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Cochabamba - Bolivia
Universidad de Aquino Bolivia
Carrera : Ing. Petrleo y Gas
Materia : Cementacin de Pozos
Paralelo : Grupo A Docente : Ing. Lema Zabala Vanessa
Estudiante : Guthri Rios William Jr.
Fecha : 16 de Octubre de 2013
Arenas de Formacin o
Arenamiento Trabajo Prctico
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UNIVERSIDAD DE AQUINO DE BOLIVIA CEMENTACIN DE POZOS PETROLEROS
ING. GAS Y PETROLEO ARENAS DE FORMACIN O ARENAMIENTO
Alumno: Guthri Rios William Jr. Pgina 1
ARENAS DE FORMACIN O ARENAMIENTO
INTRODUCCIN:
La produccin de arena es uno de los problemas ms frecuentes que
ocurren durante la vida productiva de los pozos petroleros. Su
intensidad y gravedad varan con el grado de cementacin de los
granos de la arena productora y con la forma como estn completados
los pozos. Esta arena se deposita en el fondo del hoyo y con
frecuencia reduce la capacidad productiva del pozo. En los campos
donde la arena constituye una causa importante de perdida de
produccin se dedican taladros para remediar la situacin con la
mayor celeridad.
OBJETIVOS:
Objetivo General.- Conocer sobre las arenas de formacin o
Arenamiento.
Objetivos Especficos.- Conocer como perjudica el Arenamiento a
la produccin de un pozo y como solucionar este problema usando
varios mtodos.
DESARROLLO:
Arenamiento:
La produccin de pequeas o grandes partculas de slido junto con
los fluidos que son producidos del yacimiento debido a la baja
consolidacin de la formacin productora. Comnmente, es preferible
utilizar el trmino produccin de slidos en lugar de produccin de
arena ya que, esto implica que solo las areniscas frgiles o poco
consolidadas son las que estn susceptibles de ser producidas. A
medida que el yacimiento descarga petrleo hacia el pozo, con el
tiempo se va acumulando arena y sedimento en el fondo del pozo.
Esta acumulacin puede ser de tal magnitud y altura que puede
disminuir drsticamente o impedir completamente la produccin del
pozo.
Produccin de arena:
La produccin de arena puede ser clasificada en:
- Produccin transitoria de arena: la cual se refiere a una
produccin de arena que declina con respecto al tiempo de produccin
a gasto constante, comnmente encontrada en limpiezas de pozos,
acidificaciones o fracturamiento hidrulico para recuperacin
secundaria.
- Produccin contina de arena: que se presenta cuando se produce
de formaciones no consolidadas que no cuenten con equipos de
control de slidos.
- Produccin catastrfica de arena: que es el peor de todos los
tipos y ocurre como una anormalidad cuando los fluidos del
yacimiento son producidos excesivamente.
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Mecanismos de la produccin de arena:
Movimiento de granos: Zonas alejada de la formacin. Movimiento
de masas: Movimiento de arena en pequeas masas en zonas
cercanas a la cara de la formacin (Obstruccin a nivel de las
perforaciones). Fluidizacin masiva: Movimiento masivo de arena la
cual genera erosin.
Causas de la produccin de arena:
En campos con formaciones poco consolidadas, el simple flujo de
fluidos del yacimiento hacia el pozo puede acarrear slidos que en
ciertos casos generan problemas en produccin.
Las condiciones que pueden causar la produccin de arena dependen
de las fuerzas que mantienen unidas a los granos de areniscas.
Estos factores describen la naturaleza del material de formacin y
las causas para que falle la estructura, entre las que se
tienen:
o Falta de material cementante que mantenga la adherencia entre
los granos de la arena productiva.
o Disminucin de la presin del yacimiento (Etapa avanzada de
produccin) que reduce la adherencia entre los granos de la matriz,
y propicia su desplazamiento hacia el hoyo.
o La llegada (irrupcin) del agua del acufero a las cercanas del
hoyo puede deteriorar el material cementante entre los granos.
o Nivel de produccin superior a la tasa crtica. o Factores
geolgicos y geogrficos o Flujo multifsico o Altas tasas de flujo o
Efectos trmicos
Estos factores, estn 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 prevencin e inicio de
la produccin de arena.
Entre otros factores, se debe tomar en cuenta los que estn
directamente relacionados con la roca y que producen su
desestabilidad, por ello, se describen estas propiedades a
continuacin:
a) El grado de material cementante. b) La reduccin en la presin
de poro. c) Las tasas de produccin. d) La viscosidad de los fluidos
de la formacin. e) Incremento en la produccin de agua.
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Geometra de un arco de arena alrededor de los disparos de
produccin
Consecuencias de la produccin de arena:
Entre las principales consecuencias producidas por el
arenamiento estn:
o Reduccin de los niveles de produccin. o Erosin de los equipos
de completacin del pozo (cabillas, bombas, mangas,
etc.). o Erosin de los equipos e instalaciones de superficie
(estranguladores,
separadores, vlvulas, etc.). o Acumulacin en los equipos de
superficie. o Colapso de la formacin por socavaciones. o Reduccin
de la permeabilidad en la vecindad del pozo. o Falla mecnica de
revestidores o forros. o Problemas en el manejo de slidos de
formacin producidos.
Acumulacin de arena en los equipos.
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Acumulacin de arena en equipos superficiales.
Erosin de la tubera causada por arenamiento.
Los efectos de la produccin de arena son siempre perjudiciales
para corto o largo plazo en la productividad de un pozo. Estos
efectos que pueden ir desde el tratamiento y eliminacin de los
slidos acumulados dentro del pozo, hasta fallas catastrficas en la
terminacin que impidan la productividad. Aunque no solamente son
estos los provocados por el arenamiento de los pozos. A continuacin
se presentan los ms caractersticos:
Limitacin en la produccin de hidrocarburos. Prdida de presin de
salida del petrleo. Contaminacin del yacimiento. Daos en los
equipos de produccin Acumulacin en el fondo del pozo Posibles
colapsos en las tuberas de revestimiento
Problemas causados por el arenamiento en el pozo
Es un hecho que la presencia de materiales contaminantes
asociados a la produccin industrial de aceite y gas provocan una
serie de problemas en las operaciones de explotacin del petrleo, su
efecto daino ha sido reconocido desde los inicios de la Industria
Petrolera. Estos problemas son ocasionados principalmente por
arena, asfltenos, corrosin, parafina, hidratos de hidrocarburos e
incrustaciones (sales).
El movimiento de arena proveniente de formaciones no
consolidadas en pozos productores de aceite o gas, ocasiona
problemas tanto econmicos como de riesgos en las instalaciones, por
ejemplo:
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a) Interrupcin en la produccin, ocasionada por taponamiento en
la tubera de
produccin, en ocasiones, en la tubera de revestimiento, en las
lneas de escurrimiento, separadores, etc.
b) Se incrementan los esfuerzos de sobrecarga de las formaciones
ocasionando
colapsamiento en las tuberas de revestimiento.
c) El equipo subsuperficial y superficial es daado por erosin de
la arena.
d) En la superficie se requiere de dispositivos especiales que
eliminen la arena del
aceite producido, tales como los separadores ciclnicos.
Mtodos ms utilizados
La seleccin de un mtodo de control de arena depende de varios
factores, condiciones especficas del campo, prcticas operativas y
factores econmicos; los mtodos ms utilizados para el control de
arena son:
1. Variacin de la tasa de flujo. 2. Completaciones selectivas.
3. Consolidacin plstica. 4. Sistema grava resina. 5. Grava
recubierta con resina. 6. Forros ranurados y/o rejillas. 7.
Rejillas pre empacadas. 8. Rejillas con Empaques con Grava 9. Frac
pack. 10. Forzamiento arena petrleo.
1. Variacin de la tasa de flujo
Se fundamenta en una reduccin de la velocidad en el rea cercana
a la boca del pozo (en la cara de la arena) mediante la restriccin
de las tasas de produccin, disminuyendo la cada de presin en la
cara de la formacin. Se reduce o aumenta la tasa de flujo
paulatinamente hasta que la produccin de arena sea operativamente
manejable. Es una tcnica de ensayo y error, la cual se basa en la
formacin de arcos estables en la formacin, es necesario repetir
eventualmente el procedimiento, a medida que cambian la presin del
yacimiento, la tasa de flujo y el corte de agua. La desventaja de
esta tcnica es que la tasa requerida para mantener un arco estable
en la formacin suele ser menor al potencial de flujo del pozo y
esto representa una prdida significativa desde el punto de vista de
la productividad.
2. Completaciones selectivas
La tcnica consiste en caonear aquella seccin de la formacin
productora que posea mayor resistencia a la compresin, para as
obtener un mayor diferencial de presin que normalmente permitir
tasas y velocidades de produccin ms elevadas sin que comience la
produccin de arena. Estas secciones poseen un mayor grado de
cementacin, pero una menor permeabilidad, por lo tanto, para
que
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esta tcnica sea realmente efectiva, la formacin 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 mtodo puede limitar la cantidad de zonas que puede ser
perforada, limitando la produccin total del pozo.
3. Consolidacin plstica
Este proceso consiste en la inyeccin de resinas plsticas, las
cuales se adhieren a los granos de arena de la formacin. La resina
se endurece y forma una masa consolidada, uniendo los granos de
arena.
Un tratamiento de consolidacin plstica es exitoso si logra dos
objetivos:
Adicin de resistencia a la formacin. Mantenimiento de la
permeabilidad de la formacin.
Ventajas del mtodo:
El rea en el fondo del pozo est libre de obstruccin. No se
requieren labores de pesca durante operaciones de pozo o re -
completacin. Los trabajos de reparacin, si son necesarios, se
pueden realizar sin
sacar el equipo de fondo, a travs de la tubera o mediante una
unidad de tubera continua.
Muy recomendable en completaciones en hoyos delgados (slim
hole).
Desventajas del mtodo:
Reduccin de la permeabilidad de la formacin. Costo por pie es ms
costoso que otros mtodos de control de arena. Aplicable a
intervalos menores de quince (15) pies. Los materiales utilizados
son por lo general muy peligrosos y txicos.
La tcnica de consolidacin plstica origina el aumento en la
resistencia a la compresin de la formacin, lo cual permite seguir
produciendo a las tasas deseadas. Existen tres tipos de resinas
utilizadas: epxicas, furanos y fenlicas puras. Al entrar en
contacto con la formacin, la resina se encuentra en estado lquido y
mediante un catalizador se logra la consolidacin.
4. Sistema grava - resina.
Este mtodo de control de arena combina la tcnica de empaque con
grava y la consolidacin plstica. La mayora de los sistemas grava -
resina proporcionan esfuerzos de compresin entre los 2000 y 3000
libras de presin y logran mantener la permeabilidad original en un
80%.
Ventajas del mtodo:
Los pozos se encuentran libres de obstruccin.
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No hay equipos de fondo, por lo tanto no se requiere operacin de
pesca durante reparaciones o recompletaciones.
Ms efectivo que la consolidacin plstica en intervalos largos o
arenas arcillosas.
Se obtienen mayores esfuerzos de compresin que con otros
mtodos.
Menos costoso que la consolidacin plstica.
Desventajas del mtodo:
Todas las perforaciones deben ser cubiertas totalmente para as
lograr un empaque consolidado efectivo.
Es requerido mucho tiempo de taladro. No aplicable en intervalos
largos (30). La aplicacin del sistema grava resina se encuentra
limitado a pozos
que sean capaces de aceptar suficiente grava y con temperaturas
de formacin menores de 250F.
5. Grava recubierta con resina.
Segn especificacin API, se bombea grava de alta permeabilidad,
la cual est recubierta por una capa delgada de resina, dentro del
pozo hasta llenar por completo las perforaciones y la tubera de
revestimiento. Con la temperatura del fondo del pozo, a travs de la
inyeccin de vapor o con un catalizador se endurece la resina y se
forma un empaque consolidado. Despus que se endurece y ha ganado
resistencia a la compresin, la arena consolidada del empaque con
grava colocada en la tubera de revestimiento puede ser extrada
dejando las perforaciones llenas con la arena consolidada de alta
permeabilidad. Los tapones de grava consolidada que queda en las
perforaciones actan como un filtro permeable que proporciona un
medio para controlar la arena de la formacin durante la produccin o
inyeccin.
Ventajas del mtodo:
No se requiere la utilizacin de resinas durante el proceso. No
requiere la utilizacin de liner o rejillas. Si la temperatura de
fondo esta alrededor de los 130F, no se
requieren catalizadores. Menos costoso que los mtodos de
consolidacin plstica. El fluido de desplazamiento puede ser agua o
salmuera.
Desventajas del mtodo:
No se recomienda en formaciones con temperaturas mayores de
200F.
Sensible a cidos, solventes orgnicos y algunas salmueras
fuertes, durante el proceso de cura. cidos y algunas salmueras
tienden a
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acelerar el proceso de consolidacin, mientras que los solventes
orgnicos tienden a disolver el plstico.
Altas probabilidades de iniciarse la consolidacin en la tubera.
Luego de la consolidacin el plstico no es estable con
temperaturas
mayores de 450F.
El uso de gravas recubiertas con resinas se recomienda en pozos
de inyeccin de agua, y de vapor donde las temperaturas no excedan
los 450F, 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 ms importante la
temperatura.
6. Forros ranurados y/o rejillas.
Este mecanismo debe emplearse, slo si se tiene una arena bien
distribuida y limpia, con un tamao de grano grande, porque de lo
contrario la rejilla o forro terminar taponndose. Los "liner" y
rejillas actan como filtros de superficie entre la formacin y el
pozo, puesto que el material de la formacin se puentea a la entrada
del liner. Los "liner" ranurados y las rejillas previenen la
produccin de arena basados en el ancho de las ranuras o aperturas
para el flujo, denominado tambin calibre, creando as un filtro que
permite la produccin de petrleo.
El problema ms comn y frecuente con la rejilla sola o "liner"
ranurado como una tcnica de control de arena, es la corrosin 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 produccin o en los arranques y cierres del
pozo. Como consecuencia de la ruptura de los puentes formados, es
posible que la arena de la formacin se reorganice, lo cual, con el
tiempo, tiende a ocasionar la obstruccin de la rejilla o "liner";
es por esto que cuando se utilice esta tcnica para controlar arena
de formacin, debe procurarse que el dimetro del "liner" o rejilla
sea lo ms grande posible, con el fin de minimizar la magnitud de la
reorganizacin que pueda ocurrir.
Para que un "liner" ranurado o rejilla sea eficaz, generalmente
se recomienda su utilizacin en formaciones de permeabilidad
relativamente elevada, que contengan poca o ninguna arcilla.
7. 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 (tpicamente grava) no deja pasar los
granos de la formacin ms pequeos, esta arena acta como agente
puenteante cuando se produce arena de formacin mientras que la
envoltura exterior de la rejilla filtra los granos de la formacin
ms grandes, las rejillas pre empacadas se aplican en zonas donde la
utilizacin del empaque con grava es difcil (zonas largas, pozos muy
desviados, pozos horizontales y formaciones heterogneas).
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Ventajas del mtodo:
A pesar de ser pre empacadas no se aumenta el radio externo de
las rejillas.
En algunos casos son menos costosas que las tuberas ranuras de
gran dimetro.
Poseen mayor capacidad de flujo por pie.
Desventajas del mtodo:
Es muy propensa a daos fsicos durante su asentamiento en el
pozo. La grava consolidada es poco resistente a la erosin. La grava
consolidada al igual que los sistemas de consolidacin
plstica son poco resistentes a la accin de cidos, vapor, etc.
Productividad de los pozos se reduce cuando las aberturas se
taponan. La utilizacin de las rejillas pre empacadas implica
tener presente dos posibles problemas:
o Taponamiento, si la rejilla no se encuentra protegida es muy
probable que la misma se tapone con finos de la formacin durante el
proceso de formacin del puente arena.
o Daos 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 generarn un
bajo desempeo 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 ningn contenido de arcillas u otros finos.
Existen diferentes diseos de rejillas pre empacadas, los ms comunes
incluyen rejillas pre empacadas de rejilla doble, rejillas pre
empacadas de rejilla sencilla y slim pack.
8. Rejillas con Empaques con Grava.
Mtodo de control de arena frecuentemente usado en pozos
verticales o desviados en arenas poco consolidadas; son filtros de
fondo que previenen la produccin no deseada de arena de formacin.
Consisten en la colocacin de grava cuidadosamente seleccionada, que
acta como filtro entre arena de formacin y el "liner" o rejilla, es
decir, la arena de formacin se mantiene en su sitio gracias a la
accin de una arena de empaque debidamente dimensionada, la cual ser
sostenida por una rejilla o "liner". La productividad del pozo est
ntimamente relacionada con la seleccin de la grava de empaque a
utilizar, ya que una inadecuada seleccin del tamao de grava a
utilizar puede permitir que la arena de formacin y la grava se
mezclen, trayendo como consecuencia un rea de baja permeabilidad
que disminuye la productividad del pozo. El tamao de la grava debe
ser seleccionado de tal forma que la arena de formacin se puente
con poco o ningn movimiento de la arena dentro del empaque de
grava.
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Tiene la desventaja de que requiere una inversin sustancial para
el taladro, fluido de completacin, el equipo de fondo de pozo,
equipo de superficie y bombeo, y materiales; la prdida de fluidos
durante la completacin podra causar dao a la formacin, puede
producir erosin / corrosin de la rejilla o "liner" debido a la
arena que choca contra cualquier superficie expuesta y dificultad
de colocar fluidos de estimulacin a travs 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 seccin 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
retencin de la grava y el empaque con grava como filtro de la arena
de la formacin. Entre las desventajas del empaque con grava en
hoyos abiertos tenemos que en zonas con grandes cantidades de
arcilla y finos, los grandes volmenes de fluido que contactan la
formacin durante la perforacin y completacin pueden causar dao, por
otra parte, la estabilidad del hoyo normalmente es un problema, es
difcil aislar fcilmente la produccin de fluidos no deseables como
agua y/o gas, las rejillas o "liner" pueden ser difciles de remover
para futuras re-completaciones y la habilidad para controlar la
colocacin de tratamientos de estimulacin es difcil.
Para pozos horizontales, la colocacin de empaques con grava
constituye la opcin ptima para completar en zonas no consolidadas.
El empaque con grava en pozos horizontales es una tcnica ms
complicada y sofisticada que los empaques en pozos verticales y
desviados, ya que es necesario utilizar tecnologas para colocar,
exitosamente, grava a lo largo de un intervalo de miles de
pies.
9. Frac Pack
Consiste en una combinacin de las tcnicas de fracturamiento y
empaque con grava. Esta tcnica 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 solucin prctica
para algunas situaciones tales como pozos donde el dao a la
formacin es muy profundo, por lo que requerira excesivos volmenes
de cidos, en formaciones sensibles a cido u otros fluidos reactivos
y en formaciones donde el tipo de dao es desconocido causando
incertidumbre en el diseo del tratamiento matricial, en areniscas
pobremente consolidadas, que no responden a la acidificacin y
empaque con grava. Los fluidos de fracturamiento deberan poseer las
siguientes caractersticas:
Propagar la longitud de la fractura. Transportar el material
propante. Maximizar el ancho de la fractura. Minimizar el dao en la
conductividad de la fractura.
El tamao y tipo de propante son crticos para el xito del
tratamiento. El material propante debe ser bastante grande para
contribuir significativamente a la
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conductividad de la fractura, sobre todo en el rea cercana al
pozo, donde controla las partculas de la formacin.
Adems el material propante debe ser suficientemente fuerte para
resistir los esfuerzos de la formacin. 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 fractura
entrecruzado tiene que ser tomado en cuenta al disear 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 haran a un pozo adecuado para un tratamiento de
Frac pack:
- Formacin que falla debido al alta cada de presin, desarrollada
en un rea cercana a la boca del pozo.
- Formacin que falla debido al derrumbamiento del poro. -
Formacin con historia de produccin de arena. - Formaciones que estn
sobre presurizadas resultando la arena
pobremente consolidada. - Formaciones que tienden a tener
problemas de conificacin de agua. - Pozos empacados con grava que
han perdido productividad. - Formaciones pobremente consolidadas
que exhiben dao a la
formacin por los fluidos de perforacin / completacin.
Factores que afectan a la aplicacin del Frac-Pack:
- Las localizaciones del contacto agua/petrleo y gas/petrleo
deben ser consideradas al tratar una zona especfica.
- Bajo contraste de esfuerzos de capas confinadas puede resultar
un crecimiento alto de la fractura.
- El estado mecnico del pozo, si la completacin resiste los
esfuerzos a los que va a ser sometidos.
- El estado del trabajo de cementacin, la calidad de la
adherencia debe ser examinada para posible comunicacin.
10. Forzamiento arena con petrleo
El forzamiento arena con petrleo (F.A.P.) es un mtodo de control
de arena y remocin de dao en la formacin, el cual suministra una
capa protectora de grava de mayor espesor alrededor del pozo que
acta como una extensin del empaque de grava. El objetivo de una
F.A.P. consiste en la restauracin de la arena producida proveniente
de la matriz y en la introduccin de una capa adicional que reducir
y/o evitar el movimiento de finos hacia los orificios de caoneo y a
travs del rea empacada con revestimiento ranurado.
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El F.A.P. es aplicable a:
- Pozos viejos luego de una produccin considerable de arena. -
Pozos nuevos completados en formaciones con arenas pobremente
consolidadas.
ANLISIS:
La acumulacin de arena y slidos en los pozos perjudica
significativamente la produccin de petrleo y gas. De hecho,
prcticamente la mitad de las operaciones con tubera flexible
conllevan trabajos de limpieza de pozos para la remocin de los
escombros. La integracin innovadora de equipos, los programas de
computacin, los sistemas de limpieza a base de fluidos y la
vigilancia rutinaria de los tratamientos ayuda a los ingenieros a
reducir el costo y el riesgo de las operaciones de limpieza de
pozos y restituye la produccin en menos tiempo.
CONCLUSIN:
Se lleg a conocer como perjudica el Arenamiento a la produccin
de un pozo y como solucionar este problema usando varios mtodos en
los distintos tipos de casos, viendo as las ventajas y desventajas
de estos mtodos de control para el arenamiento.
BIBLIOGRAFA:
Dao a la formacin y estimulacin-Universidad sur
colombiana-Facultad de ingeniera. Mtodos de control de la produccin
de arena sin cedazos. Manual Prctico de Ingeniera de
Completacin.