Capítulo
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PREPARACION DE LOS POZOS PARA EMPAQUE CON GRAVA Introducción Los elementos que garantizan el éxito de la completación de un pozo son la planificación cuidadosa, la preparación adecuada del pozo y la ejecución en sí de la completación. La omisión de cualquiera de estos pasos podría traer como consecuencia una completación que no logre sus objetivos, dado que muchas de las operaciones de completación son interdependientes. Con el objeto de alcanzar las metas de la completación para el control de arena, productividad y longevidad, es necesario prestar atención a las prácticas de perforación, limpieza, fluidos de completación, cañoneo, limpieza de las perforaciones, acidificación, especificaciones de la grava, especificación de las herramientas, taladro y personal de la empresa de servicios. La adecuada preparación de un pozo para el empaque con grava puede ser la clave de una completación exitosa.
Prácticas de perforación Las prácticas de perforación pueden tener un efecto significativo sobre el éxito de una completación. La meta durante la perforación de la zona productora debe ser mantener la estabilidad del pozo y un tamaño de hoyo uniforme, con un fluido de perforación no dañino. Probablemente la peor situación para la completación de un empaque con grava es una zona productora caracterizada por irregularidades en el hoyo, producto de derrumbes y/o daños a la formación por el uso de fluidos de perforación incompatibles. En este caso, el cañoneo se hace más difícil, ya que las cargas no pueden penetrar a través del anular de cemento ampliado y/o el daño profundo de la formación para establecer contacto con la porción de la formación no perturbada y no dañada. Además de la perforación, se debe prestar mucha atención a la cementación de la tubería de revestimiento a través de la zona productora. Se deben realizar esfuerzos para establecer una buena adherencia del cemento, mientras se minimizan las pérdidas de filtrado de cemento hacia la formación. El empleo de las mejores prácticas de perforación posibles ayudará a minimizar el daño cercano a la cara de la formación y facilitará las operaciones de completación. Con frecuencia, el éxito de la completación y la productividad del pozo se definen cuando la mecha entra en la zona productora.
Limpieza de la tubería de revestimiento, sarta de trabajo, tanques y tuberías Uno de los aspectos más importantes que se debe tomar en consideración cuando se realiza una completación para empaque con grava, es la limpieza. Dado que un empaque con grava representa la instalación de un filtro de fondo, cualquier acción que pueda provocar la obstrucción del filtro (es decir, la arena del empaque con grava) va en detrimento del éxito de la completación y de la producción del pozo. Se han logrado una serie de avances para mejorar la limpieza de las operaciones de empaque con grava, especialmente en lo que se refiere a los fluidos de completación; sin embargo, a pesar del hecho de que se utilizan fluidos de completación limpios, la falta de limpieza en la tubería de revestimiento, sarta de trabajo, tuberías, tanques y otros equipos representa una fuente potencial de daño a la formación y pérdida de productividad. Si bien es cierto que la limpieza del pozo y de los equipos del taladro puede resultar costosa, mucho más lo es el perder la productividad o tener que repetir de nuevo toda la completación por no haber realizado la limpieza apropiada desde un principio. Tecnología de Completaciones para Formaciones Inconsolidadas Rev. 2 / June 1995 / Español
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Sólo se requiere un pie cúbico de sólidos para llenar por completo 495 perforaciones promedio de empaque con grava. A una densidad típica de 12 disparos por pie, se obtiene un total de 41 pies de intervalo cañoneado. En la completación de formaciones de alta permeabilidad no consolidadas, la formación suele estar experimentando pérdida de fluidos. Si este es el caso, lo más probable es que todos los sólidos que entran en el pozo terminen en las perforaciones, y por lo tanto, el riesgo de daño a la formación está latente y la necesidad de que se realicen las limpiezas es muy clara. Tubería de revestimiento. Algunos materiales que se consideran altamente dañinos y que están asociados con la tubería de revestimiento son el óxido, las costras de cemento y otros escombros. La remoción de estos materiales requiere corridas de mechas y raspadores, para separar mecánicamente los escombros y retirarlos posteriormente del pozo. También se ha demostrado que los solventes, ácidos y soluciones especiales de suspensión de partículas son útiles para la limpieza de las tuberías de revestimiento. Sarta de trabajo. La sarta de trabajo contiene el mismo tipo de escombros asociados con la tubería de revestimiento. Sin embargo, a diferencia de ésta última, tanto las superficies interna y externa deben estar limpias, ya que el fluido de completación circula a lo largo de ambas superficies. En este caso, el raspado de la sarta de trabajo no es, por lo general, una opción posible, así como lo era para la tubería de revestimiento, pero sí se recomienda realizar inspecciones oculares de la tubería de producción antes que ésta se introduzca en el pozo, con el objeto de asegurarse de que la misma se encuentre limpia y en buenas condiciones mecánicas. Como mínimo, un conejo con un diámetro igual a la tolerancia del diámetro interno de la sarta de trabajo ayudará a aflojar las costras y otros escombros, y garantizará el diámetro interno de la sarta de trabajo. Las limpiezas posteriores pueden realizarse con solventes, ácidos y tratamientos de circulación de arena/agua, diseñados para remover costras y otras partículas. Una vez que la sarta de trabajo esté limpia, se deben realizar todos los esfuerzos para mantenerla en ese estado. Una fuente común de contaminación del empaque con grava es el lubricante de roscas. Por esa razón, se recomienda utilizar el lubricante de roscas con moderación, y sólo en los extremos de los pines durante la fase de completación, y eliminar por completo el uso de este producto en la corrida final en el hoyo, justo antes de realizar el empaque con grava en el pozo. Se debe considerar el uso de una sarta de trabajo limpia dedicada exclusivamente para el empaque con grava, si se va a realizar la completación de un cierto número de pozos. Tanques y líneas. Algunas veces se ignoran los tanques y las líneas, pero éstos son una causa común de daños, en particular cuando el taladro con el cual se perforó el pozo se utiliza para completarlo. Los tanques deben rasparse cuidadosamente y limpiarse con chorro para asegurar la remoción de cualquier sólido residual de los fluidos de perforación. De ser posible, los tanques deben destinarse sólo para los fluidos de completación cuando exista un programa que contemple la perforación de varios pozos que requieran empaques con grava. Para ayudar a remover los escombros de las líneas de los taladros, se sugiere emplear soluciones de floculación. Aseguramiento de la calidad. Con el objeto de asegurarse de que las operaciones de limpieza del taladro y del pozo hayan logrado su objetivo, se debe circular el pozo y monitorear los retornos para mantener una lectura de turbidéz por debajo de 30 NTU. Se deben hacer todos los esfuerzos para mantener este nivel de limpieza mientras dure la completación, y particularmente, justo antes de realizar el empaque con grava.
Filtración Tal como se mencionó antes, los fluidos de completación con empaque con grava deben estar lo suficientemente limpios como para no permitir que las partículas suspendidas obstruyan o
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reduzcan la permeabilidad de la formación, perforaciones o de la arena del empaque con grava. Para obtener un fluido limpio es necesario realizar una filtración. Los fluidos de completación se filtran generalmente hasta, por lo menos, 20 micrones, pero en algunos casos se filtran hasta un micrón. El fluido puede filtrarse bien sea a través de un filtro de tierra diatomácea (DE) corriente arriba, en combinación con una unidad de filtro de cartuchos corriente abajo, o a través de una unidad de filtro de cartuchos solamente. La Figura 8.1 muestra el esquema de la unidad de tierra diatomácea; la Figura 8.2 ilustra una unidad de filtro de cartuchos. La unidad de filtro de tierra diatomácea realiza la mayor parte de la filtración antes de que el fluido llegue a la unidad de filtro de cartuchos. Debido a que la tierra diatomácea es menos costosa que los cartuchos, el uso de un filtro de DE con un filtro de cartuchos corriente abajo resultará más económico que una unidad de filtro de cartuchos solamente. Esto es especialmente importante si el fluido de completación está muy sucio, lo que suele suceder en algún punto durante la completación, o si se requieren grandes volúmenes de fluido, como en el caso del empaque con grava.
Unidad de Cartuchos CARTRIDGE FILTRATION UNIT
Filtro Prensa FILTER PRESS
Tanque ACTIVE Activo
Tanque de RESERVE Reserva PIT
Tanque ADMIX de TANK Mezcla
ADMIX Bomba de PUMP Mezcla
Tanque
BombaFEED Alimentación PUMP
PRECOAT Recubri
miento
Bomba de PRECOAT Recubrimiento PUMP
WELL Pozo
Figura 8.1 Sistema de filtración de tierra diatomácea para completación y rehabilitación de pozos
Los filtros DE no son filtros de tipo absoluto, así que una amplia variedad de tamaños de partículas pueden pasar a través del filtro. La misma tierra diatomácea también pasa. La tierra diatomácea es capaz de obstruir la formación, y además, no es soluble en ácido; por lo tanto, siempre se debe incorporar al filtro DE un filtro de cartuchos corriente abajo, para detener la tierra diatomácea y lograr una filtración adicional de fluido más fina. Las unidades de filtro de cartuchos pueden utilizar cartuchos de filtro de tipo nominal o absoluto. Los filtros nominales son por lo general elementos enrollados diseñados para remover masas de sólidos utilizando filtración profunda. Los filtros absolutos tienen elementos plegados que se basan en la filtración superficial para retener partículas de tamaño específico. Los filtros absolutos se clasifican de acuerdo con su eficiencia, indicada por el valor beta. El valor beta se define como la relación de la concentración de un tamaño de partículas dado que entra en el filtro a la concentración del mismo tamaño de partículas que sale del filtro. Los filtros comúnmente utilizados tienen valores beta de 100 a 5000. Es necesario hacer notar que este valor beta depende en gran medida de la tasa de flujo. A manera de ejemplo, un filtro que detiene una partícula de 2 micrones a 1 galón por minuto, podría no detener la misma partícula a 10 galones por minuto.
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Asimismo, el valor beta depende del tamaño de partículas considerado. Un cartucho tendrá una relación beta mayor (eficiencia de remoción) cuando retiene partículas grandes, pero tendrá una relación beta menor cuando retiene partículas más pequeñas. La curva de desempeño común de un cartucho se muestra en la Figura 8.4. La ecuación para calcular la eficiencia de remoción a partir de la relación beta se muestra a continuación:
1 RE x 100 x x donde:
REx
=
x
=
eficiencia de remoción para el tamaño "x" de partícula (por ciento) relación beta para el tamaño "x" de partícula
La mayoría de los fluidos de completación utilizados para el empaque con grava se filtran hasta 2 micrones a una eficiencia de remoción de 99% o más. Se debe tener cuidado al momento de realizar la filtración con el fin de garantizar que el diferencial de presión, mientras haya flujo a través de los cartuchos, no exceda las recomendaciones del fabricante (típicamente de 30 a 50 libras por pulgada cuadrada); de otro modo, podría colapsar el cartucho y destruir su eficiencia. La filtración de fluidos que son viscosos por naturaleza podría representar un problema debido a la mayor caída de presión que se requiere para hacer pasar un fluido viscoso a través del cartucho. En algunas ocasiones se tienen que manejar fluidos extremadamente sucios. Si el tiempo lo permite, es recomendable dejar que el fluido sucio permanezca en reposo durante una noche, con el fin de permitir que los sólidos se depositen en el fondo del tanque. Luego, el fluido limpio puede decantarse desde la parte superior del tanque y filtrarse sin tener que manejar un gran volumen de partículas sedimentadas. El aceite atrapado en el fluido de completación también podría presentar problemas de filtración.
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Figura 8.2 Unidad de filtración de cartuchos
Si durante la completación se emplean geles de polímeros viscosos, el fluido base se debe filtrar antes de agregar los polímeros. Después de añadir los polímeros, el gel se debe cortar cuidadosamente para remover los grumos de polímeros secos no hidratados, llamados comúnmente "ojos de pescado". Después del corte, los polímeros pueden filtrarse a través de una unidad de filtración de cartuchos. Los filtros de cartucho empleados para los geles están generalmente especificados para 10 micrones, con un mínimo de 98% de eficiencia de remoción. La filtración de los geles de polímeros viscosos antes de realizar el corte tiende a obstruir la unidad de filtros y sacar el polímero del fluido base. En resumen, la técnica que se utilice para filtrar el fluido no es el elemento crucial, lo importante es la limpieza del fluido. La técnica de filtración empleada se basa estrictamente en obtener los resultados deseados de la manera más económica posible. Todos los fluidos que entran al pozo después de la limpieza inicial de la tubería de revestimiento deben filtrarse cuando sea posible. La filtración debe realizarse durante toda la operación de completación, ya que constantemente se están removiendo pequeñas cantidades de escombros del pozo, por medio de las operaciones de bombeo.
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Relación Beta
% Eficiencia de Remoción
Desempeño según el ASTM F795
Tamaño Partículas Retención de Partículas
@ Eficiencia de Remoción de:
Figura 8.3 Tabla de desempeño de los filtros de cartucho 2
Fluidos de completación y empaque con grava Además de estar limpios, los fluidos utilizados en las completaciones de pozos deben ser compatibles con la formación y con sus fluidos. Un aspecto que merece especial atención es el hinchamiento de las arcillas y la compatibilidad con el agua de formación, para evitar la precipitación de iones. Los fluidos de completación candidatos deben ser sometidos a pruebas en el laboratorio con el objeto de asegurar su compatibilidad con la formación y sus fluidos. Un fluido de completación incompatible puede causar daños permanentes a la formación. Las fuentes comunes de fluidos de perforación son salmuera producida, agua salada o salmueras limpias. Por supuesto, los criterios de diseño esenciales para un fluido de completación se basan en los requerimientos hidrostáticos para mantener el control del pozo. La densidad del fluido se puede controlar añadiendo varias sales solubles, tales como cloruro de sodio, bromuro de sodio, cloruro de potasio, cloruro de amonio, cloruro de calcio, bromuro de calcio, cloruro de zinc, bromuro de zinc y bromuro de litio. Las densidades de estos fluidos varían de 8,33 hasta un valor tan alto
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como 20 libras por galón aproximadamente. Todos ellos presentan sus ventajas y desventajas y, de acuerdo con la densidad del fluido requerido, su costo puede exceder los $ 500 por barril. Los fluidos que se utilizan para el empaque con grava pueden ser de base agua o aceite. Los fluidos de base agua son por lo general los preferidos, y se consideran más flexibles que los sistemas de base aceite. Por esta razón, los fluidos de base agua son los más utilizados. El fluido de base agua más simple que se emplea en el empaque con grava es la salmuera de completación misma. Como una alternativa, se pueden usar fluidos viscosificados de base agua. En el pasado algunas compañías utilizaban crudo, el cual preferían al agua, ya que resultaba más económico; sin embargo, los aumentos en el costo del crudo han hecho que su uso se descontinúe para dar preferencia a los sistemas de base agua. El crudo continúa siendo una alternativa válida en formaciones extremadamente sensibles al agua. Cuando se requieren fluidos de baja densidad, pueden emplearse emulsiones y espumas. El control de la pérdida de fluidos es una consideración común cuando se realiza la completación de formaciones no consolidadas con un empaque con grava. Esto es especialmente cierto en formaciones con alta permeabilidad. Además del daño potencial a la formación ocasionado por la pérdida de fluido, existe una preocupación especial cuando se trata de fluidos muy costosos o cuando las reservas de fluidos de completación son muy bajas. La cantidad de pérdidas de fluido que puede tolerarse tiende a ser específica del sitio, pero por lo general comienza a manifestarse mayor preocupación cuando las pérdidas exceden los 30 barriles por hora. El Capítulo 10 trata específicamente de las técnicas de control de pérdida de fluidos. En este punto, es importante enfatizar que la técnica de control de pérdida de fluidos seleccionada debe ser compatible con la formación, y cualquier daño ocasionado por la técnica empleada deberá ser reversible.
Resumen Los factores que influyen sobre el éxito de una completación comienzan desde que la mecha de perforación entra en la zona productora. A partir de ese momento, todas las operaciones se deben llevar a cabo considerando debidamente los posibles efectos de cada una de ellas sobre la formación. Además de las operaciones adecuadas de perforación y cementación, el éxito de las completaciones depende del establecimiento y mantenimiento de un ambiente de pozo limpio. Todos los fluidos y equipos que se colocan en el pozo deben evaluarse tomando en cuenta lo anterior. Se pueden poner en práctica simples inspecciones de control de calidad, como por ejemplo lecturas de NTU en el fluido de completación, para monitorear y garantizar que el pozo esté lo más limpio posible durante las completaciones.
Referencias 1. Sollee, S. S., Elson, T. D. y Lerma, M. K., “Field Application of Clean Completion Fluids”, SPE Paper M318, 60ava. Exhibición y Conferencia Técnica Anual SPE, Las Vegas, Nevada, Septiembre 22-25. 1985. 2. Product Information, Parker Hannifin Corporation, División de Filtros Comerciales, Lebanon, Indiana, 1992.
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