GRAVEL PACK ¿Qué es un “Empaque con Grava”?
La colocación de una grava diseñada contra un yacimiento para controlar el movimiento de sólidos dentro de la corriente del pozo.
Pozos verticales y ligeramente desviados La gravedad ayuda a llenar el anular Se necesitan pérdidas de fluido para llenar las perforaciones Pozos Altamente Desviados La gravedad no ayuda mucho La selección de fluidos es más importante La pérdida de fluido es crítica para llenar las perforaciones del techo Pozos Horizontales La gravedad está en contra Los completamientos horizontales son normalmente, pero nó siempre, en hoyo abierto Los empaques horizontales en hoyo abierto son más fáciles que los empaques en hoyo revestido No se necesita empacar perforaciones Hoyo revestido puede crear obstáculos Las perforaciones en el techo son un riesgo de derrumbes La pérdida de fluido es esencial para el empaque de las perforaciones, pero presenta un peligro alto de puenteo prematuro ¿Por qué es importante el DE de la tubería lavadora? La tubería lavadora de diámetro grande ayuda a mantener la lechada hidratada creando resistencia al flujo en el área anular dentro de la rejilla reduciendo el riesgo de un puenteo prematuro, la tubería lavadora debe ocupar entre el 50% y el 80% del diámetro interno del liner.
Lineamientos Generales para el Empaque con Ondas Alfa y Beta Bombeé con salmuera limpia y baja concentración de grava – 1/2 1/2 a 1 ppg Use rejillas con un DE del 60% al 75% del hoyo Use tubería lavadora con DE grande Comience con velocidad anular del fluido de 100 – 150 150 piés / minuto Se deben mantener buenos retornos para transportar grava al fondo Empaques con Grava Forzados •
El canal de flujo es solamente hacia la formación – No se toman retornos a través de la rejilla – No es necesaria la tubería lavadora – No hay retornos en superficie
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Mejor aplicabilidad para – Intervalos cortos – Pozos verticales – Permeabilidad consistente Condiciones Generales – Pozos de baja presión – Empaques con lechadas de alta concentración de grava • Permite mayores reservas – Empaques con agua ofrecen mejor inyectividad Razones para hacerlo – Costo – Mal revestimiento – Sistemas de fluidos de doble gradiente
Empaques con Grava Circulantes •
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El fluido es dirigido hacia abajo en el anular entre la rejilla y el revestimiento hacia el fondo del pozo – El fluido libre de grava retorna por la tubería lavadora y por el anular por encima de la empacadura – Es el método preferido sobre los forzamientos • Aumenta la posibilidad de un empaque anular completo • La tubería lavadora de DE grande mantiene el fluido fuera de la rejilla • Observe tasas de bombeo y retorno para controlar la pérdida de fluidos Condiciones Generales – Pozos con baja a alta presión – Empaques con agua ó gel con alta carga de grava Razones para hacerlo – Mayor posibilidad de empaque anular completo – Intervalos largos – El fujo del fluido lleva la grava al fondo El fluido es dirigido hacia abajo en el anular entre la rejilla y el revestimiento hacia el fondo del pozo – El fluido libre de grava retorna por la tubería lavadora y por el anular por encima de la empacadura – Es el método preferido sobre los forzamientos • Aumenta la posibilidad de un empaque anular completo • La tubería lavadora de DE grande mantiene el fluido fuera de la rejilla • Observe tasas de bombeo y retorno para controlar la pérdida de fluidos
Empaques con Lechada Viscosa
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Flujo Laminar vs Turbulento – El bombeo de fluidos de características diferentes puede causar la canalización de los fluidos, por lo que los cálculos de desplazamiento no sirven Evite el flujo laminar – Use pre y post flujo – Mantenga como mínivo velocidad de 500 piés/min • Tubing 2 3/8” – 2 bpm • Tubing 2 7/8” – 3 bpm • Tubing 3 1/2” – 4.5 bpm – Factor de empaque normal • 25 libras por pié en pozos nuevos – Presión de empaque normal • 1000 psi
Empaques con Agua •
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Generalmente la salmuera de completamiento se utiliza como fluido de acarreo - No se añaden químicos viscosificantes - La grava se tiene que mezclar al vuelo - Lechadas de baja concentración, 1/2 a 2 lpg Los empaques con agua se hacen por varias razones - Elimina el daño causado por los geles - Pérdida de fluido mejorada - Menor posibilidad de puenteo prematuro - Menos posibilidades de vacíos en el empaque Los empaques se pueden efectuar en modo de circulación ó forzamiento - Se necesita velocidad para compensar la viscosidad - Aún en los casos de altas pérdidas, la gravedad ayuda a prevenir el arenamiento prematuro por debajo de los 60° - Se deben crear reservas de grava corriendo rejilla adicional por encima de las perforaciones • Es usual dejar diez pies adicionales para zonas cortas • No se requiere esperar que el empaque se asiente antes de probarlo Factor de empaque normal - 25 libras por pie en pozos nuevos Presión de arenamiento normal - 1000 psi Pozos Desviados - La falta de capacidad de suspensión del fluido de acarreo lo hace la alternativa superior para pozos altamente desviados - El asentamiento no es un problema Manteniendo la Grava en Movimiento - El objetivo es prevenir el asentamiento de la grava • La gravedad es el problema - La velocidad de 300 pies/minuto mueve la grava • Tasas en la tubería de trabajo
Tubing 2 3/8 – 1.5 bpm Tubing 2 7/8 – 2 bpm Tubing 3 1/2 – 2.5 bpm • Manteniendo la Grava en Movimiento - Velocidad anular inicial debería estar entre 100 – 150 pies /min • Para desviaciones menores de 45° la gravedad hace su trabajo • Para desviaciones mayores de 60° la velocidad de equilibrio, 300 pies /min, se alcanza a medida que se llene el anular Empacadura Black Cat • • •
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Proceso de sentamiento – La camisa de sentamiento está pinada en posición – La fuerza generada por la herramienta de asentamiento parte los pines – La fuerza de compresión se trasmite a los conos a través del elemento – Los conos mueven las cuñas – Una vez que las cuñas muerden, el elemento se comprime
– Fuerza de sentamiento mínima requerida – El anillo de traba del cuerpo atrapa y retiene la fuerza de sentamiento
Sistema de Empaque con Grava Modelo 4P •
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Estándar de la industria para Empacar con Grava – Tasas y presiones medias • 6,000 psi y 10 bpm Intervalos cortos ó largos Pozos someros ó profundos Completamientos de zona sencilla ó múltiples – Completamientos sencillos, dobles y selectivos – Trabajos en tierra, aguas continentales ó costa afuera • Pozos verticales, desviados u horizontales – Capacidad de manejar zonas de alta pérdida de fluidos ó problema – Disponible para tamaños de revestimiento desde 5 1/2” hasta 9 5/8”.
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Herramientas para empaque con grava resistentes, para tasas y presiones moderadas Alternativa económica de las herramientas para Frac Pack Diseño de pistón doble – Mantiene las presiones de sentamiento bajas – Presión de inicio de sentamiento ajustable La presión aplicada actúa las herramientas y genera fuerza hidráulica a la empacadura Mandril sólido permite probar la empacadura Liberación del ancla – Valor de corte ajustable – Presión por el anular
La herramienta se mueve con respecto a la empacadura para cambiar de modo – Forzamiento (squeeze) – Con peso – Circulación – Levante la herramienta 1 a 3 pies – Reversa – Levante la herramienta ocho pies – Los puertos de cruce se mueven dentro de la extensión superior para las posiciones de tratamiento
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Bombeo por tubería – Incrementar presión, sentar empacadura – No incremento de presión, bombeé a 1/4 bpm – Presión aumenta pero se fuga • Reverse lentamente • Basura en el asiento de bola? Secuencia de asentamiento típica – 800 – 1000 psi, 1er corte – Incrementos de 500 psi – Presión asentamiento • No expulse la bola Pruebe la empacadura – Libere toda la presión y tensione empacadura con 10K – Baje a peso neutro – Presurice anular con 500 psi – Si prueba, incremente presión anular a 1000 psi Liberación de la herramienta de servicio – Liberación primaria • Incremente presión anular a 1500 psi – Liberación secundaria • Tensione <5K y gire 10-15 vueltas a la derecha – Levante a posición de reversa y aplique 3,000 psi para expulsar el asiento de bola – Si se utiliza la bola secundaria, levante a posición de reversa y circule la bola a superficie – Dónde va a parar la bola??? La herramienta se mueve verticalmente para ponerla en cualquiera de las cuatro posiciones – Forzamiento – Circulación • Inferior • Superior – Reversar Al aplicarle peso hallará su posición de referencia – Sea consistente con la cantidad de peso – Marque la tubería – Espere contracción en trabajos a alta tasa/alto volumen – Con esta herramienta, es siempre la posición de forzamiento • A menos que se haya modificado para eliminar la posición de forzamiento Posición de forzamiento – Aplicar peso a empacadura Posición de circulación – Levante la herramienta de cruce 12 – 18 pulgadas • Hasta 3 pies Posición de reversar – Levante la herramienta de cruce 8 pies desde la posición de forzamiento
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Coloca los puertos de empaque justo por encima de la empacadura – La pérdida de presión del anular confirma la posición de reversar •
Sistema de Empaque con Grava WFX • •
La misma flexibilidad que el sistema 4P – Los mismos componentes básicos Mayor capacidad de trabajo – Se adapta a todos los métodos de colocació • Incluye Frac packs – Diseñada y fabricada para minimizar la erosión – Posición de forzamiento y circulación con peso • Previene problemas causados por alabeo y contracción de la tubería •
Permite el “anular vivo” sin modificaciones
– Calificación de Alta presión,
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10,000 psi La posición fija durante el bombeo mantiene los puertos de cruce alineados – La misma posición en forzamiento ó en circulación Válvula de circulación en la herramienta de cruce No es necesario sacar ningún sello del receptáculo para circular – La válvula se abre y cierra contra las restricciones de diámetro • Válvula abierta – circulación • Válvula cerrada - forzamiento No hay cheque para reversar – La válvula de circulación se cierra (modo de forzamiento) cuando se levanta a través del receptáculo de sellos pulido – No se necesitan indicadores de posición Especificaciones generales – Tamaños optimizados • Tamaños 50, 70 y 90 • Diámetro Interno grande para altas tasas – Herramientas de pistones múltiples para tener bajas presiones de sentamiento • Empiezan a sentar a 800 a 1,000 psi • Fuerza de sentamiento alcanzada con 2,500 psi – Capacidad al colapso y estallido de 10Ksi – Alta resistencia a la torsión y tensión – Requiere substituto superior y kit adaptador – Se requieren kits adaptadores – Las herramientas de sentamiento no están equipadas para conectarse directamente a la empacadura – El pestillo (latch) no está incluido en la herramienta de sentamiento – Kits disponibles para aplicaciones sin empaque – La camisa de sentamiento se engancha a la torsión a las empacaduras modelo WFX
– Desactivada después de sentar la empacadura para permitir la liberación con
rotación de emergencia.
Sentamiento •
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El peso aplicado será siempre su punto de referencia – Sea consistente con la cantidad de peso – Marque la tubería – Espere contracción de la tubería en trabajos de alta tasa, gran volumen – Con Esta Herramienta, puede ser posición de circulación ó de forzamiento Modo de forzamiento – Levante 15 pulgadas en la herramienta para encontrar el receptáculo pulido de sellos y tensione 2,500 libras contra el collet y aplique peso – La tensión contra el receptáculo pulido de sellos cierra la válvula y el peso coloca la herramienta en posición de forzamiento Modo de circulación – Levante 15 pulgadas en la herramienta y aplique 10,000 libras de tensión para pasar a través del receptáculo de sellos • Levantar un total de 30 pulgadas – Aplique peso. El movimiento hacia abajo a través del receptáculo de sellos abre la válvula y el peso coloca la herramienta en posición de circulación Modo de reversar – Levante 74 a 90 pulgadas en la herramienta para que el pestillo (collet) enganche el substituto inferior de la empacadura • Los puertos de grava quedan justo por encima de la empacadura • 10,000 libras de tensión contra el receptáculo de sellos de la empacadura • La válvula de circulación se cierra – Aplicar presión por el anular antes de levantar para confirmar posición
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Herramienta de cruce modelo WFX Empuje el pestillo (collet) hacia abajo a través del receptáculo de sellos • Abre la válvula • Levante el pestillo (collet) contra el receptáculo de sellos – Cierra la válvula •
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Tasas de reversado – Cierre el anular con el BOP y bombeé por el revestimiento – Típicamente 2, 3 y 4 bpm – Anote las presiones a cada tasa – Establece línea de referencia Tasas de forzamiento – Coloque la herramienta en posición de forzamiento – Bombeé por la tubería • Típicamente 1/2, 1 y 2 bpm • Anote las presiones a cada tasa
Establezca línea de referencia – Confirme que no haya retorno por el anular Tasas de circulación – Coloque la herramienta en posición de circulación – Bombeé por la tubería • Típicamente 1, 2 y 3 bpm • Anote las presiones a cada tasa • Establezca una línea de referencia – Confirme retornos por el anular •
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Herramienta de Cruce WFX •
Especificaciones generales – Incluye pestillo (lacth) para la empacadura • Se libera de la empacadura con presión por el anular – Liberación secundaria – rotación a la derecha – Incluye asientos de bola primario y secundario – Áreas de flujo grandes • Tubo de bypass (snorkel) y puertos de grava – Puerto de cruce sólido, maquinado – Sumidero profundo bajo los puertos de flujo – Utiliza la válvula de circulación en el extremo inferior para cambiar de modo de forzamiento a circulación • Permite aplicar peso, ó posición fija • Herramienta más corta que los diseños convencionales – Al moverse la válvula de circulación se exponen o aislan dos puertos de comunicación • Coloca la herramienta en modo de circulación o forzamiento – Actuada por la resistencia de la herramienta de deslizamiento contra la restricción del receptáculo de sellos pulido
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La herramienta de deslizamiento proveé tres funciones – Resistencia para mover la válvula – Cerrar la camisa deslizante – Indica la posición de reversa
– Al empujar el collet hacia abajo a través del receptáculo de sellos • Se abre la válvula
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Levantar el collet contra el receptáculo de sellos Cierra la válvula
Empacadura BlackCat – Versión WFX • •
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Versión especial de la empacadura BlackCat Especificaciones Generales – Capacidad de 10K mientras se fractura • 8K durante la producción – Modelos básicos en tamaños comunes probados según especificaciones ISO 14310 V3 Especificaciones Generales – cont. – Rango de temperatura 150 – 300°F – Alta capacidad de torsión • Igual a las roscas comunes para los tamaños de lines apropiados – Alta resistencia a la tracción • Generalmente permite colgar 5,000 pies de liner con capacidad de tensión – Substitutos inferiores de acuerdo a la aplicación
Control de Pérdidas de Fluidos •
El control de las pérdidas de fluidos se hace generalmente por estos tres métodos – Reducción de la presión hidrostática – Píldoras – Dispositivos mecánicos
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Presión Hidrostática – Sobrebalance normal para el control del pozo • 100 – 200 psi – A menudo se necesita mayor sobrebalance • Hoyo abierto • Arcillas • Arenas inconsolidadas – La magnitud del sobrebalance a veces desconocida hasta que se estimule el yacimiento • El ajuste de la densidad a menudo es suficiente para controlar la pérdida de fluidos
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Píldoras y químicos – Polímeros • HEC • Derivados de la goma Guar • Xantan – Partículas • Carbonato de calcio • Sales graduadas Dispositivos mecánicos – Substituto con disco de vidrio • Utilizados en empaques forzados Dispositivos mecánicos – Válvulas de charnela (flappers) • Frágil • Vidrio, Cerámica ó Cobre – Berilio • Mantenida abierta por la tubería lavadora ó por camisa • Removida por • Fuerza mecánica • Presión • Susceptible al daño por efecto del golpe de ariete
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Índice de Productividad (PI) Relación entre el flujo de un pozo y la caída de presión PI = bpd/psi Densidad de cañoneo SPF, TPP tiros por pié 12 TPP es la norma en la mayoría de tamaños de revestimiento 6 a 8 TPP en revestimientos pequeños Cañones disponibles hasta 21 TPP Las altas densidades se prefieren para minimizar la caída de presión Mantener el PI Porosidad: El porcentaje de volumen de los poros, o espacio vacío, de una roca que puede contener fluidos. Permeabilidad: La capacidad, o medida de la capacidad de una roca, de transmitir fluidos. La permeabilidad se mide en Darcys Un Darcy es la permeabilidad en la cual 1 cc de fluido con viscosidad de 1 cp fluye por un medio poroso de 1 centímetro cuadrado de área y un centímetro de longitud con una presión de una atmósfera.
Tipos de Rocas Reservorio Carbonato: Calcita (CaCo3) y Dolomita (CaMg(CO3)2) Areniscas. Minerales (Cuarzo, feldespato, mica, etc.) y Arcillas. Arcillas: Sedimentos finos de menos de .0039 mm formados por minerales de silicato de aluminio hidratados que son estructuralmente laminados. (Caolinita, Montmorillonita, Ilita, Clorita, Arcillas inter-mezcladas) Lutitas: Roca sedimentaria de grano fino formada por la consolidación de partículas de arcilla y limo en capas finas y relativamente impermeables. La más abundante de las rocas sedimentarias
Por Qué Producen Arena los Yacimientos La producción de arena está típicamente asociada con rocas jóvenes someras Generalmente de la era Terciaria De 65 millones de años ó menos Menos consolidadas que rocas más antiguas y profundas La resistencia a la compresión generalmente menor a 1,000 psi Esfuerzos relacionados con la producción Los sólidos no se mueven cuando el pozo no esté fluyendo
Esfuerzo por producción > Fuerza de Cohesión = Producción de Arena Los esfuerzos se generan por diferenciales de presión y arrastre Presión de Cierre En Fondo (Shut-in BHP SIBHP) – Presión de Fondo Fluyendo (Flowing BHP FBHP) = Caída de presión (Pressure drop) La viscosidad y velocidad de los efluentes crean el arrastre
Causas de la Producción de Arena Causas de la producción de arena relacionadas con el tiempo Compactación Aplastamiento de los granos Ruptura del cemento Taponamiento Incrementa la caida de presión Cambia el perfil de flujo Incremento de la producción de agua
Selección De La Grava Para Empaque Prácticas Recomendadas Para Probar Arenas Usadas En Operaciones De Empaque Con Grava API RP 58 Características: Distribución, Contenido de finos, Dureza, Solubilidad al ácido, Redondéz y esfericidad. Grava Natural: Redonda y Re-tamizada. Sintética: Cerámicas
Selección Del Ancho De La Ranura De La Rejilla Aplicaciones de Empaque Con Grava La rejilla es el filtro secundario: La grava retiene la arena de formación y La rejilla retiene la grava La ranura ó el poro debería: Exceder el tamaño de poros de la gravay Retener completamente la grava. Alambre enrollado Tamaño de ranura = 60 – 80% del tamaño menor de grano Membrana metálica Tamaño de poro = 30 – 60% del tamaño menor de grano Hasta el tamaño máximo disponible
Selección De La Apertura De La Rejilla Aplicación de Rejilla Sola Rejillas de Membrana Metálica: Tamaño máximo de poro, No debería exceder el D10 de la arena y Debería estar cerca del D30 Tamaño Medio de poro: Dimensionado cerca al D30 No use Rejillas de Membrana Metálica si: UC > 10 Finos > 10% Finos son partículas < 44 micras Medidos con análisis con zaranda seca Rejillas de Alambre Enrollado (WW) UC ≤ 5
Apertura es menor de: 1.2 veces D50 promedio 1.5 veces D50 mínimo Apertura no debería exceder el D10 No use rejillas WW si: UC > 6 Finos > 5% Finos son partículas < 44 micras Medidos con análisis con zaranda seca
Guía De Dimensionamiento De La Rejilla Luz mínima radial de ¾”
Recomendaciones generales para revestimiento
Casing
Screen
5”
2 3/8”
5 ½”
2 7/8”
7”
4”
7 5/8”
4 ½”
9 5/8”
5 ½”
Centralización de las rejillas Centro y pin de la rejilla Aletas a 90° mínimo 1/8” menos del drift Hoyo revestido – Aletas soldadas Hoyo abierto – Deslizantes o de abrazadera, p. ej. SpiraGlider
Tipos de rejillas Liners Ranurados Rejillas de Alambre Enrollado (WW) Rejillas Pre-empacadas Rejillas de Membrana Metálica (MM)
CALCULOS 1 ppg = 1 lb/gal 1 sks = 100 lb = 1 ft3
Para conocer barriles requeridos para un garvel pack: Concentración = 0.5 lb/gal Arena requerida = 2800 lb Bls requeridos = 2800 lb / (0.5 lb/gal) = 5600 gal / 42 = 133.3 bls Barriles totales = Bls requeridos + 3 veces la capacidad de tubería (1 de desplazamiento y 2 de reversada) + bls de prueba (prueba de fricción 40 y 70 de step rate test si aplica) Para conocer la cantidad de graba en la tubería conociendo la concentración y la capacidad en bls: Volumen de tubería = 18 bls = 756 gal Concentración = 0.5 lb/gal Cantidad de grava en la tubería = 756 gal x (0.5 lb/gal) = 378 lb Para saber cómo mezclar la grava al vuelo conociendo la concentración y el caudal de empaquetamiento: Caudal de empaquetamiento = 4 bls/min = 168 gal/min Concentración = 0.5 lb/gal Grava al vuelo lbs/min = (168 gal/min) x (0.5 lb/gal) = 84 lb/min Por experiencia se debe requerir 400 bls de fluido para el trabajo.
Constante para calcular la capacidad en ft3 = 0.005454 ID Casing = 6.366 in
Long = 1000 ft Cap. Ft3 = (6.366^2 x 0.005454) x 1000 ft = 221.01 ft3 Realmente no es screen out (presión cuando empaqueto las mallas) sino sand out (presión cuando empaqueto el blank pipe) La ecuación de darcy me sirve para calcular la altura de la grava en el blank pipe (Reserva de grava) o para calcula la presión de sand out teniendo en cuenta el caudal y la reserva de grava que quiero dejar por arriba de las mallas o en el blank pipe.
H=
0.00078 X k X A X P mXQ
P=
HXQXm 0.00078 X k X A
Cuando el crudo tiene gravedad API menor a 15 se disuelve con ACPM problemas de asfáltenos Cuando el crudo tiene gravedad API está entre 15 y 25 se disuelve con xileno problemas de parafinas Cuando el crudo tiene gravedad API por encima de 25 es bueno Nota: Para realizar el trabajo de gravel pack la turbidez del fluido no debe ser mayor a 20 NTU. Los componentes esenciales para un garvel pack que se deben bombera con la grava son los siguientes: Solvente mutual (Crudos pesados, afaltenos), Inhibidor de arcillas, inhibidor de corrosión y sufaltante (Disolver emulsiones). Mallas 4” NUE 8RD OD Cupling = 4 ½” OD Cuerpo = 4” OD Mallas = 4 4/16” OD Centralizadores = 6” ID = 3 9/16” Mallas 3 1/2” BTC OD Cupling = 4 1/4” OD Cuerpo = 3 1/2” OD Mallas = 3 15/16”
OD Centralizadores = NA ID = 2.992” Tubing 2 3/8” CS Hy Drill OD Cupling = 2 11/16” OD Cuerpo = 2 7/16” ID = 1 15/16”
