  Minimiza la caída de presión a lo largo de la sección completada y evita daños a la formación.  La distribución del tamaño del poro es mayor que la distribución del tamaño de las partículas.  Mayor área de influjo (18%), alta porosidad (92%) y máxima permeabilidad lo cual conlleva a maximizar la capacidad de caudal y a aumentar la resistencia al taponamiento.  Puede ser usada dentro de las completaciones existentes (liner ranurado) y puede ser usado en hoyo abierto, como mecanismo individual (stand alone) o complemento de un empaque de graba, para garantizar la mayor retención de la más amplia distribución de tamaños de partículas.  Diseño resistente, permitiendo una instalación segura y eficiente.  Puede colocarse en hoyo abierto sin operaciones de acondicionamiento. Los criterios utilizados para la selección y uso de las rejillas de malla Premium MeshRite son los siguientes: Tabla 2.3: Criterios de selección de la empresa Schlumberger. CRITERIOS DE SELECCIÓN D50 (tamaño medio de los granos) > 140 micrones D 40/ D90 (Coeficiente de uniformidad) < 5 D 10/ D95 (Coeficiente de arreglo) < 5% 23 2.4 TÉRMINOS BÁSICOS

Tiene la desventaja de que requiere una inversión sustancial para el taladro, fluido de completación, el equipo de fondo de pozo, equipo de superficie y bombeo, y materiales; la pérdida de fluidos durante la completación podría causar daño a la formación, puede producir erosión / corrosión de la rejilla o "liner" debido a la arena que choca contra cualquier superficie expuesta y dificultad de colocar fluidos de estimulación a través del intervalo empacado con grava. Si el empaque con grava se utiliza en hoyo abierto, es necesario

perforar por debajo de la zapata, repasar la sección del hoyo abierto y entonces colocar una rejilla o "liner" a lo largo del intervalo del hoyo abierto, para posteriormente circular la grava al anular entre la rejilla o "liner" y el hoyo abierto, de tal forma que la rejilla o "liner" funciona como dispositivo de retención de la grava y el empaque con grava como filtro de la arena de la formación. Entre las desventajas del empaque con grava en hoyos abiertos tenemos que en zonas con grandes cantidades de arcilla y finos, los grandes volúmenes de fluido que contactan la formación durante la perforación y completación pueden causar daño, por otra parte, la estabilidad del hoyo normalmente es un problema, es difícil aislar fácilmente la producción de fluidos no deseables como agua y/o gas, las rejillas o "liner" pueden ser difíciles de remover para futuras re-completaciones y la habilidad para controlar la colocación de tratamientos de estimulación es difícil. Para pozos horizontales, la colocación de empaques con grava constituye la opción óptima para completar en zonas no consolidadas. El empaque con grava en pozos horizontales es una técnica más complicada y sofisticada que los empaques en pozos verticales y desviados, ya que es necesario utilizar tecnologías para colocar, exitosamente, grava a lo largo de un intervalo de miles de pies. 9. Frac Pack Consiste en una combinación de las técnicas de fracturamiento y empaque congrava. Esta técnica se basa en una corta y amplia fractura para mejorar suconductividad y fue aplicada en formaciones no consolidadas y carbonato blando.Una fractura corta y altamente conductiva es una solución práctica para algunassituaciones tales como pozos donde el daño a la formación es muy profundo, por loque requeriría excesivos volúmenes de ácidos, en formaciones sensibles a ácido uotros fluidos reactivos y en formaciones donde el tipo de daño es desconocidocausando incertidumbre en el diseño del tratamiento matricial, en areniscaspobremente consolidadas, que no responden a la acidificación y empaque congrava. Los fluidos de fracturamiento deberían poseer las siguientes características: Propagar la longitud de la fractura. Transportar el material propante. Maximizar el ancho de la fractura. Minimizar el daño en la conductividad de la fractura.El tamaño y tipo de propante son críticos para el éxito del tratamiento. El materialpropante debe ser bastante grande para contribuir significativamente a la

UNIVERSIDAD DE AQUINO DE BOLIVIA CEMENTACIÓN DE POZOS PETROLEROSING . GAS Y PETROLEO ARENAS DE FORMACIÓN O ARENAMIENTO Alumno: Guthrié Rios William Jr.

Página 11 conductividad de la fractura, sobre todo en el área cercana al pozo, donde controlalas partículas de la formación.Además el material propante debe ser suficientemente fuerte para resistir losesfuerzos de la formación. Las arenas resinadas son utilizadas para adicionarresistencia, aumentar la conductividad de la fractura y minimizar el retorno delpropante, lo cual se traduce en mayor efectividad del proceso.El efecto de la capa de resina sobre el fluido de fractura entrecruzado tiene que sertomado en cuenta al diseñar el tratamiento. La capa de resina puede tener un efectoen la viscosidad y la ruptura del fluido de fractura. Por otro lado los fluidos de fracturapueden influenciar la resistencia final en el material propante resinado.Condiciones que harían a un pozo adecuado para un tratamiento de Frac pack :- Formación que falla debido al alta caída de presión, desarrollada enun área cercana a la boca del pozo.- Formación que falla debido al derrumbamiento del poro.- Formación con historia de producci ón de arena.- Formaciones que están sobre presurizadas resultando la arenapobremente consolidada.- Formaciones que tienden a tener problemas de conificación de agua.- Pozos empaca dos con grava que han perdido productividad.- Formaciones pobremente consolidadas que exhiben daño a laformación por los fluidos de perforación / completación.Factores que afectan a la aplicación del Frac-Pack :- Las localizaciones del contacto agua/petróleo y gas/petróleo debenser consideradas al tratar una zona específica.- Bajo contraste de esfuerzos de capas confinadas puede resultar uncrecimiento alto de la fractura.- El estado mecánico del pozo, si la completación resiste los esfuerzosa los que va a ser sometidos.- El estado del trabajo de cementación, la calidad de la adherencia debeser examinada para posible comunicación. 10. Forzamiento arena con petróleo El forzamiento arena con petróleo (F.A.P.) es un método de control de arena yremoción de daño en la formación, el cual suministra una capa protectora de gravade mayor espesor alrededor del pozo que actúa como una extensión del empaquede grava. El objetivo de una F.A.P. consiste en la restauración de la arena producidaproveniente de la matriz y en la introducción de una capa adicional que reducirá y/oevitará el movimiento de finos hacia los orificios de cañoneo y a través del áreaempacada con revestimiento ranurado.

UNIVERSIDAD DE AQUINO DE BOLIVIA CEMENTACIÓN DE POZOS PETROLEROSING . GAS Y PETROLEO ARENAS DE FORMACIÓN O ARENAMIENTO Alumno: Guthrié Rios William Jr. Página 12 El F.A.P. es aplicable a:- Pozos viejos luego de una producción considerable de arena.- Pozos nuevos completados en formaciones con arenas pobrementeconsolidadas. ANÁLISIS: La acumulación de arena y sólidos en los pozos perjudica significativamente laproducción de petróleo y gas. De hecho, prácticamente la mitad de las operacionescon tubería flexible conllevan trabajos de limpieza de pozos para la remoción de losescombros. La integración innovadora de equipos, los programas de computación,los sistemas de limpieza a base de fluidos y la vigilancia rutinaria de los tratamientosayuda a los ingenieros a reducir el costo y el riesgo de las operaciones de limpiezade pozos y restituye la producción en menos tiempo. CONCLUSIÓN: Se llegó a conocer como perjudica el Arenamiento a la producción de un pozo ycomo solucionar este problema usando varios métodos en los distintos tipos decasos, viendo así las ventajas y desventajas de estos métodos de control para elarenamiento.

BIBLIOGRAFÍA: Daño a la formación y estimulación-Universidad sur colombiana-Facultad de ingeniería. Métodos de control de la producción de arena sin cedazos. Manual Práctico de Ingeniería de Completación.

Métodos Básicos de Control de Arena en la Industria de los Hidrocarburos el mayo 19, 2016

El control de arena es un método que regula o minimiza la producción de arena en un pozo petrolero. Es un requirimiento común para los distintos pozos alrededor del mundo. Hay dos situaciones que provocan la producción de arena. La primera causa es una falla mecánica en la roca alrededor del pozo y el segundo caso es la fuerza de arrastre ocasionada por la producción o el fluido de inyección. La producción de arena puede conducir a varios problemas tales como el deterioro de producción debido al taponamiento de arena, la erosión de la sarta de completación y las herramientas en el fondo del hoyo, así como las instalaciones de superficie como separador de daños, tuberías, etc.

Con el fin de evitar la producción de arena, hay dos métodos principales como se indica a continuación; Control de Arena Pasivo – Este método utiliza las medidas no intrusivas para controlar, mitigar o evitar la producción de arena desde el yacimiento. Las siguientes técnicas son métodos de control de arena pasivos:   

Cañoneo Orientado CañoneoSelectivo Manejo de Arena

Control de Arena Activo – Este método se basa en el uso de filtros para controlar la producción de arena y se conoce como medida intrusivo. Las siguientes técnicas son métodos de control de arena activos.    

Rejillas únicas (liner ranurado, la rejilla de alambre envuelto, rejillas pre empacadas y rejillas premium de alta calidad) Rejilla-Filtro de Arena Expandible Empaque de grava y Empaque Frack Consolidación química

Rejillas Independiente Stand Alone Este tipo de control de la arena consiste en colocar poner rejillas para detener la producción de arena en un pozo. Inicialmente, la arena fina y limos pasarán a través de la rejilla. Una vez que los paquetes de arena se desarrollan alrededor de la rejilla, serán como un medio de filtración que evita que la arena fluya hacia el pozo. Hay varios tipos de rejillas que se utilizan en la industria de petróleo y gas, tales como tubería ranurada, la rejilla de alambre envuelto, rejilla pre-empacada y rejilla premium de alta calidad. Esto es conveniente para formaciones con granos bien ordenados, limpios y de gran tamaño.

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Liner Ranurado

El liner ranurado, que es uno de los métodos de control de arena más antiguos, es un tubo con una serie de ranuras cortadas a través de una pared del tubular en una orientación axial (Figura 1). La Anchura de las ranuras esta diseñada para crear puentes entre las partículas a través de las ranuras. Esta es la forma menos costosa de hacer una rejilla independiente y es muy simple. El área de flujo está normalmente alrededor del 3%, pero puede ir hasta el 6% de la superficie total de la tubería. Sin embargo, las áreas de flujo de más de 6% serán perjudiciales para resistencia a la tensión de la tubería. .

Figura 1 – Liner Ranurado (Ref http://image.ec21.com/image/tjpowerful/oimg_GC02070430_CA07710645/Slotted_Casing_ Pipe_Slotted_Liner_Slotted_Pipes_Tubing.jpg) Hay dos tipos de ranuras que son ranuras rectas y Keystone (Figura 2). las ranuras Keystone son consideradas como una mejor opción que las ranuras rectas debido a su capacidad de auto-lavado. Sin embargo, las ranuras trapezoidales son generalmente más caros que las ranuras rectas. En general, las ranuras son de 1.5 a 2.5 pulgadas de largo y el ancho varía de 0,012 a 0,250 pulgadas.

Figura 2 – Tipos de Liner Ranurado

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Rejillas con Envoltura de Alambre

Las rejillas con alambre envuelto constan de un tubo perforado con una chaqueta o envoltura de alambre soldada alrededor del mismo. Los alambres enrollados alrededor de los nervios verticales son de forma trapezoidal, y están diseñados para reducir las posibilidades de arena de conectar la rejilla porque tiene una acción de auto-limpieza. Tiene un área de flujo más grande en comparación con un revestimiento ranurado y proporciona una buena resistencia y precisa área de abertura de la ranura. Hay tres tipos principales de rejillas con envoltura de almabre, que se indican a continuación;   

Rejillas Rod-based Pipe-based slip-on Rejillas Pipe-based direct build

En la Figura 3 se muestra un dibujo de la configuración de una rejilla con envoltura de alambre.

Figura 3 – Wire-Wrapped Screen (Ref – http://www.sand-screen.com/img/wire-wrapped-screen-structure.jpg) La rejilla con alambre envuelto puede ser utilizada como independiente o con un empaque de grava. La parte crítica de tener un exitoso control de arena con rejilla de alambre envuelto es tener formaciones con granos bien sorteadas. En una formaciónmal ordenada no será eficaz porque las partículas finas pasarán a través de la rejilla, mientras que las partículas grandes se bloquean. Las partículas finas en un pozo fluirán con el líquido de producción y causará daños a los equipo de fondo de pozo y de superficie. En un yacimiento Mal clasificado, los cedazos de alambre se utilizan normalmente detrás de un empaque de grava debido a que con este se obtiene un tamaño de grano bien ordenados que las personas pueden controlar. 

Rejillas Pre Empacadas

Son similares a es similar a las de alambre envuelto pero tienen diferentes medios de filtrado. Una capa media de grava con o sin recubrimiento de resina se coloca alrededor del componente interno de la rejilla y se apoya en una rejilla externa (Figura 4). El Grosor y el tamaño de la capa de soporte depende de los requerimientos del pozo, así como el tamaño de la formación, la tasa de flujo, el tamaño del agujero, etc.

Figura 4 – Pre-Packed Screen (Ref Image- http://www.variperm.com/themes/variperm/img/landing-page/pre-packscreen.jpg)

La principal preocupación acerca de las rejillas pre empcadas es el riesgo de taponearse con fluido de terminación, lodo de perforación, etc. Por lo tanto, con el fin de mitigar este problema, se pueden usar Carbolitos como medio principal de empaque en lugar de retamizado de grava. Hay varias ventajas sobre Carbolito como grandes gargantas de poro, clasificación precisa del tamaño de grano y una mejor permeabilidad que la rejilla normal de re-tamizada.

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Rejillas Premium

Las rejillas premium son de diseño totalmente metálico con una cubierta exterior también metálica de protección y una filtración de malla metálica. Las principales ventajas de estas rejillas sobre otras es la resistencia al taponamiento y la capacidad de hacer fluir de nuevo

el fluido de perforación a través de las rejillas. La malla metálica puede ser especialmente diseñada en función de cada uno de los proveedores de servicios o los requisitos del cliente. El poro de la garganta puede variar de 60 micras a 300 micras y la idea es que la malla pueda evitar las partículas grandes y permitir que las partículas finas fluyan a través de la etapa inicial. A continuación, las partículas grandes formarán una capa de filtro de arena permeable en la superficie de la pantalla, lo que evitará que las partículas finas y grandes fluyan.. Las rejillas premium se corren antes de un trabajo de empaque con grava y son famosas para pozos horizontales largos.

Figura 5 – Premium Sand Screen (Ref- http://www.offshore-mag.com/content/dam/offshore/print-articles/volume74/01/sandfacecompposter_off1401.pdf)

Rejillas Expandibles para Arena Son la más actual tecnología en rejillas. Incluyen una parte perforada, un medio filtrante y una cubierta exterior. La rejilla se corre en el hoyo y el inserto de expansion se usa para aumentar o expandir hacia el diametro del hoyo de producción. Las ventajas de asentar rejillas expandibles contra la formación son las siguientes:    

Control de arena efectivo Provee soporte al hoyo. Brinda el diametro máximo de hoyo Brinda una mayor area de influjo

Una rejilla expandible tipica consiste en 4 partes principales: 

Tubo base

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Medio de filtración cubierta de protección externa conector integral expandible

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El video de abajo muestra una rejilla expandible de la empresa Weatherford

Hay varios sistemas en el mercado , por lo que se requiere hacer una buena comparación técnica y operacional entre los servicios que ofrecen la mejor solución para que coincida con los requerimientos .a.

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.

Figura 6 – Empaque con Grava en Hoyo Revestido y en Hoyo Desnudo (Ref Image – http://www.dunefront.com/images/Open_and_Cased_Hole_Gravel_Packs.png) Ventajas del Empaque con Grava  

Con un diseño apropiado se puede minimizar el deterioso de la productividad. Puede usarse en arenas heterogeneas.

Desventajas del Empaque con grava     

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 quimica es una alternativa a los metodos mecanicos de control de produccion de arena en formaciones no consolidadas, por medio de la inyección de quimicos 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 permeablidad inicial lo mayor posible. Este es el metodo mas complejo de control de arena, ademas de involucrar riesgos significantes de daño al yacimiento y/o posicionamiento inefectivo de los químicos. En este metodo se desarrollan muti etapas de inyección de distintas sustancias hacia el yacimiento.