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

OBJETIVO GENERAL Estudiar las técnicas para el control de invasión de arenas en pozos productores. . OBJETIVO ESPECIFICO 

Identificar el origen de la producción de arena, daño alrededor del pozo y causas de daño de la formación.



Determinar las causas por las que se origina la producción de arena



Analizar cada uno de los sistemas para el control de arena en pozos productores de hidrocarburos que cuenten con el problema de arenamiento



Investigar los tipos de diseño de grava para el control de arena



Identificar los criterios de selección de empaque de grava



Verificar los diversos factores que afectan a la calidad de grava

1. ORIGEN DE PRODUCCION DE ARENA Las condiciones que pueden originar la producción de arena y el estado en que probablemente se encuentra la formación detrás de la tubería de revestimiento, una vez producida dicha arena, se determinan en base a varios factores. Estos factores deben describir tanto la naturaleza del material de la formación que se produce, como las fuerzas que ocasionan la falla en la estructura de la misma, siendo ellos principalmente los siguientes: 

Cantidad y tipo de cemento que mantiene la cohesión entre los granos.



Fuerzas de fricción existentes entre los granos.



Presión del fluido en los poros de la roca.



Fuerzas de presión capilar.

En base a la cantidad de arena producida, se pueden identificar tres etapas de severidad del problema de arenamiento, cada una de las cuales genera un impacto económico. La primera etapa ocurre cuando la producción de arena es baja, causando desgaste del equipo, obligando a veces, la disminución de la producción de petróleo para evitar que ocurra dicho fenómeno, creándose así un potencial de producción diferido. La segunda etapa sucede cuando la producción de arena es mediana, cuando adicionalmente al impacto técnico y económico de la primera etapa, se presenta taponamiento en la tubería, originando la inactividad del pozo, lo cual implica un mayor impacto económico por los gastos adicionales de reacondicionamiento y la pérdida de producción.

La tercera etapa, de mayor gravedad, ocurre cuando la producción de arena es muy alta ocasionando todos los problemas técnicos y económicos anteriormente descritos, pero adicionalmente la gran cantidad de arena producida deja cavernas enormes alrededor del revestidor, pudiendo éste colapsar, perdiéndose por completo el pozo. Un pozo con problemas de arenamiento sin la atención adecuada progresará por las etapas planteadas y su condición empeorará con el tiempo. 2. ARENAMIENTO El

fenómeno

de

arenamiento

tiene

su

origen

cuando

los

esfuerzos

desestabilizadores (esfuerzos de arrastre y gradientes de presión) son mayores que la resistencia mecánica de la formación.

Cuando esto ocurre se origina una inestabilidad, que causa el desprendimiento del material de la formación. Este desprendimiento puede ser en forma de granos individuales de arena, que se producen continuamente, o pedazos enteros de la formación.

FIG URA 1Movimiento de los granos de arena causado por esfuerzos desestabilizadores.

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”. 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” . 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 aa 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 2 Bombeo de fluido para limpiar un pozo arenado

FIGURA 3Terminación por empaque de grava.

FIGURA 4 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.

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

acidificaciones

o

encontrada

fracturamiento

en

limpiezas

hidráulico

para

de

pozos,

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

En campos con formaciones poco consolidadas, el simple flujo de fluidos del yacimiento hacia el pozo puede acarrear sólidos que en ciertos casos generan problemas en producción. Las condiciones que pueden causar la producción de arena dependen de las fuerzas que mantienen unidas a los granos de areniscas. Estos factores describen la naturaleza del material de formación y las causas para que falle la estructura, entre las que se tienen: 

Falta de material cementante que mantenga la adherencia entre los granos de la arena productiva



Disminución de la presión del yacimiento (etapa avanzada de producción) que reduce la adherencia entre los granos de la matriz, y propicia su desplazamiento hacia e hoyo.



La llegada del agua del acuífero a las cercanías del hoyo puede deteriorar el material cementante entre los granos.



Nivel de producción superior a la tasa crítica



Factores geológicos y geográfico



Flujo multifásico



Altas tasas de flujo



Efectos térmicos

Estos factores, están incluidos entre los efectos de la resistencia de la roca y los del flujo de fluidos, cada uno de ellos, representa un papel importante en la prevención e inicio de la producción de arena. Los factores que controlan el comienzo de la falla mecánica de la roca incluyen: la resistencia de la roca inherente, los esfuerzos que existen naturalmente en la tierra y los esfuerzos adicionales causados por la perforación y la producción. En formaciones no consolidadas la producción de arena se puede disparar por el primer flujo de fluidos de formación debido a la fuerza de arrastre de los fluidos o a la turbulencia de gas. Esto desprende los granos de arena y los lleva a los disparos. El efecto crece al incrementar la viscosidad del fluido, el gasto y con altas caídas de presión. En rocas mejor cementadas, se puede provocar la producción de arena por incidentes en la vida productiva del pozo, como, fluctuaciones en el gasto de producción, comienzo de producción de agua, cambio en la relación gas-aceite, reducción en la presión de yacimiento o subsidencia (hundimientos).

FIGURA 5 Geometría de un Arco de arena alrededor de los disparos de producción.

Arco estable formado alrededor de la entrada de la cavidad de un disparo. Este arco permanece estable mientas el gasto y la caída de presión sean constantes, si estos se alteran, el arco colapsa y se produce arena, hasta que se forme uno nuevo, una vez que el flujo se estabiliza. Fluctuaciones en el gasto de producción, afectan la estabilidad de la cavidad del disparo y en algunos casos dificulta la creación y mantenimiento de los arcos de arena. Un arco de arena es una capa hemisférica de granos de arena entrelazados, que es estable a una caída de presión y gasto constante. Cambios en el gasto o el cierre de la producción puede resultar en el colapso del arco, causando que se produzca arena hasta que un nuevo arco se forme.

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. 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). ( 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.

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. e) Mojabilidad de superficies y partículas

En general, cualquier fluido al moverse en el medio poroso puede alcanzar una velocidad de arrastre suficiente para desprender partículas de las paredes de los poros. Cuando la saturación de la fase que moja, aumenta, y está se hace móvil, se alcanza con facilidad la velocidad crítica, y las partículas comienzan a desprenderse y migrar. f) 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.

g) 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.

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. 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.

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.

4. SISTEMA DE CONTROL DE ARENA

4.1.

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 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. Aproximadamente el 30% de los yacimientos de areniscas del mundo son los suficientemente débiles para generar producción de arena. La producción de arena trae consigo problemas costosos como daño a los equipos de superficie, daños a los tubulares y taponamiento, lo que se refleja en incremento de los costos y pérdida en la producción; y riesgos de accidentes por daños irreparables en las válvulas de seguridad. Es por esto que es de suma importancia tener en cuenta al momento de realizar la completación de un pozo si va a existir producción de arena y que método va a ser aplicado para su mitigación. El control de arena de formación es costoso y trae consigo la disminución del gasto de producción o el uso de empaques de grava o técnicas de consolidación de arenas. A pesar de estos costos, las prácticas efectivas de control de arena, han hecho posible la producción de aceite y gas en pozos que de otra forma hubieran sido cerrados. 4.1.1.

METODOS DE CONTROL DE ARENA

Dependiendo del principio empleado los métodos para el control de arena pueden ser mecánicos o químicos, y se describen a continuación:

a) METODOS FISICOS-QUIMICOS Este método de control de arena se emplea en las formaciones con ninguno o poco material cementante; también se emplea como una técnica de remediación en pozos con un nivel inaceptable de producción de arena. Una ventaja y beneficio importante en relación con otros métodos de exclusión de arena, es que la pared del hoyo queda libre de obstrucciones (rejillas, empaques de arena, entre otros). Se basan en la consolidación de los granos de arena de la formación a través de la inyección de resina liquida, este elemento proporciona una cementación artificial entre los granos lo que genera una resistencia mecánica muy alta. Los tratamientos físicos-químicos de consolidación son primordialmente aplicables en los intervalos o en zonas múltiples donde se desea utilizar el diámetro interno máximo del pozo para la productividad. Para lograr que la cementación artificial sea efectiva la resina tiene que: 

Penetrar en la formación a través de todo el intervalo.



Concentrar la resina en los puntos de contacto de los granos.



Dejar la mayor parte del espacio poroso libre de flujo.

b) METODOS MECANICOS

Los métodos mecánicos fueron diseñados con el fin de controlar la arena de formación a través de la utilización de rejillas o forros ranurados, empaque con grava, entre otros.

Este método se basa en formar un puente o filtro de manera que los granos de mayor diámetro sean puenteados en las ranuras de los forros ranurados o rejillas y/o en los empaquetamientos de grava, éstos a su vez serán utilizados en el puenteo de los granos más pequeños de la formación. 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. 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). c) MECANISMO DE CONTROL DE ARENA La selección de un método de control de arena depende de varios factores, condiciones específicas del campo, prácticas operativas y factores económicos; los métodos más utilizados para el control de arena son: 

Variación de la tasa de flujo.

Por lo general, es el medio más sencillo y económico para controlar la producción de arena. Se fundamenta en una reducción de la velocidad en el área cercana a la boca del pozo (en la cara de la arena) mediante la restricción de las tasas de producción, disminuyendo la caída de presión en la cara de la formación. Se reduce o aumenta la tasa de flujo paulatinamente hasta que la producción de arena sea operativamente manejable. Es una técnica de ensayo y error, la cual se basa en la formación de arcos estables en la formación, es necesario repetir eventualmente el procedimiento, a medida que cambian la presión del yacimiento, la tasa de flujo y el corte de agua. La desventaja de esta técnica es que la tasa requerida para mantener un arco estable en la formación suele ser menor al potencial de flujo del pozo y esto representa una pérdida significativa desde el punto de vista de la productividad.



Completaciones selectivas

La técnica consiste en cañonear aquella sección de la formación productora que posea mayor resistencia a la compresión, para así obtener un mayor diferencial de presión que normalmente permitirá tasas y velocidades de producción más elevadas sin que comience la producción de arena. Estas secciones poseen un mayor grado de cementación, pero una menor permeabilidad, por lo tanto, para que esta técnica sea realmente efectiva, la formación debe presentar una buena permeabilidad vertical, con el fin de permitir el drenaje del yacimiento, el proceso se ilustra en la Figura. Sin embargo, este método puede limitar la cantidad de zonas que puede ser perforada, limitando la producción total del pozo.

FIGURA 6 Granos consolidados de una roca. 

Consolidación plástica

Este proceso consiste en la inyección de resinas plásticas, las cuales se adhieren a los granos de arena de la formación. La resina se endurece y forma una masa consolidada, uniendo los granos de arena. Un tratamiento de consolidación plástica es exitoso si logra dos objetivos:  Adición de resistencia a la formación.  Mantenimiento de la permeabilidad de la formación. 

Ventajas del método: 

El área en el fondo del pozo está libre de obstrucción.

 No se requieren labores de pesca durante operaciones de pozo o re - completación.

 Los trabajos de reparación, si son necesarios, se pueden realizar sin sacar el equipo de fondo, a través de la tubería o mediante una unidad de tubería continua.  Muy recomendable en completaciones en hoyos delgados (slim hole). 

Desventajas del método:  Reducción de la permeabilidad de la formación.  Costo por pie es más costoso que otros métodos de control de arena.  Aplicable a intervalos menores de quince (15) pies.  Los materiales utilizados son por lo general muy peligrosos y tóxicos.

La técnica de consolidación plástica origina el aumento en la resistencia a la compresión de la formación, lo cual permite seguir produciendo a las tasas deseadas. Existen tres tipos de resinas utilizadas: epóxicas, furanos y fenólicas puras. Al entrar en contacto con la formación, la resina se encuentra en estado líquido y mediante un catalizador se logra la consolidación. . 

Sistema grava – resina.

Este método de control de arena combina la técnica de empaque con grava y la consolidación plástica. La mayoría de los sistemas grava - resina proporcionan

esfuerzos de compresión entre los 2000 y 3000 libras de presión y logran mantener la permeabilidad original en un 80%. 

Ventajas del método:  Los pozos se encuentran libres de obstrucción.  No hay equipos de fondo, por lo tanto no se requiere operación de pesca durante reparaciones o recompletaciones.  Más efectivo que la consolidación plástica en intervalos largos o arenas arcillosas. Menos costoso que la consolidación plástica.



Desventajas del método:  Todas las perforaciones deben ser cubiertas totalmente para así lograr un empaque consolidado efectivo.  Es requerido mucho tiempo de taladro.  No aplicable en intervalos largos (30’).

La aplicación del sistema grava – resina se encuentra limitado a pozos que sean capaces de aceptar suficiente grava y con temperaturas de formación menores de 250°F. 

Grava recubierta con resina.

Según especificación API, se bombea grava de alta permeabilidad, la cual está recubierta por una capa delgada de resina, dentro del pozo hasta llenar por completo las perforaciones y la tubería de revestimiento. Con la temperatura del

fondo del pozo, a través de la inyección de vapor o con un catalizador se endurece la resina y se forma un empaque consolidado. Después que se endurece y ha ganado resistencia a la compresión, la arena consolidada del empaque con grava colocada en la tubería de revestimiento puede ser extraída dejando las perforaciones llenas con la arena consolidada de alta permeabilidad. Los tapones de grava consolidada que queda en las perforaciones actúan como un filtro permeable que proporciona un medio para controlar la arena de la formación durante la producción o inyección. 

Ventajas del método  No se requiere la utilización de resinas durante el proceso.  No requiere la utilización de liner o rejillas.  Si la temperatura de fondo está alrededor de los 130°F, no se requieren catalizadores.  Menos costoso que los métodos de consolidación plástica.  El fluido de desplazamiento puede ser agua o salmuera.



Desventajas del método:  No se recomienda en formaciones con temperaturas mayores de 200°F.  Sensible a ácidos, solventes orgánicos y algunas salmueras fuertes, durante el proceso de cura. Ácidos y algunas salmueras tienden a acelerar el proceso de consolidación, mientras que los solventes orgánicos tienden a disolver el plástico.  Altas probabilidades de iniciarse la consolidación en la tubería.

 Luego de la consolidación el plástico no es estable con temperaturas mayores de 450°F. El uso de gravas recubiertas con resinas se recomienda en pozos de inyección de agua, y de vapor donde las temperaturas no excedan los 450°F, en arenas no consolidadas y para aquellos pozos donde las fallas de los empaques con grava son frecuentes.

El tiempo de cura depende de varios factores, siendo el más importante la temperatura.



Forros ranurados y/o rejillas.

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 forro terminará taponándose. Los "liner" y rejillas 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. Los "liner" ranurados y las rejillas 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. El problema más común y frecuente con la rejilla sola o "liner" ranurado como una técnica de control de arena, es la corrosión de las ranuras antes de que ocurra el puenteo. 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. Como consecuencia de la ruptura de los puentes formados, 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"; es por esto que cuando se utilice esta técnica para controlar arena de formación, debe procurarse que el diámetro del "liner" o rejilla sea lo más grande posible, con el fin de minimizar la magnitud de la reorganización que pueda ocurrir. Para que un "liner" ranurado o rejilla sea eficaz, generalmente se recomienda su utilización en formaciones de permeabilidad relativamente elevada, que contengan poca o ninguna arcilla.



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). 

Ventajas del método  A pesar de ser pre – empacadas no se aumenta el radio externo de las rejillas.



Desventajas del método  Es muy propensa a daños físicos durante su asentamiento en el pozo.

 La grava consolidada es poco resistente a la erosión.  La grava consolidada al igual que los sistemas de consolidación plástica son poco resistentes a la acción de ácidos, vapor, etc.  Productividad de los pozos se reduce cuando las aberturas se taponan. La utilización de las rejillas pre – empacadas implica tener presente dos posibles problemas:

Taponamiento, si la rejilla no se encuentra protegida es muy probable que la misma se tapone con finos de la formación durante el proceso de formación del puente arena. 

Daños de la grava pre – empacada

Si el pozo es demasiado inclinado, o las rejillas se colocan en pozos horizontales de radio corto se generan fracturas en la grava consolidada que generarán un bajo desempeño de la misma. Para utilizar rejillas pre empacadas las formaciones deben ser altamente permeables de granos de arena grandes y bien distribuidos, con poco o ningún contenido de arcillas u otros finos. Existen diferentes diseños de rejillas pre empacadas, los más comunes incluyen rejillas pre empacadas de rejilla doble, rejillas pre empacadas de rejilla sencilla y slim pack.



Rejillas con Empaques con Grava

Método de control de arena frecuentemente usado en pozos verticales o desviados en arenas poco consolidadas; son filtros de fondo que previenen la producción no deseada de arena de formación. Consisten en la colocación de grava cuidadosamente seleccionada, que actúa como filtro entre arena de formación y el "liner" o rejilla, es decir, la arena de formación se mantiene en su sitio gracias a la acción de una arena de empaque debidamente dimensionada, la cual será sostenida por una rejilla o "liner". La productividad del pozo está íntimamente relacionada con la selección de la grava de empaque a utilizar, ya que una inadecuada selección del tamaño de grava a utilizar puede permitir que la arena de formación y la grava se mezclen, trayendo como consecuencia un área de baja permeabilidad que disminuye la productividad del pozo. El tamaño de la grava debe ser seleccionado de tal forma que la arena de formación se puente con poco o ningún movimiento de la arena dentro del empaque de grava. 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. 

Frac pack.

Consiste en una combinación de las técnicas de fracturamiento y empaque con grava. Esta técnica se basa en una corta y amplia fractura para mejorar su conductividad y fue aplicada en formaciones no consolidadas y carbonato blando. Una fractura corta y altamente conductiva es una solución práctica para algunas situaciones tales como pozos donde el daño a la formación es muy profundo, por lo que requeriría excesivos volúmenes de ácidos, en formaciones sensibles a ácido u otros fluidos reactivos y en formaciones donde el tipo de daño es desconocido causando incertidumbre en el diseño del tratamiento matricial, en areniscas pobremente consolidadas, que no responden a la acidificación y empaque con grava. Los fluidos de fracturamiento deberían poseer las 4 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 material propante debe ser bastante grande para contribuir significativamente a la conductividad de la fractura, sobre todo en el área cercana al pozo, donde controla las partículas de la formación. Además el material propante debe ser suficientemente fuerte para resistir los esfuerzos de la formación. Las arenas resinadas son utilizadas para adicionar resistencia, aumentar la conductividad de la fractura y minimizar el retorno del propante, lo cual se traduce en mayor efectividad del proceso. El efecto de la capa de resina sobre el fluido de fracturaentrecruzado tiene que ser tomado en cuenta al diseñar el tratamiento. La capa de resina puede tener un efecto en la viscosidad y la ruptura del fluido de fractura. Por otro lado los fluidos de fractura pueden 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 en un área cercana a la boca del pozo.

FIGURA 7 Frac Pack 

Forzamiento arena petróleo.

El forzamiento arena con petróleo (F.A.P.) es un método de control de arena y remoción de daño en la formación, el cual suministra una capa protectora de grava de mayor espesor alrededor del pozo que actúa como una extensión del empaque de grava. El objetivo de una F.A.P. consiste en la restauración de la arena producida proveniente de la matriz y en la introducción de una capa adicional que reducirá y/o evitará el movimiento de finos hacia los orificios de cañoneo y a través del área empacada con revestimiento ranurado.

El F.A.P. es aplicable a:  Pozos viejos luego de una producción considerable de arena.  Pozos nuevos completados en formaciones con arenas pobremente consolidadas.

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.

FIGURA 8 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.

FIGURA 9 Rejilla 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

FIGURA 10 dibujo de la configuración de una rejilla con envoltura de alambre.

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.

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.

FIGURA 11 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 pre-empacadas 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.

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 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 una encima de la otra y el diámetro externo aumenta casi un 50%. Este tipo de rejillas generalmente consiste en tres capas: 

Una tubería base ranurada.



Un medio de filtración.

Un aro de refuerzo de protección exterior. Este diseño ofrece un gran número de ventajas, brinda una gran área de influjo que minimiza el taponamiento de la rejilla y la erosión, es operacionalmente fácil de instalar, proporciona un mayor diámetro interno que cualquier otro tipo de rejilla de control de arena, optimiza el comportamiento del influjo y facilita la instalación de equipos para aislamiento zonal. Una vez expandida la rejilla, elimina verticalmente el espacio anular, haciendo innecesario el empaque con grava en yacimientos que representan riesgos tales como: lutitas reactivas, gradientes de baja fractura, fracturas o fallas. Un punto preocupante en el uso de los filtros de grava expandibles es que puede permanecer un espacio anular pequeño incluso después de la instalación de estos como resultado de pozos socavados y agrandados o

de una expansión inadecuada de la rejilla llevándolos a nivel de los tubos filtros convencionales. La aplicabilidad de este tipo de filtros se ha centrado en pozos horizontales y pozos verticales a hoyo desnudo. Las pruebas de laboratorio y los estudios de campo 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).

FIGURA 12 Rejilla Expandible.

4.3.

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. 4.4.

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.

TABLA 2 Categoría de los pozos según Centinela CÓDIGO

4.5.

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  m) y de menor tamaño, determinan la calidad de la formación e influye en el diseño de rejillas y empaques de grava. 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.

TABLA 3 criterios para el uso de tubos filtros y qmpaques con grava

4.6.

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 completación de los pozos, a fin de lograr el control de producción de arena. Las características principales son las siguientes: (Schlumberger, 2008). 

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 4 Criterios de selección de la empresa Schlumberger.

5. DAÑO ALREDEDOR DEL POZO El daño de formación tiene influencia en el problema de arenamiento, ya que afecta las tasas de producción del pozo. Al tener un valor de "skin damage" (daño de formación) elevado en las inmediaciones del pozo, el fluido ejercerá una mayor presión sobre el esqueleto mineral de la formación, generando mayores esfuerzos, debido a la limitación de la capacidad de flujo. Por lo tanto, muchos de los factores que causan daños de formación también afectan negativamente el problema de arenamiento. Sin embargo, si se logra reducir el daño de formación no solo se mejorará el problema de arenamiento, sino que se podrá producir más petróleo. Cualquier restricción al flujo de fluidos desde el yacimiento hacia el pozo, en pozos productores e inyectores, es considerado un daño. El daño puede visualizarse físicamente como cualquier obstrucción al flujo de fluidos en el medio poroso cercano al pozo.

Existe un radio crítico alrededor del pozo, en el cual cualquier obstrucción produce una gran caída de presión y por lo tanto una baja productividad. Una de las primeras preguntas que surge en un estudio de arenamiento, es si el problema es causado por una característica mecánica especial que tiene la formación o es inducido por el hombre debido a técnicas que promueven el arenamiento . .

FIGURA 13 Efecto del radio de invasión en la disminución de la productividad

El daño natural consiste en la acumulación de sólidos en las cercanías del pozo, debido al arrastre de los fluidos producidos. Este es un daño que puede ser remediado, pero, en general, no puede prevenirse, es una consecuencia de la producción.

En este grupo se podrían incluir la acumulación de partículas finas, la precipitación de asfáltenos y la de escamas de carbonatos o sulfatos de calcio y otros. Estos depósitos pueden disolverse mediante las formulaciones adecuadas de ácidos, o de mezclas de solventes. El daño a la formación de mayor efecto sobre la productividad en los pozos es el inducido por las operaciones, perforación, cementación, cañoneo, intervenciones, estimulaciones químicas mal diseñadas o ejecutadas, y fracturamientos con fluidos de alto residuo. Durante la perforación de un pozo, el fluido empleado causa invasión de líquidos y de sólidos en el medio poroso, y esta invasión será más profunda a medida que aumente la presión diferencial entre la columna líquida y la presión del yacimiento. Los líquidos pueden reaccionar químicamente con los minerales y con los fluidos del yacimiento (crudo y/o agua), formando precipitados y/o emulsiones taponantes, así como pueden cambiar la mojabilidad del medio poroso, reduciendo la permeabilidad relativa al petróleo. Los sólidos forman un revoque interno que reduce la permeabilidad. Este daño puede prevenirse, diseñando el tamaño mínimo de sólidos que puede contener un lodo y realizando un control de sólidos efectivo durante la perforación. A veces la necesidad de mantener la estabilidad de las formaciones lutiticas que se atraviesan, exige utilizar un fluido de perforación de alta densidad, que luego se usa para atravesar las arenas productoras, las cuales, en general, no necesitan densidades tan altas para ser controladas. Otras veces se usan altas densidades porque no se tienen datos actualizados de la presión de yacimiento, y se suponen presiones más altas que las verdaderas.

Estos sobrebalances son el origen de la invasión del filtrado del lodo de perforación y los sólidos presentes en el mismo hacia la formación. Recientemente se ha identificado el daño de formación como uno de los problemas tradicionales que afecta el fenómeno de arenamiento de pozos petroleros. Esto se debe a que el daño de formación crea un "skin damage" (contra de permeabilidad reducida) en la vecindad del pozo y esto a su vez causa una caída de presión adicional en las inmediaciones del pozo. Este excesivo gradiente de presión cercano al pozo causa una concentración de esfuerzos de corte en la matriz geológica y si estos esfuerzos son mayores que la resistencia mecánica de la formación, entonces habrá un colapso del esqueleto mineral de la misma. Este problema es especialmente importante en pozos con altas tasas de flujo, ya que los esfuerzos de corte pueden alcanzar altos valores. Por lo tanto, se debe minimizar en lo posible el daño de formación que es causado por las actividades de pozo. Las operaciones de pozos que pueden causar daños de formación son las que involucran fluidos de perforación y completación. Los mecanismos de daños atribuidos a los fluidos de perforación y completación pueden ser ocasionados por la invasión del filtrado, y por la invasión y migración de sólidos. La invasión del filtrado de los fluidos de perforación puede causar daño debido a:  Reordenamiento de arcillas.  Formación de emulsiones.  Bloqueos de agua.  Cambios de humectabilidad de la roca.

La invasión y migración de sólidos causan daño, ya que ciertos tamaños de las partículas en suspensión dentro de los fluidos de perforación y/o completación pueden taponar los poros existentes entre los granos minerales causando una brusca disminución de la permeabilidad de la formación y reducción del diferencial de presión en las inmediaciones del pozo. La tecnología más importante asociada a los daños de formación es el diagnóstico de los mismos. El diagnóstico apropiado y el entendimiento de los mecanismos de daño permiten diseñar los métodos preventivos y correctivos apropiados, y también los métodos de prevención de los daños.

FIGURA 14 Daño a la formación

5.1.

DAÑO A LA FORMACION

Daño es la reducción de permeabilidad y la obstrucción al flujo de fluidos en la región adyacente al pozo dentro de la formación. El daño a la formación puede ser causado por procesos simples o complejos, presentándose en cualquiera de las etapas de la vida de un pozo. 5.1.1.

CAUSA DE DAÑO DE LA FORMACION

Las causas de una baja productividad en un pozo pueden variar desde un problema fundamental del yacimiento hasta restricciones al flujo en la zona cercana al pozo, o en el pozo mismo. Las curvas potenciales incluyen: baja permeabilidad natural del yacimiento, baja permeabilidad relativa a la fase de hidrocarburos, daño a la formación, perforaciones de poca penetración o tapadas, y restricciones al nivel de pozo”. Disminuye significativamente en la productividad, y ocasiona una caída de presión adicional en las cercanías del mismo. El daño puede ser natural, una transformación artificial de los fluidos producidos del yacimiento que atraviesan una formación, o inducido por los fluidos utilizados en las operaciones de pozos: El proceso de perforación constituye el primero y más importante origen del daño a la formación, el cual puede agravarse en las etapas siguientes (cementación, completamiento, etc.). Cuando se perfora a través de la zona productora, la calidad del fluido de perforación y la presión diferencial ejercida contra la formación son críticas. El daño y su efecto en la productividad del pozo resultan de la interacción del

filtrado del lodo con los fluidos y minerales que contiene la roca y de la invasión de sólidos tanto del lodo como de los recortes de la broca. El lodo de perforación contiene arcillas, agentes densificantes y aditivos químicos que son potencialmente dañinos, la invasión de estos materiales depende de la efectividad de control de pérdida de circulación y del tamaño de los poros de la roca, esta invasión puede variar de pocas pulgadas a varios pies. En la cementación del pozo: al bajar la tubería de revestimiento se puede generar una presión diferencial tal que compacte la torta de lodo aumentando la posibilidad de perdida de filtrado. La lechada de cemento también produce alta perdida de filtrado y los sólidos pueden penetrar a la formación. Los filtrados con altos pH son dañinos en formaciones arcillosas. En la producción o en la inyección normalmente pueden originarse cambios en la estabilidad de los fluidos producidos o inyectados, propiciándose precipitaciones orgánicas e inorgánicas causando el taponamiento del espacio poroso.  Un exceso en la caída de presión que puede fomentar la migración de material cementante de la roca y facilitar el taponamiento por derrumbe de la formación alrededor del revestimiento.  Un exceso en la caída de presión que puede generar la formación de asfáltenos y/o parafinas dentro de la formación.  Altas tasas de producción de petróleo con viscosidades que facilitan el transporte de partículas.  Por el transporte de bacterias hacia la formación en fluidos no tratados.

5.2.

DAÑO POR ARENA

Frecuentemente el daño de formación se ha identificado como uno de los problemas tradicionales que tiene influencia en el fenómeno de arenamiento de pozos petroleros, ya que este afecta la tasa de producción del pozo. Al tener un valor de daño de formación alto en las inmediaciones del pozo, el fluido ejercerá una mayor presión sobre el esqueleto mineral de la formación debido a lo limitada de la capacidad de flujo. Debe señalarse que las operaciones de pozos que pueden causar daños de formación son las que involucran fluidos de perforación y completación. Los mecanismos de daños atribuidos a los fluidos de perforación y completación pueden ser ocasionados debido a la invasión del filtrado como a la invasión y migración de sólidos. 5.3.

DAÑO POR MIGRACIÓN DE FINOS

El daño puede ser causado por la migración de finos, la acumulación de incrustaciones, la acumulación de parafinas, asfáltenos u otros materiales orgánicos e inorgánicos. También puede ser producido por el taponamiento causado por la presencia de partículas extrañas en los fluidos inyectados, cambios en la mojabilidad, hinchamiento de las arcillas, emulsiones, precipitados o barros resultados de reacciones ácidas, por la actividad bacteriana y por el bloqueo de agua. Estos mecanismos de daños pueden ser naturales o también inducidos. 

Consecuencias del daño:

1. Reducción de producción de petróleo y/o gas. 2. Reducción de la recuperación de petróleo y/o gas 3. Consumo de mayor energía. 4. Menor vida útil del pozo. 5. Mayores gastos de producción.

FIGURA 15 Daño por migración de finos

6. FACTORES QUE AFECTAN LA PRODUCCIÓN DE ARENA Los esfuerzos desestabilizadores y la resistencia mecánica de la formación pueden ser afectados sustancialmente por las operaciones tradicionales de pozos, tales como perforación, completación, producción y estimulación. Por lo tanto, para poder analizar el fenómeno de arenamiento en toda su amplitud, se deben analizar todas aquellas operaciones que puedan incidir sobre los esfuerzos desestabilizadores y la resistencia mecánica de la formación. En tal sentido, dichas operaciones pueden disminuir sustancialmente la resistencia mecánica de la formación, y/o aumentar las velocidades de los fluidos, generando esfuerzos de arrastre excesivos. A las actividades de pozos que pueden causar problemas de arenamiento ya mencionadas, se le suman las siguientes: cementaciones, cañoneos, cambios en las tasas de bombeo (arranque y parada de pozos) y estimulaciones. 6.1.

CONSECUENCIAS DE LA PRODUCCIÓN DEARENA

Entre las principales consecuencias producidas por el arenamiento están: 

Reducción de los niveles de producción de petróleo y/o gas.



Erosión de los equipos de completación del pozo (cabillas, bombas, mangas, etc.)



Erosión de los equipos e instalaciones de superficie (estranguladores, separadores, válvulas, etc.)



Acumulación en los equipos de superficie



Colapso de la formación por socavaciones.



Reducción de la permeabilidad en la vecindad del pozo.



Falla mecánica de revestidores o forros



Problemas en el manejo de sólidos de formación producidos

FIGURA 16 Acumulación de arenas en los equipos

FIGURA 17 Acumulación de arena en los equipos superficiales

FIGURA 18 Erosión de la tubería causada por arenamiento

7. REQUISITOS DEL CONTROL DE LA PRODUCCIÓN DE ARENA Habitualmente se cree que en las formaciones débiles y no consolidadas no existen disparos abiertos en la formación, con lo cual la única abertura para emplazar la grava sería el hueco que atraviesa el revestidor y el cemento. Esta teoría general sostiene que sí las formaciones son débiles y se produce arena junto con hidrocarburos, existen pocas posibilidades de que existan túneles abiertos. Sin embargo, tanto las pruebas de un solo disparo como las de disparos múltiples demuestran que esa regla no se cumple en todos los casos. Por el contrario, las investigaciones indican que la definición de los disparos en las arenas débiles depende fundamentalmente de la resistencia de la roca, pero también de otros factores, como la tensión efectiva, el desbalance, la distancia entre los disparos adyacentes y los fluidos en los espacios de los poros y en el hueco. Antes de colocar el empaque de grava se debe eliminar el daño de los disparos, los finos de la formación y los detritos de las cargas, para lo cual los mejores métodos consisten en disparar con un desbalance de presión y activar el flujo. Para evitar el colapso del orificio y una producción catastrófica de arena durante el disparo, se deberá seleccionar el máximo desbalance de presión. Si se dispara con el orificio de superficie abierto se garantiza que el flujo posterior al disparo transporte los residuos hacia el hueco. Se deben tomar las precauciones necesarias para manejar la producción transitoria de arena que se produce en la superficie hasta que los disparos se limpian totalmente. Cuando la caída de presión y la tasa de flujo por disparo son bajas, se pueden utilizar cargas de penetración profunda. Este tipo de cargas causa menos daño

localizado y menor cantidad de residuos y proporcionan un radio efectivo del hueco más grande, lo que reduce la caída de presión. Como ocurre en las aplicaciones de fracturación, el diámetro de los disparos debe ser entre 8 y 10 veces superior que el diámetro de la grava. 7.1.

DISPARO INTELIGENTE

Todos los pozos revestidos deben tener orificios para poder producir hidrocarburos, pero las distintas combinaciones de yacimientos y completaciones tienen diferentes exigencias al respecto. Debido a que el disparo es un elemento tan crítico para la productividad del pozo, los requerimientos de cada pozo deberían ser optimizados sobre la base de las propiedades específicas de la formación. El mejor modo de alcanzar esto es comprender de qué manera responden los yacimientos a las completaciones naturales, estimuladas y las completaciones específicas para el manejo de la arena. Los factores que se deben tomar en cuenta son: la resistencia a la compresión y los esfuerzos de la formación, la presión y la temperatura del yacimiento, el espesor y la litología de la zona, la porosidad, la permeabilidad, la anisotropía, el daño y el tipo de fluido (gas o petróleo). Las formaciones duras, de alta resistencia, y los yacimientos dañados por los fluidos de perforación son los que más se benefician de los disparos de penetración profunda que atraviesan el daño de la formación y aumentan el radio efectivo del hueco. Los yacimientos de baja permeabilidad, que necesitan estimulación por fracturación hidráulica para producir en forma económica, requieren disparos espaciados y orientados correctamente.

Las formaciones no consolidadas que pueden producir arena necesitan orificios grandes, que permiten reducir la caída de presión y se pueden empacar con grava para mantener las partículas de la formación fuera del disparo y del hueco. Los disparos también se pueden diseñar a fin de prevenir la falla del túnel y de las formaciones provocadas por la producción de arena. Este enfoque de sistemas globales, denominado disparo inteligente, pone énfasis en las técnicas que maximizan la productividad del pozo y ayudan a los operadores a obtener los mayores beneficios a partir de las soluciones disponibles para superar los dilemas asociados con las completaciones con disparos de los pozos. Al adaptar los diseños de los disparos a los yacimientos específicos, la tecnología de disparo se integra con la geología, la evaluación de las formaciones y las técnicas de completación para determinar cuáles son los equipos, la carga hueca, el sistema de transporte, el método de instalación y las condiciones de presión más adecuadas para realizar operaciones de disparo eficientes y efectivas. Gracias a las simulaciones computarizadas utilizadas para comparar el comportamiento real con respecto a las expectativas del diseño, se podrán perfeccionar las herramientas y los métodos existentes para hacerlos más efectivos. El objetivo final consiste en diseñar soluciones específicas para maximizar la productividad de cada pozo. 8. EMPAQUE CON GRAVA En un empaque con grava, el anular entre la pared del hoyo y una rejilla se rellena con grava de un tamaño determinado, de tal manera que cumpla la función de un filtro que impida el paso de la arena del pozo al empaque.

La grava puede ser pre-empacada dentro de la rejilla o bombeada posteriormente en el anular después de la colocación de la rejilla. Aunque las rejillas preempacadas presentan la ventaja de no necesitar bombeo de la grava, son susceptibles a daños a causa de taponamiento con finos durante la instalación. La arena de formación se mantiene en sitio gracias a la acción de una arena de empaque debidamente dimensionada, la cual se mantiene en su lugar con la ayuda de una rejilla de medidas adecuadas. Para determinar que tamaño de arena de empaque se requiere, se deben evaluar muestras de arena de formación con el fin de determinar el diámetro de los granos de arena y la distribución de los mismos.

FIGURA 19 Empaque de grava

FIGURA 20 doublé casing, gravel-pack placement 9. MANEJO DE ARENA 9.1.

MANEJO DE ARENA EN SUPERFICIE

Considerando los riesgos de sedimentación presentes en muchas de las instalaciones de superficie, se deduce que las características reológicas de las emulsiones de agua en crudo no son suficientes para acarrear toda la producción de arena proveniente de los pozos (sin que ocurra sedimentación). Si se deseará transportar de manera parcial o total la arena producida aprovechando la corriente de líquido, se tendría que acondicionar dicho fluido desde el punto de vista reológico (por ejemplo: aumentando la estabilidad y la viscosidad de la emulsión), de forma tal que permita mantener la arena en suspensión y transportarla hasta los patios de tanques.



Ventajas de manejo de arena en superficie: Todo el proceso de separación se llevaría a cabo en patio de tanques, donde es más factible aplicar cualquier tipo de proceso. No habría limitaciones de espacio y sería más fácil la disposición de laarena.



Desventaja de manejo de arena en superficie:



El proceso de deshidratación podría ser afectado considerablemente, ya que las emulsiones no serían las mismas, siendo ahora más estables; aumentando así los tiempos de deshidratación y los costos de tratamiento.



Controlar la reología de las emulsiones es un proceso muy complejo, corriendo el riesgo de incrementar las presiones de bombeo, afectando de esta forma la capacidad en los sistemas de distribución de crudo.

9.2.

MANEJO DE ARENA EN ESTACIONES DE FLUJO

Consiste en manejar la arena por medio de tecnologías de alta eficiencia, de tal manera que ocurra una considerable separación de arena y, al mismo tiempo, exista un acondicionamiento para el traslado de la misma. Estos equipos estarían ubicados en la estación de flujo y operados en una forma ambientalmente segura, para así asegurar que todo el sistema de distribución aguas abajo, quede protegido. Esta opción se considera la más conveniente para proteger la mayor parte de las instalaciones y mantener inalterable el proceso de bombeo de crudo. 9.3.

SENSORES ULTRASÓNICOS

Los sensores ultrasónicos son dispositivos instalados sobre la tubería con grapas que van desde 1” hasta 30” y justo después de un codo, donde las partículas

sólidas chocan con la pared interna de la tubería debido al cambio en la dirección de flujo. El sensor posee una punta en la parte inferior que hace contacto metalmetal, por lo que el impacto de las partículas que viaja a través de la tubería es recogido por un sensor acústico. Este digitaliza, filtra y procesa la señal para producir una cuantificación certera de la tasa de arena. Entre sus aplicaciones se tienen: obtención de tasa óptima de producción, chequeo en pozos con bombas electrosumergibles en formaciones no consolidadas, donde la arena es un grave problema para la bomba, evaluar la eficiencia de un Gravel Pack, observar el aporte después de un fracturamiento. 

Ventajas del sensor ultrasónico  No son intrusios 

Pueden ser instalados en condiciones extremas de operación.



El comportamiento se puede ver en tiempo real.



Puede almacenar hasta 60 días de medición dentro del sensor mismo.



Puede existir una distancia máxima de 100 mts entre el sensor y el sistema de adquisición de datos.





No tienen partes móviles.



El sensor no se erosiona.

Desventajas del sensor ultrasónico  Según experiencia funciona bien en pozos de alta potencial.  Debido a que el fluido genera ruido, se debe ecualizar la señal para diferenciar las burbujas de gas y líquido.  El análisis de la data es realizado por la compañía operadora.

 Alto costo del servicio.

FIGURA 21 Sensor Ultrasónico Inteligente Y Posible Ubicación Del Sensor De Partículas. Estranguladores De Flujo.

10. EMPAQUE DE GRAVA (GRAVEL PACK) Un gravel pack o empaque de grava no es más que un filtro de fondo diseñado para prevenir la producción no deseada de arena de formación. Esta arena de formación se mantiene en su sitio gracias a la acción de una arena de empaque con grava debidamente, la cual, a su vez, se mantiene en su lugar con ayuda de rejilla de medidas adecuadas. 

Ventajas de empaque de grava: 

El tratamiento no depende de reacciones químicas.



El daño a la productividad por lo general es pequeño.



Se emplea especialmente para controlar arenamiento en los intervalos productivos prolongados.

 

Es más fácil de aplicar en las arenas compuestas.

Desventajas de empaque de grava: 

Los trabajos de mantenimiento, reparación y limpieza (workovers) son más complicados

 El daño que pudiera sufrir la rejilla como consecuencia de la erosión y la corrosión son motivo de bastante preocupación. 

Pueden ser difíciles de emplear en pozos horizontales y con desviaciones.

10.1. TIPOS DE EMPAQUE Existen dos tipos diferentes de empaque con grava, el empaque con grava interno y el empaque con grava a hoyo desnudo.

a) EMPAQUE CON GRAVA INTERNO (EN HOYO ENTUBADO) La grava del empaque colocada en las perforaciones y en el anular del Liner revestidor filtra la arena de la formación mientras que la rejilla filtra la arena del empaque con grava. Con este tipo de empaque se obtiene la flexibilidad necesaria para producir las arenas de manera selectiva, y facilita las operaciones de reparación del pozo. Este tipo de empaque se utiliza en yacimientos con: Empujes muy activos de agua o gas y arenas intermedias en contacto con productoras de agua o gas.

Existe una gran variedad de técnicas utilizadas para colocar la rejilla y él frente a las perforaciones y controlar la colocación de la grava. La escogencia de la técnica más adecuada dependerá de las características particulares del pozo tales como profundidad, espesor del intervalo, presión de la formación, entre otros. Durante la realización del empaque debe haber cierta pérdida de filtrado para garantizar que la grava llene completamente los espacios, sin embargo la pérdida de fluido durante el empaque con grava es un problema serio en las zonas de alta permeabilidad. Esta pérdida de fluido puede producir una variedad de mecanismos de daño tales como, problemas de escama por la interacción del agua de la formación con los fluidos perdidos durante la fase de completación, daño debido a la pérdida de fluidos altamente viscosos (residuo), daño debido a la incapacidad de completar con fluidos limpios libres de partículas sólidas como carbonato del calcio o sal usados como aditivos para controlar perdidas de fluidos bombeados antes del empaque con grava, que pueden crear problemas de taponamiento del medio poroso por sólidos. Por otra parte el uso de fluidos viscosos crea otros problemas durante la realización del trabajo de empaque, como por ejemplo, un puenteo de la grava y falsa indicación del fin de la operación.

FIGURA 22 Corte esquemático de un empaque con grava



Ventajas del empaque con grava interno: 

Puede ser selectivo en intervalos a ser empaquetados, esto es incomunicar o separar intervalos de lutitas o agua.



No hay problemas de desprendimiento de la formación, ya que esta escontenida.



Las posibilidades de pescar la tubería ranurada o rejilla posteriormente son mayores, así como el reacondicionamiento del pozo o terminación de otro intervalo.



El intervalo a ser empaquetado puede ser localizado o cualquier profundidad en elpozo.



Desventajas del empaque con grava interno: 

Se debe asegurar que todas las perforaciones estén abiertas y limpias antes de empaquetar.



Cualquier daño en el empaquetamiento resultante del mezclado de arena con grava y cualquier otro material sólido presente, afectarán la productividad dada la cercanía de la formación con el centro del pozo (Wellbore).

 Menor productividad podrá esperarse comparándola con empaquetamiento en hoyo abierto, ya que existe menor área de flujo en la formación. 

Existirá mayor diferencial de presión (DP) por la menor área de flujo disponible (túneles perforados).

b) EMPAQUE CON GRAVA A HOYO DESNUDO (EN HOYO ABIERTO) La aplicación de este empaque, se relaciona directamente a yacimientos en donde no existen arenas intermedias productoras de agua o gas, en donde su principal objetivo es colocar la grava compacta en el espacio anular entre el forro y la formación productora. El empaque con grava en hoyos abiertos permite menos restricciones debido a la falta de túneles de perforación, con reservorios levemente mayores que pueden dar grandes cantidades de producción con un "drawdown" muy pequeño según la Ley de Darcy, por ser el espacio anular grande la colocación de la grava es más fácil, presenta una excelente longevidad y no existen gastos asociados con tubería de revestimiento o cañoneo. 

Ventajas de empaque con grava a hoyo desnudo: 

Una envoltura con mayor espesor de grava será colocada alrededor de la malla, lacual controlará la arena de formación a mayor distancia del centro del pozo (Wellbore). Si ocurriera un mezclado de la arena más cerca al centro del pozo.



Se obtendrá una mayor productividad, ya que existe mayor área de flujo en la formación.



No existe problema alguno con perforaciones abiertas otaponadas.



Menor diferencial de presión (DP), continuarán gracias a la mayor área de flujo disponible.



Desventajas de empaque con grava a hoyo desnudo: 

No pueden ser tratadas zonas separadas, ya que toda la sección del hueco abierto debe ser empaquetado al mismo tiempo. Esto puede ser un problema cuando más tarde se requiera aislar una zona de intervalo total.

 Se debe remover todo el lodo y revoque de lodo antes de efectuar el empaquetamiento de grava, ya que los sólidos del lodo quedaran incorporados con esté y restringirán la productividad (pérdida de permeabilidad). 

Desprendimiento de la formación puede prevenir el colocamiento de la rejilla o tubería ranurada a través del intervalo completo, así mismo puede bloquear completamente o reducir severamente la productividad de la zona baja.



El intervalo a ser empaquetado debe estar localizado al fondo del pozo.

c) SISTEMA GRAVA – RESINA Este método de control de arena combina la técnica de empaque con grava y la consolidación plástica. La mayoría de los sistemas grava - resina proporcionan esfuerzos de compresión entre los 2000 y 3000 libras de presión y logran mantener la permeabilidad original en un 80%



Ventajas del método: 

Los pozos se encuentran libres de obstrucción.



No hay equipos de fondo, por lo tanto no se requiere operación de pesca durante reparaciones o recompletaciones.



Más efectivo que la consolidación plástica en intervalos largos o arenas arcillosas.



Se obtienen mayores esfuerzos de compresión que con otros métodos.

 Menos costoso que la consolidación plástica. 

Desventajas del método:



Todas las perforaciones deben ser cubiertas totalmente para así lograr un empaque consolidado efectivo.



Es requerido mucho tiempo de taladro.



No aplicable en intervalos largos (30 pies).



La aplicación del sistema grava – resina se encuentra limitado a pozos que sean capaces de aceptar suficiente grava y con temperaturas de formación menores de 250°F.

d) EMPAQUES CON BOMBEO DE GRAVA RESINADA

La grava recubierta de resina, no es más que una arena de empaque con grava de alta permeabilidad, la cual está recubierta por una capa delgada de resina. Esta puede ser descrita como una técnica de filtrado mecánico en una sola etapa. Según especificación API, la arena cubierta de resina se bombea dentro de las perforaciones y seguidamente se llena la tubería de revestimiento. La temperatura de fondo de pozo, un catalizador o la inyección de vapor hace que la resina se endurezca y forme un empaque consolidado. Después que se endurece y ha ganado resistencia a la compresión, la arena consolidada del empaque con grava colocada en la tubería de revestimiento puede ser permeabilidad. Los tapones de grava consolidada que queda en las perforaciones actúan como un filtro permeable que proporciona un medio para controlar la arena de la formación durante la producción o inyección. El procedimiento de trabajo es simple permitiendo tiempos cortos de operación y bajo costo, no requiere recuperar el equipo de fondo, es decir, no hay pescado para futuros trabajos de re- entrada o reparación, no es sensible a las restricciones de diámetro interno, se ejecuta fácilmente bajo presión y no deja equipos en la boca del pozo adyacente a las perforaciones al final del procedimiento minimizando los problemas durante los trabajos de rehabilitación. El rango de temperatura va desde 70 hasta 500 °F. 

Ventajas del método: 

No se requiere la utilización de resinas durante el proceso.



No requiere la utilización de liner o rejillas.



Si la temperatura de fondo está alrededor de los 130°F, no se requieren catalizadores.



Menos costoso que los métodos de consolidación plástica.



El fluido de desplazamiento puede ser agua o salmuera.



Desventajas del método: 

No se recomienda en formaciones con temperaturas mayores de 200°F.

 Sensible a ácidos, solventes orgánicos y algunas salmueras fuertes, durante el proceso de cura. Ácidos y algunas salmueras tienden a acelerar el proceso de consolidación, mientras que los solventes orgánicos tienden a disolver el plástico.  Altas probabilidades de iniciarse la consolidación en la tubería. 

Luego de la consolidación el plástico no es estable con temperaturas mayores de 450°F.

10.2.

EQUIPO DE COMPLETAMIENTO DE EMPAQUE CON GRAVA

El equipo de completamiento de empaque con grava se define como aquel que permanece en el pozo como parte de la completamiento, después que finalizan las operaciones de colocación de la grava. El equipo que se describe más adelante no representa todas las modalidades de equipos existentes en el mercado, sino más bien una completamiento típica con empaque con grava. Por otra parte, las recomendaciones de diseño de equipos que se mencionan posteriormente son tan sólo eso: meras recomendaciones. Es importante recordar que las condiciones de ciertos pozos podrían requerir algún tipo de adaptación en lo que respecta a la clase y el diseño del equipo de empaque con grava que puede correrse. Estas adaptaciones deberán efectuarse tomando en consideración los riesgos que plantean, por lo que algunas serán más convenientes que otras.

Otro principio importante de recordar consiste en que podrían existir varias maneras distintas, aunque igualmente eficaces, de completar un pozo.

a) EMPAQUE SUMIDERO El primer paso que debe darse al instalar un completamiento con empaque con grava consiste en establecer una base (asentamiento). En el caso de las completamiento en hueco revestido, el tipo de base más comúnmente utilizado consta de un empaque sumidero. Generalmente, se corre el empaque sumidero en el pozo con un cable eléctrico, antes de cañonear, y se asienta a una distancia específica por debajo de la perforación planificada más baja. La distancia existente por debajo de las perforaciones debe ser suficiente como para dar cabida a la longitud del ensamblaje de sello, de la malla indicadora (en caso de que se utilice) y del solapamiento de la malla de producción. En los completamientos que emplean mallas indicadoras, la empaque sumidero suele ubicarse de 14 a 20 pies por debajo de la perforación más baja, mientras que, en aquellas perforaciones que no utilizan dichas mallas, la empaque sumidero generalmente se coloca de 5 a 10 pies por debajo de dicha perforación más baja. También pueden emplearse empaques recuperables de interior pulido, tales como el empaque Modelo “SC-1”. En el caso de los empaques con grava de zonas múltiples, el empaque de la zona inferior puede espaciarse para que actúe como empaque sumidero de la zona superior.

La ventaja de emplear un empaque sumidero, a diferencia de otras técnicas, estriba en que el empaque permite tener acceso al fondo del pozo y funge de sumidero para escombros abandonados o que han caído en el hoyo. Asimismo, el sumidero facilita la corrida de registros de producción por debajo del intervalo productor, para supervisar los contactos de crudo, gas y agua. Si bien las empaque sumidero constituyen la base preferida para el empaque con grava, también existen quienes consideran que el tapón puente o el tapón de cemento son una opción posible. En las completamiento en hueco abierto, se puede instalar un sumidero de escombros o un acceso de registro, pero esto no sucede frecuentemente. Por consiguiente, la base del empaque con grava es simplemente un tapón ciego ubicado en el fondo del hueco. b) ENSAMBLAJE DE SELLOS El ensamblaje de sellos se requiere para sellar el interior del empaque sumidero e impedir que la arena del empaque con grava llene el fondo del pozo durante la colocación de dicho empaque. En el caso de empaques con grava múltiples, se utiliza el ensamblaje de sellos para que efectúe un aislamiento zonal. El ensamblaje de sellos que se emplea para enganchar el empaque sumidero puede ser del tipo indicador de ubicación, de cierre a presión o de indicación múltiple, tal como se muestra en la figura.

El ensamblaje de sellos tipo indicador de ubicación proporciona una indicación certera de asentamiento, cuando se engancha al empaque sumidero. Esta indicación puede resultar obstaculizada por la acción del arrastre o de los escombros en la tubería de revestimiento, por lo cual este tipo de ensamblaje de sellos no es de uso común.

Por otra parte, el ensamblaje de sellos de cierre a presión posee lengüetas roscadas que se pliegan hacia adentro cuando el ensamblaje entra en contacto con la parte superior de la empaque.

FIGURA 23 Equipo tradicional de completamiento con empaque con grava en hueco revestido y en hueco abierto.

FIGURA 24 Empaque sumidero Modelo “D”

FIGURA 25 Tipos de bases para empaques con grava

FIGURA 26 Ensambles de sellos que se enganchan en el empaque sumidero.

Por otra parte, el ensamblaje de sellos de indicación múltiple es el dispositivo que ofrece la indicación más certera en cuanto a la posición del empaque. Esta herramienta tiene, en la parte superior, un reborde ubicador y, más abajo, a una distancia conocida, un collar indicador. Se hace descender la herramienta hasta que el reborde ubicador entra en contacto con la parte superior del empaque sumidero y registra una indicación del peso de asentamiento.

Con el fin de corroborar que el ensamblaje de sellos se encuentra en el empaque sumidero, se eleva la herramienta hasta que el collar indicador entra en contacto con la parte inferior del empaque. Se puede subir o bajar la herramienta entre las posiciones de indicación superior e inferior, con una carrera predeterminada entre las dos, con el fin de obtener una indicación bastante precisa de que el ensamblaje de sellos está enganchado en el empaque sumidero. El ensamblaje de sellos de indicación múltiple resulta particularmente útil en pozos altamente desviados o que han sido completados con un taladro flotante. El ensamblaje de sellos de indicación múltiple debería utilizarse solamente con empaques permanentes, ya que el collar indicador puede accionar los mecanismos de desenganche en algunos empaques recuperables. Dado que la herramienta se extiende por debajo del empaque cuando se engancha, no se emplea en la zona superior en completamientos con empaque con grava en pozos de zonas múltiples.

FIGURA 27 Tipos de bases para empaques con grava

c) MALLA INDICADORA INFERIOR Y CONEXIÓN DE O-RING La malla indicadora inferior es un tramo corto de malla (generalmente de 6 a 10 pies de longitud) que se utiliza conjuntamente con una conexión de O-ring y una tubería de lavado, para establecer una ruta de circulación hasta el fondo del pozo durante las operaciones de colocación de grava. Al forzar la circulación hacia el fondo del pozo, puede efectuarse un empaque más completo cuando se usan fluidos de transporte de un gel viscoso. No se utilizan ni se recomiendan las mallas indicadoras inferiores cuando se emplea salmuera como fluido de transporte. La conexión de O- ring proporciona un punto de obturación para la tubería de lavado. Asimismo, es posible usar una conexión de interior pulido en lugar de la conexión de O-ring. d) MALLA DE EMPAQUE CON GRAVA El propósito de la malla de empaque con grava es el de crear el espacio anular que se llena con la arena de dicho empaque, además de actuar como filtro para garantizar que no haya producción de dicha arena. e) JUNTA DE SEGURIDAD La junta de seguridad de corte consta de una conexión superior y otra inferior, unidas mediante una serie de tornillos de corte (véase Figura 32). Este dispositivo se incluye en la mayoría de los ensamblajes de completamiento con empaque con grava, pues permite recuperar el empaque y la extensión, independientemente del tubo liso y la malla. La junta de seguridad de corte se separa con tensión vertical para romper los tornillos mientras se jala el empaque con la herramienta de recuperación de

empaques. Tras extraer el empaque, el tubo liso y la malla pueden lavarse y recuperarse utilizando técnicas tradicionales de pesca. Si no se corre una junta de seguridad de corte, el tubo liso que se encuentra por debajo del empaque deberá ser cortado para que pueda recuperarse la misma.

FIGURA 28 Junta de seguridad de corte modelo “GPR-6”.

Los pernos de corte de seguridad utilizados en la junta de corte deben resistir el peso del tubo liso y de la malla con un factor de seguridad amplio. Las limitaciones

de la sarta de trabajo que se empleará para recuperar el empaque también deberán tomarse en cuenta cuando se seleccione el valor de corte. Las conexiones superior e inferior se aseguran de manera rotativa para que pueda transmitirse torque de ser necesario. Las juntas de seguridad de corte no se suelen utilizar cuando se corren empaques permanentes o ensamblajes de empaque con grava sumamente largos y pesados. f) VÁLVULA SEPARADORA DE AISLAMIENTO La válvula separadora de aislamiento consiste en un dispositivo mecánico que impide la pérdida de fluidos de completamiento y el consiguiente daño a la formación después de efectuarse el empaque con grava.

FIGURA 29 Válvula separadora de aislamiento modelo“C”.

La aleta inferior de cierre de la válvula de aislamiento se mantiene abierta por acción de las herramientas de servicio del empaque con grava, durante la colocación de dicho empaque. Cuando se sacan las herramientas de servicio de la válvula de aislamiento, la aleta se cierra, con lo cual impide que se escape fluido hacia la formación. En condiciones de producción, la aleta se abre. Otra posibilidad consiste en que la aleta esté elaborada con materiales frágiles y pueda romperse hidráulica o mecánicamente antes de que el pozo produzca. g) EXTENSIÓN DE EMPAQUE CON GRAVA Las extensiones de empaque con grava se utilizan conjuntamente con el empaque y las herramientas de servicio para crear un recorrido de flujo desde la tubería de trabajo por encima del empaque, hasta el espacio anular entre la malla y la tubería de revestimiento que se halla debajo del empaque. La extensión de empaque con grava consta de una extensión superior (que tiene orificios de flujo para los fluidos del empaque con grava), el interior pulido (dimensionado para que se ajuste al interior pulido del empaque) y la extensión inferior (para dar cabida a la herramienta de cruce del empaque con grava en todo su rango de movimiento). La longitud de la extensión de empaque con grava se diseña cuidadosamente para que funcione con un empaque y herramienta de cruce específicas. Las extensiones de empaque con grava se encuentran disponibles en dos categorías, es decir, perforadas y de camisa deslizante). En una extensión de empaque con grava perforada, la extensión superior simplemente posee orificios perforados por donde sale el fluido. Estos orificios

deben aislarse durante la producción del pozo con un ensamblaje de sellos como medida de precaución, con el fin de impedir la producción de grava. Por su parte, en una extensión de camisa deslizante, los orificios de la extensión superior están abiertos durante la colocación de la grava, pero se encuentran aislados mediante una camisa deslizante. Esta camisa se cierra con una herramienta accionadora cuando las herramientas de servicio del empaque con grava se sacan del pozo.

FIGURA 30 Extensiones para empaque con grava.