1. Republica Bolivariana De Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para La Educación Superior
I U P «Santiago Mariño» formacion para la excelencia
Extensión – Maracaibo
Técnicas de Control de Arena
Facilitador: Jesús Pérez
2. Introducción
La producción de arena de la formación con los hidrocarburos en
formaciones de areniscas causa efectos adversos en la productividad
del pozo y en el equipo. Pudiendo causar el colapso y pérdida del
pozo. Representando pérdidas de tiempo y dinero. Por lo que es
necesario escoger y definir los límites del diseño de terminación
objetivamente basado en la ventana de producción libre de arena.
3. Conceptos Básicos.
Las Arenas:
Son rocas clásticas que son resultado de la acumulación
de elementos separados de rocas preexistentes por
elementos externos, como la erosión y transporte a grandes
distancias por el viento, ríos o glaciares y cementados o no
después de su depositación
Arenamiento
Fenómeno donde el material (pequeñas partículas de
rocas) de la formación viaja hacia el pozo y la superficie como
parte de los fluidos producidos.
4. Arenamiento de Pozos Productores
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.
5. Completación de Pozos
Se entiende por completación o terminación al conjunto de
trabajos que se realizan en un pozo después de la perforación o
durante la reparación, para dejarlos en condiciones de producir
eficientemente los fluidos de la formación o destinarlos a otros
usos, como inyección de agua o gas.
Los trabajos de completación incluyen
Revestimiento del intervalo productor, con Tuberia lisa o ranurada
Empaques con grava
Cañoneo del revestidor
6. Completación a hoyo desnudo.
Consiste en correr y cementar el revestidor de producción
hasta el tope de la zona objetivo, seguir perforando, hasta la
base de la zona, y dejarla sin revestidor (libre a producción). Es
importante mencionar que la completación a hoyo desnudo
permite empacar el pozo con grava, con ella se aumenta la
productividad y controla la producción de arena en sedimentos
no consolidados.
7. Ventajas.
• El asentamiento del revestidor en el tope de la zona
productora permite la utilización de técnicas especiales de
perforación, que minimizan el daño de formación.
• No requiere cañoneo.
• Mayor área de flujo.
• El hoyo se puede profundizar fácilmente.
• Reduce el costo de revestimiento.
• La interpretación de registros o perfiles no es crítica
8. Completación con Liner o Tuberia ranurada
Generalmente se utiliza en pozos de Edad Mioceno y Eoceno
poco consolidado, debido a problemas de producción de arena y
finos de formación. En este tipo de completaciones, el revestidor
de producción es asentado y cementado en el tope de la zona
productora y una tubería ranurada es anclada al revestidor
mediante un colgador, también puede emplearse rejillas pre
empacadas o Premium, según sea la necesidad del control de
arena en el pozo.
9. Completación con liner.
En este tipo de completación el liner con o sin malla se coloca a
lo largo de la sección o intervalo de interés. El liner con o sin malla
puede ser empacado con grava para impedir el arrastre de arena de
la formación en producción.
10. Se reduce al minimo el daño a la formación.
No existen costos por cañoneo.
La interpretación de los perfiles no es crítica.
Se adapta fácilmente a técnicas especiales para el control de arena.
El pozo puede ser fácilmente profundizable.
Ventajas
Desventajas
• Se dificulta las futuras reparaciones.
• No se puede estimular selectivamente.
• La producción de agua y gas es difícil de controlar.
• Existe un diámetro reducido frente a la zona o intervalo de
producción
11. El revestidor de producción va colocado sobre el tope de el area
productora y se perfora la zona productora, luego el “liner” es bajado
y se cementa en el lugar. Entonces el “liner” es perforado
selectivamente para la producción.
Completación con liner perforado
12. La producción de agua / gas es fácilmente controlada.
La formación puede ser estimulada selectivamente.
El forro se adapta fácilmente a cualquier técnica especial para el
control de arena.
Desventajas
La interpretación de registros o perfiles de producción es crítica.
Requiere buenos trabajos de cementación.
Presenta algunos costos adicionales (cementación, cañoneo,
taladro, entre otros.)
El diámetro del pozo a través del intervalo de producción es muy
restringido.
La formación es más susceptible al daño.
Ventajas
13. Completación a hoyo revestido.
Es el tipo de completación que más se usa en la actualidad, ya sea
en pozos someros (4000 a 8000 pies), como en pozos profundos
(10000 pies o más). Consiste en asentar y cementar el revestidor
debajo de la zona productora, posteriormente cañonear selectivamente
las zonas de interés para establecer comunicación entre el pozo y la
formación.
Ventajas
• La producción de agua y gas es fácilmente prevenida y controlada.
• La formación puede ser estimulada selectivamente.
• Permite realizar completaciones múltiples.
14. Se utiliza en pozos completados en Yacimientos de edad Mioceno y
Eoceno poco consolidados, donde el forro ranurado es empacado para
controlar la producción de arena.
Completaciones a Hoyo Revestido con Empaque.
15. Clasificación de las completaciones de acuerdo a su producción.
Completación Simple
Son aquellas que producen una sola zona de producción por lo
que requieren de un solo obturador.
Completación Selectiva
Son completaciones donde se producen 2 o más zonas
productoras requiriéndose varios obturadores, en dichas
completaciones se evalúan los intervalos por separados.
16. Este tipo de completación es una técnica de producción
mediante la cual diferentes zonas producen simultáneamente o
lo hacen en forma selectiva por una misma tubería de
producción. Este tipo de completación se aplica donde existe
una o varias zonas de un mismo yacimiento. Además de
producir selectivamente la zona petrolífera, este tipo de
completación ofrece la ventaja de aislar zonas productoras de
gas y agua.
Completación Selectiva
17. Se utiliza cuando se quiere producir simultáneamente
varias zonas petrolíferas (yacimientos) usando dos o más
tuberías de producción en un solo pozo, sin mezclar los
fluidos, permitiendo así, desarrollar en forma acelerada los
yacimientos a menor costo. Este tipo de completaciones
también pueden ser simples o selectivas.
Completación Múltiple
18. Técnicas de Control de Arena.
Existen muchas técnicas para controlar la producción de arena
en pozos, las cuales van desde simples cambios en las prácticas
de operación y producción de los pozos, hasta costosos equipos
de completación; todos ellos con el propósito de controlar el
movimiento de partículas de la formación hacia la boca del pozo.
Modificación de las tasas de producción.
Por lo general, es el medio más sencillo y económico para controlar la
producción de arena, el cual consiste en la modificación de la velocidad o
tasas de producción y se fundamenta en una reducción de la velocidad en
el área cercana a la cara del pozo (en la cara de la arena) mediante la
restricción de las tasas de producción, disminuyendo
así la caída de presión en la cara de la formación.
19. Este método de control de arena permite el uso de técnicas de
completación sencillas con la desventaja de limitar los volúmenes de
producción, ya que se produce a tasas inferiores a las tasas críticas
de arrastre o de inestabilidad de la matriz de los granos de la
formación.
Es importante considerar que el control de la tasa de flujo es uno
de los métodos más económicos pero no muy rentables debido a
que existen otros factores como el grado de consolidación de la
formación, tipo y cantidad de material cementante y cantidad de
agua producida que pueden incidir en la producción de arena.
20. Practicas Selectivas de Completación.
Las prácticas selectivas de completación se basan en la
integridad o resistencia de la formación. En arenas de mayor
resistencia a la compresión es posible obtener un mayor diferencial
de presión que normalmente permitirá tasas y velocidades de
producción más elevadas sin que comience la producción de arena.
Sin embargo, este método puede limitar la cantidad de zonas que
pueden ser perforadas, limitando la producción total del pozo.
21. Consolidación de Arena In Situ
El control de arena por consolidación envuelve el proceso de
inyectar químicos a la formación naturalmente desconsolidada
para proporcionar cementación de los granos mientras todavía se
mantiene suficiente permeabilidad. De ser exitoso el empleo de
esta técnica, el aumento de la resistencia a la compresión de la
formación será suficiente para soportar las fuerzas de arrastre
mientras se continúa produciendo a las tasas deseadas.
Los granos de la arena deben estar recubiertos con resina para
humedecer la superficie de la arena y así alcanzar una buena
adherencia y cohesión.
22. La fase húmeda (la resina en este caso) se concentra en los puntos
de contacto de los granos ya que son los puntos de menor velocidad y
por lo tanto de arrastre. Esto se debe al hecho de que cuando dos
fases están presentes en un medio poroso la tensión interfacial entre la
resina y el fluido secundario en los espacios porosos hace que la
resina fluya hacia los puntos de contacto de los granos.
23. Es un método mecánico/químico que combina un cañoneo óptimo
en dirección al plano preferencial de fractura (PPF); consolidación a
través de un tratamiento con grava resinada para aumentar la
compactación entre los granos y por último un fracturamiento para
incrementar la producción; por otra parte esta técnica no presenta
restricciones en el hoyo (sin empaque en anular, sin rejilla).
Screen lees.
Frac Pack
Es un método mecánico de control de arena, en el cual se induce
hidráulicamente una fractura de tamaño limitado en un yacimiento
débil o no consolidado, también se conoce como fractura en rocas de
altas permeabilidad “high permeability fracturing” y esta concentrada
en la técnica de apuntalamiento “tip-screenout”.
24. Los mismos principios de fractura hidráulica se aplican en Frac-
pack; sin embargo, es necesario resaltar que las operaciones de
frac-pack principalmente sobrepasan “by pass” las zonas con daños
que circundan a la pared del hueco y además generan un “conduit”
de alta permeabilidad (empaque de arena en la fractura) lo cual
combina la distribución de los esfuerzos alrededor de la columna de
perforación. Los pozos en producción ubicados en yacimientos no
consolidados y que están tratados con Frac-Packs, necesitan de
menores caídas de presión para su producción.
25. Manejo de la producción de arena
Dependiendo de la resistencia de la formación, las tensiones de los
disparos, la tasa de flujo y el tipo de fluido, la arena se puede producir
con el petróleo, el gas y el agua cuando la tasa de flujo es
suficientemente elevada y existen granos de la formación no
consolidados o sueltos en los disparos o alrededor de los mismos. Las
causas principales de la producción de arena son los cambios en la
tasa de flujo relacionados con la caída de presión, el aumento de la
tensión efectiva debido al agotamiento de las reservas y el aumento de
la producción de agua con el transcurso del tiempo.
26. Para controlar la producción de arena se utilizan métodos
mecánicos que la excluyen de los fluidos producidos. Las técnicas de
prevención tratan de minimizar o eliminar la cantidad de arena
producida, además de reducir su impacto sin utilizar métodos de
exclusión mecánicos. La selección entre estas opciones depende de la
estabilidad de los disparos y de la formación y además se tiene en
cuenta si existe la posibilidad de predecir el fracaso de la operación de
disparo.
27. 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 pre-empacadas
presentan la ventaja de no necesitar bombeo de la grava, son
susceptibles a daños a causa de taponamiento con finos durante la
instalación.
28. Tipos de empaques
Existen dos tipos diferentes de empaque con grava, el empaque
con grava interno y el empaque con grava a hoyo desnudo.
- Empaque con grava interno (En Hoyo Entubado): 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.
29. 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.
30. - Se conoce que el pozo SM-2020 presenta anclando un revestidor
conductor a 472Ft, revestidor de superficie a 1272Ft. El hoyo de
producción fue ampliado a 13” desde la zapata hasta 5272ft. Se tomó
muestras de núcleo convencional y se analizaron 300gramos de arena
de formación.
US Malla
(Mersh)
Peso de la
Arena (gr)
%Retenid
o
% Peso
Acumulad
o
Orificios
de Malla
(in)
Peso
Acumulad
o en %
80 0 0 0 0.0070 0
100 11.5 3.83 11.5 0.0059 3..84
120 65.2 21.73 76.7 0.0049 25.58
230 101.9 33.96 178.6 0.0024 59.57
240 68.4 22.8 247 - 82.39
325 30.6 10.2 277.6 - 92.60
PAN 22.2 7.4 299.8 - 100
Ejercicio.
31. Grafique la distribución de grano, utilizar el método de Schwarts
para el cálculo del tamaño de grava
Determinar la Ranuras del Liner
Elabore el diagrama mecánico.
Revestidor conductor= 16”x15.250”; 65Lbs/Ft ; J-55
Revestidor Superficial= 9-5/8”x8.835; 40 Lbs/Ft ; N-80
Liner= 7”x6.276”; 26Lbs/Ft; P-110; Considerar 1 Tubo para el tope
del Colgador
Calcule el volumen de grava a utilizar
32. Solución.
Grafique la distribución de grano, utilizar el método de Schwarts para el
cálculo del tamaño de grava
155 300
33. Del grafico anterior podemos apreciar que la malla a un 40% y 90%
de peso acumulado, presenta un valor de 155 Mesh y 300 Mesh
respectivamente, una vez planteado esto, pasamos ha
determinar el orificio de la malla a un Mesh de 240 y 325, lo
cual se se tiene previsto que para hallar el orificio en 240
Mesh, se debe realizar una interpolación de la siguiente
manera.
𝐲 = 𝐲 𝟏 + (𝐱 − 𝐱 𝟏)
(𝐲 𝟐 − 𝐲 𝟏)
(𝐱 𝟐 − 𝐱 𝟏)
U.S. Malla (Mesh) Orificios de Malla (in)
230 0,0024
240 0,0023
270 0,0021
34. Ahora bien, continuando con la interpolación par 155 y 300 Mesh
U.S. Malla (Mesh) Orificios de Malla (in)
120 0,0049
155 0,0041
230 0,0024
U.S. Malla (Mesh) Orificios de Malla (in)
240 0,0023
300 0,0019
325 0,0017
35. Una vez obtenidos los orificios de malla, se procede a calcular el
coeficiente de uniformidad con la siguiente ecuación:
C =
d40
d90
Según la teoría, C < 3: arena uniforme.
Pero si C > 5 la arena se considera no uniforme
Entonces, evaluando se tiene que:
𝐶 =
0.0041𝑖𝑛
0.0019𝑖𝑛
= 2.1578 < 3 → 𝐶𝑢𝑚𝑝𝑙𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑢𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛.
36. Según el método de Schwarts es necesario calcular el
diámetro de granos de grava al 40% de peso acumulado
empleando la siguiente ecuación:
D40 = 6 * d40
Donde:
D40 = 6 * 0,0041in = 0,0246 in
Luego, una vez calculado el diámetro de los granos se
procede a calcular el diámetro minimo y el diámetro
máximo de la siguiente manera.
Dmin = 0,615*D40 = 0,615*0,0246 = 0,0151in
Dmax = 1,383*0,0246 = 0,0342 in
37. - Límite mínimo = Malla 50 → 0,0117in.
- Límite máximo= Malla 18 → 0,0394in.
- Diámetro de gravedad según el método estudiado
D = 0,0246in.
Ranuras del Liner: se puede observar una vez obtenido el
límite máximo y el límite mínimo que se utilizará grava en un
tamaño de U.S. Mesh de 20-40, cuya abertura del ranurado
es 0,012 pulgadas.
39. Por último, se procederá al cálculo del volumen de grava, el volumen 1
se calcula utilizando la siguiente ecuación:
V 1 =
𝐼𝐷2−𝑂𝐷2
183,3
∗ ℎ
Evaluando:
V 1 =
(𝟖,𝟖𝟑𝟓𝒊𝒏) 𝟐 −(𝟕𝒊𝒏) 𝟐
𝟏𝟖𝟑,𝟑
* 45 = 7,1335
𝐟𝐭 𝟑
𝐭
