Terminacion Avanzada de Pozos

TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS

Tabla de contenido 1. INTRODUCCION.- ................................................................................... ............................. 4 2. OBJETIVOS.- ........................................................................................................................ 5 3. DEFINICION DE PRODUCCION DE ARENA.- ..................................................... .................... 5 3.1. PRODUCCION DE ARENA.ARENA. - ..................................................... ...................................... 5 3.2. CLASIFICACION DE LA PRODUCCION DE ARENA.ARENA. - ....................................................... 6 3.3. MECANISMOS DE LA PRODUCCIÓN DE ARENA.- ........................................................ . 6 3.4. DAÑO ALREDEDOR DEL POZO.- ...................................................... ............................. 7 3.5. CAUSA DE DAÑO DE LA FORMACION.- .................................................... .................... 8 3.5.1. DAÑO POR ARENA.- ............................................... ............................................... 9 3.5.2. DAÑO POR MIGRACIÓN DE FINOS.- ..................................................................... 9 3.6. CONSECUENCIAS DE LA L A PRODUCCIÓN DE ARENA.ARENA. - .................................................. 10 4. CAUSAS DE LA PRODUCCION DE ARENA.- ...................................................... .................. 12 4.1. GRADO DE CONSOLIDACION.- ............................................... .................................... 13 4.2. REDUCCION DE LA L A PRESION DE PORO.- .................................................. .................. 13 4.3. VISCOSIDAD DEL FLUIDO DEL YACIMIENTO.- ............................................................ 13 4.4. MOJABILIDAD DE SUPERFICIES Y PARTÍCULAS. ......................................................... 13 4.5. AUMENTO DE LA PRODUCCIÓN DE AGUA.- .............................................................. 14 4.6. TASA DE PRODUCCIÓN.- ............................................... ............................................. 14 4.7. TASA DE FLUJO FLUCTUANTE.FLUCTUANTE. - .............................................. .................................... 14 5. SISTEMAS DE CONTROL DE ARENA.- ............................................ .................................... 14 5.1. CONTROL DE ARENA.- ................................................... ............................................. 14 5.2. METODOS DE CONTROL DE ARENA.- ................................................................ ......... ....................................................... ........ 15 5.2.1. METODOS FISICOS-QUIMICOS.- ....................................................... .................. 15 5.2.2. METODOS MECANICOS.- ................................................ .................................... 16 6. EMPAQUE DE GRAVA (GRAVEL PACK).- ................................................ ........................... 16 6.1. VENTAJAS DE EMPAQUE DE GRAVA.GRAVA. - ............................................ ........................... 16 6.2. DESVENTAJAS DE EMPAQUE DE GRAVA.- ............................................... .................. 17

PRODUCCION PETROLERA - UDABOL

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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS 6.3. TIPOS DE EMPAQUE.- ............................................................ .................................... 17 6.3.1. EMPAQUE CON GRAVA INTERNO (EN HOYO ENTUBADO).- .............................. 17 6.3.2. VENTAJAS CON EMPAQUE CON GRAVA INTERNO.- ........................................... 18 6.3.3. DESVENTAJAS CON EMPAQUE CON GRAVA INTERNO.I NTERNO.- .................................... ............................ ........ 18 6.3.4. EMPAQUE CON GRAVA A HOYO DESNUDO (EN HOYO ABIERTO).- ................... 19 6.3.5. EMPAQUES CON BOMBEO DE GRAVA RESINADA.-............................................ 19 6.4. EQUIPO DE COMPLETAMIENTO DE EMPAQUE CON GRAVA.GRAVA. - .................................. 20 6.4.1. EMPAQUE SUMIDERO.- .................................................. .................................... 20 6.4.2. ENSAMBLAJE DE SELLOS.-................................................................................... 21 6.4.3. MALLA INDICADORA INFERIOR Y CONEXIÓN DE O-RING.- ................................ 24 6.4.4. MALLA DE EMPAQUE CON GRAVA.-................................................. .................. 24 6.4.5. JUNTA JUN TA DE SEGURIDAD.- .................................................. .................................... 25 6.4.6. VÁLVULA SEPARADORA DE AISLAMIENTO.AISLAMIENTO. - ....................................................... 26 6.4.7. EXTENSIÓN DE EMPAQUE CON GRAVA.- ........................................................... 27 6.4.8. EMPAQUES PARA EL EMPAQUE CON GRAVA.- ................................................. . 29 6.4.9. HERRAMIENTAS DE SERVICIO DEL EMPAQUE CON GRAVA.- ............................. 30 7. DISEÑO DE GRAVA PARA EL CONTROL DE ARENA.- ......................................................... 33 7.1. ANÁLISIS DE LA FORMACIÓN.- .................................................................................. 33 7.1.1. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO.- ................................................ ........................... 33 7.1.2. LASER O CONTADOR DE PARTÍCULAS.- .............................................................. 34 7.2. SELECCIÓN DE LOS FLUIDOS DE TRATAMIENTO.- ................................. .................... 34 7.2.1. PRESENCIA DE ARCILLAS Y COMPOSICIÓN QUÍMICA.- ....................................... 35 7.2.2. COMPATIBILIDAD ENTRE FLUIDO DE FORMACIÓN Y FLUIDO DE ESTIMULACIÓN. ...................................................................................................................................... 35 7.2.3. LIMPIEZA DE TUBERÍA PREVIO A LA OPERACIÓN DE EMPAQUE CON GRAVA.- . 36 7.2.4. COMPATIBILIDAD ENTRE FLUIDO DE FORMACIÓN Y FLUIDO DE ACARREO.- .... 36 7.3. MÉTODOS DE SELECCIÓN DEL TAMAÑO DE LA GRAVA.- .......................................... 36 7.3.1. MÉTODO DE SAUCIER.- ................................................... .................................... 37 7.3.2. MÉTODO DE SCHWARTZ.- .................................................................................. 38 7.3.3. CRITERIO DE TIFFIN.- .......................................................................................... 39


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS 7.4. SELECCIÓN DE LA REJILLA.- .................................................... .................................... 40 7.4.1. ABERTURA DE LA MALLA DE LA REJILLA.- ................................................... ........ 40 7.4.2. TIPOS DE REJILLAS.- ............................................................................................ 41 7.4.3. DIÁMETRO DE REJILLA.- .................................................. .................................... 44 7.4.4. LONGITUD DE REJILLA.- .................................................. .................................... 45 7.5. DISEÑO DE LA COLOCACIÓN Y CONCENTRACIÓN DE GRAVA.- ................................. 45 7.5.1. CÁLCULOS BÁSICOS PARA DETERMINAR CANTIDAD DE GRAVA Y FLUIDO DE ACARREO EN POZOS REVESTIDOS.- ................................................... ........................... 46 7.6. TUBERÍA LAVADORA.- ................................................... ............................................. 46 8. CRITERIO DE SELECCIÓN DE GRAVA DE EMPAQUE.- ................................................ ........ 47 8.1. MÉTODO DE SAUCIER.- ................................................. ............................................. 47 8.2. MÉTODO DE SCHWARTZ.- ..................................................... .................................... 48 8.3. MÉTODO DE HILL.- ................................................ .................................................... . 49 8.4. MÉTODO DE COBERLY.- ................................................ ............................................. 49 8.5. MÉTODO DE GUMPERTZ.- .............................................................. ........................... 49 8.6. MÉTODO DE KARPOFF.- ................................................ ............................................. 49 8.7. MÉTODO DE STEIN.- ............................................. .................................................... . 49 8.8. MÉTODO DE TIFFIN.- ................................................................................................. 50 9. CALIDAD DE LA GRAVA.- ....................................................... ............................................ 50 9.1. ESFERICIDAD.- ............................................. ..................................................... .......... 51 9.2. REDONDEZ.- ................................................ ..................................................... .......... 51 9.3. SOLUBILIDAD EN ÁCIDO.- ............................................................... ........................... 52 9.4. CONTENIDO DE IMPUREZAS.-............................... .................................................... . 52 9.5. RESISTENCIA A LA TRITURACIÓN.- .................................................. ........................... 52 10. CONCLUSION.- ............................................................................ .................................... 52 11. BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................. 53


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS 1. INTRODUCCION.El control de arena en los fluidos del yacimiento está definido como la prevención o la extracción del flujo de arena de un pozo en producción. El arenamiento puede perjudicar por completo un pozo por taponamiento, pero el reto es disminuir por completo la producción de arena sin dañar la l a permeabilidad de la arena productora. Se debe mantener en mente el control de la arena y la tasa de producción desde que empezamos las operaciones en el pozo, debido a que la producción de arena causa problemas en el pozo y en la superficie por su acción abrasiva que daña las tuberías, el equipo de bombeo, las válvulas y los equipos de facilidades y reduce la tasa de producción. Estas dificultades generan elevados costos de producción y gastos por las intervenciones llevadas a cabo para resolver los problemas de arenamiento. Incluso si el arenamiento persiste concurrirá en el daño a la formación la cual es resultante de la mezcla de lutitas y arcillas con la arena de formación reduciendo la permeabilidad en la formación. Por ello es de suma importancia utilizar un método para el control del arenamiento. El control de la arena en pozos verticales se ha alcanzado efectivamente con la ubicación de la grava, específicamente diseñada para ser un filtro con espacios porosos suficientemente pequeños para entrampar el movimiento de partículas de la formación, pero cuidadosamente acomodados para que permitan una tasa de flujo económicamente rentable. Utilizando un fluido transportador de grava que la lleva hasta el fondo del pozo; para esto se utilizan tubos ranurados, los cuales permiten el paso de fluidos e impiden la producción de arena. El proceso es efectivo puesto que la gravedad ayuda a crear un completo y eficiente empaque que concéntricamente ubica la grava alrededor de la tubería. Pero, al incluir los grandes ángulos y horizontalidad en los pozos se hace de la ubicación organizada de la grava un problema. Esto queda en evidencia en los análisis encaminados a realizar el completamiento empaquetando con grava sobre sectores de alto ángulo, encontrando que en grandes longitudes de sección horizontal los pozos producen de manera ineficiente debido precisamente a la mala distribución de esta grava en el pozo, solucionándose al controlarse varios parámetros como, tasa de bombeo, velocidades de flujo de fluido, tasa de retorno, diseño de la grava, entre otros. Las etapas y tipos de completamiento que se utilizan en estas operaciones de empaquetamiento con grava, también serán muy útiles y se describirán detalladamente, así como el control y manejo de las pérdidas de fluido. El diseño de la grava es una parte importante y para determinar qué tamaño de arena de empaque con grava se requiere, se deben evaluar muestras de la arena de formación, y así determinar el diámetro medio y distribución de tamaño de los granos. La técnica para la colocación de la grava es una


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS operación muy difícil y compleja para efectuar. En esta técnica entran en juego varios factores, que hay que tener en cuenta, además el pozo debería encontrarse en buenas condiciones.

2. OBJETIVOS.   

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Explicar el origen y propiedades que causa el arenamiento en la producción. Identificar los equipos y técnicas para control de arena y cañoneo orientado basadas en las nuevas tecnologías existentes en el mercado. Identificar el tipo de arena y técnica a utilizar para el control del mismo. Determinar el método de control de arena más adecuado según arena y yacimiento donde se establezca completar los pozos, a partir de resultados obtenidos de los análisis granulométricos. Identificar los componentes del empaque de grava. Seleccionar el tipo de grava de acuerdo a la característica de la formación productora.

3. DEFINICION DE PRODUCCION DE ARENA.3.1. PRODUCCION DE ARENA.La producción de arena con fluidos del yacimiento petrolífero es un problema grave en algunas áreas. Puede cortar u obstruir estranguladores y líneas de flujo, causar fallas excesivas del equipo, complicar la limpieza l impieza del pozo y puede causar el mal funcionamiento del equipo en el fondo del pozo. El desecho de la arena puede ser un problema. La producción de arena consiste en el arrastre de partículas de arena provenientes del yacimiento hacia el pozo y hacia la superficie. Los granos sueltos son movilizados ante ciertos niveles de caída de presión, velocidades y viscosidades del fluido. Una vez producidas en el interior del pozo, estas partículas pueden provocar daños en las paredes internas de las tuberías, obstrucción y deterioro de las bombas, abrasión en las líneas de producción, entre otras cosas, lo cual disminuye la eficiencia del sistema. La producción de arena depende de la resistencia de la roca, de los esfuerzos en sitio, de los fluidos producidos y de los cambios en las tasas de flujo respecto a la caída de presión. Las altas tasas de producción, el aumento del esfuerzo efectivo debido al agotamiento y la irrupción del agua contribuyen a la producción de arena.


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3.2. CLASIFICACION DE LA PRODUCCION DE ARENA.- 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 encontrada en limpiezas de pozos, acidificaciones o fracturamiento hidráulico para recuperación secundaria. - Producción continúa de arena: que se presenta cuando se produce de formaciones no consolidadas que no cuenten con equipos de control de sólidos. - 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.

3.3. MECANISMOS DE LA PRODUCCIÓN DE ARENA.Movimiento de granos (Zonas alejada de la formación)  Movimiento de masas Movimiento de arena en pequeñas masas en zonas cercanas a la cara de la formación (Obstrucción a nivel de las perforaciones)  Fluidización masiva Movimiento masivo de arena la cual genera erosión. 


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS 3.4. 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. Debido a que esto no puede ser contestado a priori, resulta necesario estudiar las actividades a las cuales el pozo fue sometido (perforación, completación, cementación, rehabilitación, etc.), así como las características mecánicas de la formación. Cuando el problema es inducido por el hombre generalmente significa daño a la formación. 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. 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


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS 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 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.

3.5. 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,


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS baja permeabilidad relativa a la fase de hidrocarburos, daño a la formación, perforaciones de poca penetración o tapadas, y restricciones al nivel de pozo”.

Por lo antes expuesto se plantea que el daño de formación es cualquier restricción al flujo de fluidos o cualquier fenómeno que distorsiona las líneas de flujo de los fluidos. 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, tales como perforación, terminaciones y reparaciones, o estimulaciones.

3.5.1. 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.

3.5.2. 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


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS bacteriana y por el bloqueo de agua. Estos mecanismos de daños pueden ser naturales o también inducidos.

DAÑO POR MIGRACIÓN DE FINOS

3.6. CONSECUENCIAS DE LA PRODUCCIÓN DE ARENA.Entre las principales consecuencias producidas por el arenamiento están:        

Reducción de los niveles de producción. 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.


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ACUMULACION DE ARENAS EN LOS EQUIPOS

ACUMULACION DE ARENA EN LOS EQUIPOS SUPERFICIALES

EROSION DE LA TUBERIA CAUSADO POR ARENAMIENTO


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS 4. CAUSAS DE LA PRODUCCION 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).

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


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS 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.

4.1. GRADO DE CONSOLIDACION.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.

4.2. REDUCCION DE LA PRESION 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).

4.3. 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.

4.4. 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


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS 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.

4.5. 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 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.

4.6. 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.

4.7. 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.

5. SISTEMAS DE CONTROL DE ARENA.5.1. 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 ar ena 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


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS 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 danos 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. Este problema normalmente está asociado con formaciones someras, geológicamente jóvenes que tienen una reducida o no tienen una cementación natural para mantener los granos de arena juntos. La fuerza de arrastre afecta las arenas de la formación cuando la presión del pozo es menor que la presión del yacimiento, como una consecuencia de la producción de fluidos. Si se excede la fuerza de cohesión de la formación, la arena fluirá en el pozo. La arena se incrusta en el pozo o es producida. La arena producida no tiene valor económico, al contrario, la arena de la formación no solo puede incrustarse en los pozos, también puede erosionar el equipo y asentarse en recipientes en superficie. Las válvulas de seguridad subsuperficial pueden volverse inoperables, llevando a una pérdida económica y daños al personal. Particularmente en ubicaciones remotas y costa afuera. El equipo superficial y subsuperficial sufren daño por erosión, siendo su reemplazo costoso, y se pierde tiempo durante su reparación. 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.

5.2. 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:

5.2.1. 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


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS 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.

5.2.2. 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 puente o de los granos más pequeños de la formación.

6. 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.

6.1. 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.


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS 6.2. 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.

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

6.3.1. 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 de 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.


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6.3.2. VENTAJAS CON 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 es contenida. 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 el pozo.

6.3.3. DESVENTAJAS CON 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.


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS 

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

6.3.4. 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.

6.3.4.1. VENTAJAS DE EMPAQUE CON GRAVA A HOYO DESNUDO.

  

Una envoltura con mayor espesor de grava será colocada alrededor de la malla, la cual 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 o taponadas. Menor diferencial de presión (DP), continuarán gracias a la mayor área de flujo disponible.

6.3.4.2. 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.

6.3.5. 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


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS 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.

6.4. 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 .

6.4.1. 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


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS 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. En la mayoría de los casos, la empaque sumidero es una empaque permanente de interior pulido, como el Modelo “D” de Baker o el empaque de Producción “F” que se muestra en

la Figura 27. 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. La Figura 29. Ilustra las categorías más comunes de bases de empaque con grava.

6.4.2. 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


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS 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.


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS 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.

6.4.3. 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.

6.4.4. 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.


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS 6.4.5. 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. 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.


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS 6.4.6. 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. 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. Las herramientas de servicio del empaque con grava pueden extraerse del pozo, tras lo cual se corre la tubería de completamiento. 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.


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS 6.4.7. 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.


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS 6.4.8. EMPAQUES PARA EL EMPAQUE CON GRAVA.En la parte superior del ensamblaje del empaque con grava se encuentra el empaque, la cual puede ser permanente o recuperable, aunque se recomienda emplear empaques recuperables para las aplicaciones con empaque con grava. Dado que la colocación del empaque con grava constituye una compleja operación de completamiento, pueden producirse fallas durante la colocación inicial de la grava o a lo largo de la vida del yacimiento. Un empaque recuperable acelera las actividades de rehabilitación de pozos, sin los costos y riesgos potenciales del fresado de un empaque permanente. Las empaques recuperables que se utilizan para la colocación del empaque con grava son empaques de interior pulid o, tales como el Modelo “SC-1”. Además de facilitar las operaciones de empaque con grava, el empaque puede utilizarse en producción, por lo que debe diseñarse de acuerdo a las condiciones de temperatura, presión y ambiente existentes en el pozo. Las características estándar del Modelo “SC-1” son:      



Recuperable con herramienta de liberación por tracción vertical. Soporta presiones diferenciales de hasta 6000 libras por pulgada cuadrada desde arriba o abajo y temperaturas de hasta 250 º F. Se asienta hidráulicamente sin rotación. Puede modificarse fácilmente para ser utilizada en ambientes hostiles y aplicaciones térmicas. Puede fresarse fácilmente en situaciones de emergencia gracias a su construcción de hierro fundido por encima de las cuñas. El elemento de empaque sencillo, tipo copa, facilita el fresado eliminando los espaciadores metálicos que se encuentran en otras empaque recuperables. Disponible para la mayoría de los tamaños de tubería de revestimiento.


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6.4.9. HERRAMIENTAS DE SERVICIO DEL EMPAQUE CON GRAVA.Las herramientas de servicio del empaque con grava se definen como el equipo necesario para ejecutar el empaque con grava y que se extrae del pozo una vez colocado dicho empaque. En la mayoría de los casos, las herramientas de servicio que se requieren para un empaque con grava dependen del tipo de equipo de empaque que se utilice. A continuación, se presenta un análisis más detallado acerca de las herramientas de servicio.


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La herramienta de cruce contiene también el asiento de bola, el cual permite ejercer presión sobre la sarta de trabajo para asentar el empaque. Una vez asentado el empaque, se incrementa la presión de la sarta de trabajo, para lanzar la bola hacia un área sumidero por debajo de los orificios del empaque con grava de la herramienta de cruce. Después de ello, puede desengancharse la herramienta de cruce de la rosca izquierda cuadrada del empaque. Las herramientas de cruce pueden ser liberadas por rotación o de manera hidráulica. El desenganche mecánico requiere entre 10 y 12 vueltas hacia la derecha en el punto donde se encuentra el empaque, con una ligera tracción hacia arriba. El mecanismo hidráulico de desenganche es accionado por la presión ejercida en el espacio anular comprendido entre la sarta de trabajo y la tubería de revestimiento. El mecanismo de liberación mecánica puede funcionar como apoyo al mecanismo hidráulico.


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS Las herramientas de cruce del empaque con grava poseen tres o cuatro posiciones: inyección, circulación inferior, circulación superior y circulación inversa. La posición de inyección se logra asentando peso sobre el empaque para sellar los orificios de retorno en el interior de ésta. Dicha posición permite que todos los fluidos bombeados por la sarta de trabajo, en sentido descendente, sean dirigidos hacia la formación, y se utiliza para llevar a cabo tratamientos de empaque con grava con forzamiento y/o inyectar tratamientos con ácido en la formación. Por su parte, la posición de circulación inferior se logra recogiendo la herramienta de cruce aproximadamente un pie por encima de la posición de inyección.


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS 7. DISEÑO DE GRAVA PARA EL CONTROL DE ARENA.El objetivo principal de la ejecución de un trabajo de empaque es restringir la producción de arena que proviene de la formación sin reducir excesivamente la productividad para esto lo más importante es un buen diseño del empaque con grava que se va a realizar y hacerlo de la mejor manera. Durante el proceso de diseño se deben tomar en cuenta la selección de la arena de empaque, la formación que va a ser empacada, los fluidos de tratamiento que van a ser utilizados, el dispositivo de rejilla y la técnica de colocación.

7.1. ANÁLISIS DE LA FORMACIÓN.El primer paso en el trabajo de diseño es analizar la formación. Esto incluye determinar la compatibilidad de la formación con varios ácidos y fluidos de empaque con grava así como seleccionar el tamaño correcto de grava a usar. La atención en la obtención y selección de las muestras más representativas es esencial. El procedimiento básico que debe seguirse para escoger la grava es: 1. Tomar muestra de la arena de formación: Puede ser recolectando muestras de la arena producida o tomas de núcleo en fondo. 2. Análisis de la arena de formación: Para determinar el tamaño de grava y la compatibilidad con los fluidos a ser empleados. Existen dos técnicas utilizadas para determinar el tamaño de las partículas.

7.1.1. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO.Determina la distribución del tamaño a través de separación mecánica de las partículas. Requiere de 20 a 30 gr de muestra. Puede medir tamaño de partículas solo por debajo de 40 μm. Subestimación de las partículas no esféricas. Relativamente fácil de realizar y con

bajos costos iniciales de instrumentación. La mayoría de los trabajos en la literatura son basados en Análisis Granulométricos. Es conocido también como el Análisis con Tamices. Para todos los análisis comparativos la industria ha adoptado las series “US MESH” que consisten en una serie de doce tamices y un plato recolector al final por donde se pasa la muestra limpia y seca. En esta serie cada tamiz tiene el doble del área transversal que el tamiz de abajo. La figura II.20 muestra la tabla del número de tamices estándar y su respectivo tamaño.


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Tabla de Tamices “US Mesh Series” y sus respectivas aperturas.

7.1.2. LASER O CONTADOR DE PARTÍCULAS.Determina la distribución del tamaño a través de medición del grado de dispersión del láser. Requiere menos de 1 gr de muestra. Puede medir tamañ o de partícula entre 0.5 μm y 2000 μm. Puede hacer sobrestimación de las partículas no esféricas. Tiene altos costos iniciales

de instrumentación. 1. Selección de la Grava: Después de realizar el análisis granulométrico de la arena de formación se prosigue a escoger el tamaño de la arena de empaque mediante la aplicación de los “Métodos de Selección del Tamaño de Grava” .

2. Selección de la Rejilla: Siguiente a la escogencia de la grava de empaque se debe escoger la rejilla que será utilizada para el trabajo de empaque. Esta debe ser 100% efectiva para mantener la arena del empaque en su lugar. Por esto al momento de decidir la rejilla que va a ser utilizada debe tenerse en cuenta ciertos aspectos, esto será presentado de una forma un poco más amplia en la sección II.4.4. “Selección de la Rejilla”.

7.2. SELECCIÓN DE LOS FLUIDOS DE TRATAMIENTO.En los inicios de la aplicación del empaque con grava, las características migratorias y de hinchamiento que exhibe la arcilla cuando está expuesta al agua, dictaron el uso de materiales base aceite como fluido de acarreo en el empaque con grava. Con el avance de la tecnología de control de arcilla, el agua puede ser tratada para ser compatible con las arcillas. La hidratación de la arcilla puede ser prevenida usando salmueras sintéticas, como cloruro de calcio o cloruro de amonio, o añadiendo estabilizadores químicos de arcillas, a un sistema acuoso.


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS 7.2.1. PRESENCIA DE ARCILLAS Y COMPOSICIÓN QUÍMICA.Todas las formaciones arenosas poseen partículas de arcilla, estas pueden causar taponamiento en los poros de la formación por cualquier actividad en la que fluidos acuosos entren en la formación, los efectos de estos fluidos en la formación dependerán de los siguientes factores:     

Estructura química de las arcillas. Diferencia entre los fluidos de la formación y los fluidos inyectados. El arreglo de la arcilla dentro de la matriz porosa. La forma en la que se encuentran cementadas las arcillas en la matriz. La cantidad de arcilla presente.

La estructura de las arcillas se basa en múltiples capas de cristales. Todos los minerales de las arcillas poseen cargas negativas permanentes, debido a esto, ocurre la sustitución de los iones de silicón y aluminio por iones de hierro (Fe), cromo (Cr), zinc (Zn) y litio (Li) los cuales son lo suficientemente pequeños. Las arcillas poseen una gran superficie de contacto debido a al tamaño de las partículas de arcilla y su forma única, por lo que si se comparan con los cuarzos las arcillas poseen una mayor superficie de contacto.

7.2.2. COMPATIBILIDAD ENTRE FLUIDO DE FORMACIÓN Y FLUIDO DE ESTIMULACIÓN.Un diseño apropiado de tratamiento ácido precedente al empaque con grava puede ser especialmente beneficiario en el control del hinchamiento y movimiento de las arcillas y finos. Un diseño apropiado de un sistema ácido disolverá gran parte de los depósitos de arcillas y estabilizará las arcillas remanentes cercanas al hoyo contactadas por el ácido tratado. Realizando este trabajo antes de correr el ensamble de empaque con grava, es posible una máxima flexibilidad operacional, permitiendo el uso de divergentes particulares o dispositivos mecánicos para garantizar la cobertura de toda la zona tratada. La acidificación en este tiempo también sirve para incrementar la tasa de pérdida de fluido dentro de la formación durante el subsecuente tratamiento de empaque con grava. Esto generalmente resulta en una mayor eficiencia calificada (mayor porcentaje de empaque con grava colocada y empacada alrededor del revestidor del empaque con grava, particularmente en pozos desviados). Todo esto, combinado al gran incremento de la vida productividad del pozo después del tratamiento. La excesiva acidificación en algunas formaciones débilmente consolidadas puede remover mucho del material cementante que une los granos de arenas. Frecuentemente, el material


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS de consolidación en estas formaciones es la arcilla. Bajo estas circunstancias, fluyendo el pozo a tasas anormalmente altas durante la limpieza y después de la acidificación, puede resultar en la producción de grandes cantidades de finos de formación, lo cual puede perjudicar el éxito del empaque con grava. Para prevenir que esto ocurra, los pozos deben ser puestos a fluir solo bajo condiciones controladas de baja a normal caída de presión después de un trabajo de acidificación o que el empaque haya sido hecho.

7.2.3. LIMPIEZA DE TUBERÍA PREVIO A LA OPERACIÓN DE EMPAQUE CON GRAVA.La grasa colocada en las conexiones de la sarta de trabajo, es extremadamente dañina y no degradable por lo tanto, no debe ser permitido que entre a la formación durante un trabajo de reparación de pozo. Por esta razón, un tratamiento para limpiar la sarta de trabajo debe ser realizado para luego, bombear algún fluido a través de la sarta de trabajo hasta dentro de la formación. Este tratamiento de limpieza debe incorporar solventes orgánicos para sacar cualquier exceso de grasa de la sarta de trabajo el cual pudiese estar acumulado dentro de la sarta de trabajo. A pesar de las precauciones estándares de la industria como usar una brocha para pintura para aplicar la grasa en la sarta de trabajo solo escasamente al final del pin y a lo largo del diámetro interno de la sarta de trabajo, algún material potencialmente dañino puede y frecuentemente permanece en la tubería cuando esta es corrida dentro del hoyo. Sí la tubería no ha sido limpiada recientemente, el tratamiento debe incluir algún ácido para remover la corrosión interna. El ácido debe ser bombeado a través de la sarta de trabajo hasta 5 Barriles antes de llegar a la herramienta de empaque de grava y luego revesar el ácido gastado bombeando desde el espacio anular a la sarta de trabajo.

7.2.4. COMPATIBILIDAD ENTRE FLUIDO DE FORMACIÓN Y FLUIDO DE ACARREO.El fluido ideal de acarreo es aquel que no cause daño a la formación a través de la reducción en la permeabilidad. Normalmente los fluidos de acarreo se pueden hacer compatibles con la formación incluyendo en éstos, entre 2%-3% de Cloruro de Potasio ó Cloruro de Amonio. El estabilizador de arcillas también puede ser agregado al fluido, para formaciones arcillosas. El fluido de acarreo debe tener suficiente viscosidad para llevar suspendida la grava durante la colocación de la misma.

7.3. MÉTODOS DE SELECCIÓN DEL TAMAÑO DE LA GRAVA.La selección del tamaño de grava ha cambiado a lo largo de los años, para hacer esta selección existen distintos métodos, actualmente el método más utilizado es el método de


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS Saucier el cual considera que el tamaño de grava debe ser seis veces más grandes que el tamaño medio de los granos de la arena de formación. La determinación del tamaño de grava debe ser realizada tomando en cuenta las mejores muestras tomadas y analizadas de la misma forma. El método de Saucier dará las primeras consideraciones para la selección del tamaño de grava, a menos que exista una regla local que la provea dichos resultados, de la tabla 4 se presenta un pequeño resumen de algunos métodos utilizados para la selección del tamaño de grava. Los principales métodos utilizados para hacer la selección del tamaño de grava son los siguientes:

7.3.1. MÉTODO DE SAUCIER.Saucier desarrollo el método de selección de grava mayormente utilizado en la actualidad y parte del principio básico que el control óptimo de la arena se logra cuando el tamaño medio de la arena de empaque (D50p) es entre cinco a seis veces mayor que el tamaño medio de los granos de la arena de formación (D50f), esto hace que el método sea aplicable solo para arenas uniformes aunque años de experiencia en campo han demostrado que una relación D50p/ D50f entre cinco y seis ayuda a compensar posibles errores de muestreo. Sí la relación D50p/ D50f es mayor a seis se corre el riesgo de sobre-diseñar el tamaño lo que permitiría la entrada de arena de formación al empaque, quedándose atascada, provocando una perdida en la productividad. Sí la relación D50p/ D50f es mucho mayor se sobre-diseña el empaque, la arena pasara libremente por el empaque y será producida. Sí la relación D50p/ D50f es menor a seis se sub-diseñará el empaque restringiendo totalmente el paso de la arena y comprometiendo la productividad del yacimiento. La figura muestra el efecto de las relaciones de D50p/ D50f en la permeabilidad.


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Gráfica del efecto de las relaciones de D50p/ D50f en la Permeabilidad

7.3.2. MÉTODO DE SCHWARTZ.Este método considera la Uniformidad de los granos de la arena de formación para determinar el tamaño de grava a utilizar, también considera el criterio de ordenamiento de los granos en el impacto del porcentaje de finos en la muestra (granos menores a 40 micrones). Schwartz define el Coeficiente de Uniformidad (Cμ) de la arena de formación como la

relación del porcentil cuarenta entre el porcentil noventa (D40f / D90f) y el Coeficiente de Ordenamiento (Co) como la relación del porcentil diez entre el porcentil noventa y cinco (D10f / D95f). El criterio de selección del tamaño de grava es el siguiente: 

Si Cμ < 3 => Arena Uniforme. Entonces el tamaño de la grava es seis veces el porcentil



diez de la arena de formación (D10g=6 D10f). Si 5 < Cμ < 10 => Arena No Uniforme. Entonces el tamaño de la grava es seis veces el porcentil cuarenta de la arena de formación (D40g=6 D40f).



Si Cμ > 10 ó Co > 10 ó D50f > 75 micrones => Arena Extremadamente No Uniforme.

Entonces el tamaño de la grava es seis veces el porcentil setenta de la arena de formación (D70g=6 D70f). Otros métodos de selección de tamaño de grava que han sido desarrollados a lo largo del tiempo serán descritos brevemente a continuación. Método de Hill: Recomienda el uso de un diámetro de grava menor que un factor de ocho veces el porcentil diez de la arena de formación (D10f). 


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS Método de Coberly: El tamaño de grava debe ser menor que un diámetro comprendido entre diez y trece veces el porcentil diez de la arena de formación (D10f). Además recomienda aplicar para arenas uniformes ya que si se utiliza en arenas no uniformes los finos invaden la grava y restringen la permeabilidad.  Método de Gumpertz: Sugiere utilizar una grava once veces el diez porcentil de la arena de formación (D10f).  Método de Karpoff: Sugiere utilizar una grava de un tamaño cinco a diez veces mayor que el cincuenta porcentil de la arena de formación (D50f).  Método de Stein: Sugiere el uso de un diámetro menor a cuatro veces el quince porcentil (D15f) de la arena de formación. 

7.3.3. CRITERIO DE TIFFIN.Este criterio se basa en el tamaño de los granos de la arena de formación. Enfatiza en las formaciones que contienen grandes cantidades de finos, donde estos puedan contribuir a daños en la formación muy altos y reducir la capacidad de producción con métodos de control tradicionales. Los diseños de completación actuales de empaques con grava generalmente hacen un buen trabajo al prevenir la invasión de arena de formación con yacimientos que tienen un patrón de distribución “normal”.

Para arenas con distribuciones que apuntan hacia más finas y/o donde predominan grandes cantidades de finos, los daños de las completaciones tradicionales de empaque con grava y de rejilla llegan a ser grandes y ocasionar averías graves. Aunque se establece que la completación de empaque con grava es un buen mecanismo, la cantidad de deterioro vista después de empacar es a menudo severa. La causa de esto toma muchas formas, pero cada vez más, el tamaño y la presencia de finos de formación se reconoce como uno de los mayores contribuyentes a este daño. La hipótesis básica que Tiffin presenta y defiende es que algunas formaciones tienen el tamaño “correcto” de finos y en cantidades suficientes

para sellar el empaque con grava, causando severas restricciones en el flujo. Los principales finos sospechosos son los granos de formación (clasificados como finos de arcillas) cuyos diámetros son inferiores al diámetro de la malla #325 (<0,0017 pulg). Esto criterio sugiere que se debería trabajar siguiendo ciertas condiciones cuando todos los valores están bajo estos principios, el riesgo de daño se reduce donde la arena de formación está bien descrita por medio de las muestras examinadas. Estos principios de relación y comparación son: 

Sí Co < 10, Cμ < 3 y Porcentaje de Finos < 2% :


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS Valores de clasificación muy bajos con poco contenido de finos. Esta zona es candidata para completación de rejilla sin empaque (si el intervalo está revestido y cañoneado la formación necesita tener una permeabilidad (K) > 1 Darcy, con la posibilidad de usar rejilla preempacada). • Sí Co < 10, Cμ < 5 y Porcentaje de Finos < 5% :

Esta zona puede controlarse mejor por medio de rejillas con nuevas tecnologías, con mallas metálicas entretejidas (es necesario que la permeabilidad de la formación (K) > 1 Darcy para completación a hoyo revestido). • Sí Co < 20, Cμ < 5 y Porcentaje de Finos < 5% :

Rangos promedios. Este intervalo puede ser controlado con grava de tamaño grande (7D50f ó 8D50f), colocada en empaque con agua a alta tasa, particularmente si el tamaño de los granos es consistente en toda la zona de interés. • Sí Co < 20, Cμ < 5 y Porcentaje de Finos < 10% :

Rangos promedios también con muchos finos se puede usar una combinación de grava de diámetros grandes y una rejilla que deje pasar los finos. • Sí Co > 20, Cμ > 5 y Porcentaje de Finos > 10% :

Las proporciones más altas, particularmente aquellas acompañadas con grandes cantidades de finos señalan una necesidad crítica de ampliar el hoyo a través de fracturamiento, tecnología de ampliación de pozos horizontales o multilaterales, o grandes volúmenes de pre-empacados para minimizar daños severos de la permeabilidad en la interface grava/arena debido al flujo. La grava sintética puede ofrecer ventajas sobre la grava natural en la optimización de las tasas de producción y minimizar la invasión de arena.

7.4. SELECCIÓN DE LA REJILLA.Las rejillas son usadas a lo largo del mundo para evitar la producción de arena, pueden ser utilizadas con un empaque con grava o solas (standalone), para escogerse la rejil la que va a ser utilizada en un pozo con producción de arena es importante tener en cuenta las condiciones del yacimiento, y si se va a colocar con un empaque con grava debe conocerse el tamaño de la grava para poder ajustar el tamaño de la abertura de la malla.

7.4.1. ABERTURA DE LA MALLA DE LA REJILLA.La configuración de la ranura abierta en la malla es de gran importancia. Si las aberturas son paralelas el taponamiento ocurrirá cuando los granos pequeños de la arena formen


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS especies de puentes en las aberturas, es por esto que se recomienda la utilización de ranuras en forma de cuña, como se muestra en la figura.

Diferencia entre ranuras paralelas y ranuras en forma de cuña.

Es importante destacar que en caso de la utilización de empaques con grava las ranuras deben ser suficientemente pequeñas para que la grava no pase a través de estas. Una regla aceptable para el cálculo de la abertura de la rejilla es que el espaciamiento entre el alambre debe ser aproximadamente un medio (1/2) a dos tercios (2/3) del grano más pequeño de la grava. La figura muestra la abertura recomendada para ciertos tamaños de grava.

Abertura de la rejilla recomendado dependiendo del tamaño de la grava

7.4.2. TIPOS DE REJILLAS.A continuación serán explicadas los tres tipos de rejillas utilizados comúnmente en la actualidad: 7.4.2.1. REJILLAS DE ALAMBRE ENROLLADO (WIRE WRAP).Estas rejillas consisten en una espiral de alambre de acero inoxidable alrededor de una estructura de soporte formando un tubo. Es posible controlar que tan apretada está la espiral para así regular el tamaño de las aberturas entre las vueltas. Usa, como muchas


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS rejillas, alambre de forma triangular lo cual reduce el taponamiento al permitir el paso de las partículas que se mueven a través del calibre de la rejilla exterior.

Rejilla de Alambre Enrollado.

Rejillas Pre-empacadas: Es un tipo de rejilla de alambre enrollado. Estas rejillas utilizan arena de empaque revestida con resina, como parte propia de la rejilla. Estas son incluidas como mecanismo de mayor seguridad en el caso de que falle el empaque. Ideales para pozos horizontales propensos a la producción de arena. Mejor control de fi nos que la rejilla de alambre enrollado, menos susceptibilidad al taponamiento y a la erosión. 

Rejilla de Alambre Enrollado Pre-empacada.

7.4.2.2. REJILLAS PREMIUM.Las rejillas Premium se caracterizan por tener varias capas de mallas de alambre en su superficie que forman un filtro sobre un tubo perforado. Las dos capas más internas son para proporcionarle mayor resistencia mecánica, la segunda capa más externa es la que realmente funciona como filtro y la última capa, la más externa, es una capa protectora necesaria para la protección de la malla. La ventaja principal de estas rejillas es que por su cantidad de capas provee un mayor rendimiento de la filtración de arenas poco uniformes,


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS además tienen mayor área de drenaje lo que resulta en una mayor resistencia a la erosión. Son fabricadas con un material más resistente por lo cual son utilizadas en condiciones severas y en yacimientos de gas.

Rejilla Premium.

7.4.2.3. ALLFRAC ALTERNATE PATH SCREENS.En su traducción en español, Rejillas de Trayectoria Alterna, son rejillas Premium utilizadas en la realización de trabajos de empaque con grava cuanto se tiene la presencia de dos o más arenas a completar. Estas rejillas poseen unos tubos desviadores (shunt tubes) al costado con orificios de salida (nozzles) cada 6 pies aproximadamente que permiten la entrada de la lechada por la parte superior y a medida que baja el fluido ir empacando la zona a través de los orificios de salida. Este tipo de rejilla es utilizado simultáneamente con una empacadura MZ.


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Rejilla ALLFRAC Alternate Path

7.4.3. DIÁMETRO DE REJILLA.Existen seis factores principales que deben ser tomados en cuenta para determinar el tamaño adecuado de la rejilla a utilizar, estos son:     

Área Interna. Espesor del empaque. Posicionamiento de la grava. Habilidad de sacar la rejilla fuera del hoyo. Diámetro interno para la toma de registros.


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS 

Diámetro interno para la limpieza en determinados ensamblajes de la tubería.

Las rejillas de alambre enrollados, las cuales se utilizarán en un tamaño de revestidor dado, poseen una amplia área de entrada para acomodar el flujo dentro de las aberturas. El área interna en los forros ranurados es bastante más crítica.

7.4.4. LONGITUD DE REJILLA.La longitud de la rejilla debe ser suficiente para que se extienda entre 5 a 10 pies por debajo de los cañoneados y un mínimo de 5 a 10 pies por encima. Esto asegura la cobertura con grava completa del intervalo cañoneado. Ocasionalmente es necesario hacer 2 completaciones en zonas que están muy cercas entre sí, manteniendo el uso de la longitud recomendada de tubería lisa por encima del intervalo cañoneado. En este caso, es normal correr una rejilla adicional por encima de los intervalos cañoneados. Este procedimiento permite grava de reserva para ser depositada antes de la presión de cierre ó screenout. La rejilla es generalmente fabricada en longitudes de 30 pies con aproximadamente 24-26 pies de rejilla, pero es posible tener longitudes hechas por encargo. Las rejillas deben ser fabricadas con un mínimo de tubo liso en los extremos para fines de manipulación y ajuste con las llaves. En estos espacios, la grava no puede ser deshidratada.

7.5. DISEÑO DE LA COLOCACIÓN Y CONCENTRACIÓN DE GRAVA.La concentración del fluido de acarreo y de grava es dependiente de los fluidos usados y de las técnicas de colocación. Operacionalmente, los equipos de superficie de mezcla y de bombeo pueden manejar bajas concentraciones y altas concentraciones. La opinión de las compañías de servicio en cuanto a concentración de grava ha sido previamente influenciada por el rendimiento del equipo de bombeo y sus limitaciones. El manejo en superficie debe ser satisfactorio para alcanzar las metas de colocación de la grava en el hoyo. Presiones de bombeo en superficie son controladas y limitadas por el diámetro interno de la sarta de trabajo y la viscosidad efectiva de la lechada. El diámetro interno de la sarta de trabajo no puede ser cambiado, pero reduciendo la viscosidad del fluido de acarreo y la concentración de grava es un método efectivo para reducir la presión de bombeo en superficie, así permitiendo que la tasa de bombeo sea incrementada. Cuando se realizan trabajos de alta concentración de grava, debe haber la viscosidad adecuada para el transporte de la grava a través de los túneles de cañoneo. Sin embargo, un empaque efectivo de los cañoneados también requiere que la lechada sea deshidratada dentro de la formación alrededor de los cañoneados. Usando una baja concentración de grava incrementa el volumen del fluido el cual debe ser acomodado en la formación. Al


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS reducir la viscosidad se reduce la capacidad de acarreo y se incrementa la tasa de pérdida de fluido hacia la formación, debe haber un compromiso para lograr ambos objetivos.

7.5.1. CÁLCULOS BÁSICOS PARA DETERMINAR CANTIDAD DE GRAVA Y FLUIDO DE ACARREO EN POZOS REVESTIDOS.Los cálculos para determinar la cantidad de grava y lechada serán descritos básicamente, es importante tener en cuenta que la extensión de la rejilla debe tener mínimo cinco pies por encima y debajo de las perforaciones para asegurar su empaque y que si el intervalo de perforaciones es menor a cien pies la tubería lisa debe ser de la misma longitud de la rejilla. El procedimiento básico es el siguiente: 1. Se determina el volumen anular entre el revestidor y la rejilla. 2. Se determina el volumen anular entre el revestidor y la tubería lisa. 3. Se calcula la cantidad de grava requerida para llenar las perforaciones, multiplicando el volumen neto de las perforaciones por un factor de volumen de empaque de perforaciones esperado (entre 0,25 – 0,5 pies cúbicos por pie) y se suma con los dos volúmenes anteriores, se multiplica por el factor de densidad de la grava que es 100 libras por pie cúbico, para conocer la Grava Total Requerida (GTR) en libras. 4. Para conocer el volumen de fluido de acarreo requerido para la lechada se divide la GTR entre la concentración de grava (ppa) por cuarenta y dos para llevarlo a barriles. 5. La concentración de grava por el volumen absoluto de grava (en galón por libra, depende de la grava escogida) más uno, se multiplica por el volumen de fluido de acarreo calculado anteriormente para determinar el volumen de la lechada. 6. Y por último, para conocer la densidad de la lechada, la suma de la densidad del fluido de acarreo y la concentración de grava se divide entre uno más la multiplicación del volumen absoluto de grava por la concentración de esta.

7.6. TUBERÍA LAVADORA.La tubería lavadora tiene 3 objetivos: 

 

Minimizar que el fluido de acarreo tome el camino entre el diámetro externo de la tubería lavadora y el diámetro interno de la rejilla, para evitar que se formen posibles puentes Forzar al fluido de acarreo que se deshidrate hacia la formación Permitir el retorno del fluido de acarreo hacia la superficie


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS Los cálculos de espaciamiento de la tubería lavadora son realizados para asegurar que el final de la parte inferior de la tubería lavadora permanezca en la posición correcta durante el empaque con grava. La punta de la tubería lavadora debe estar lo más cerca posible de la base de la última rejill a (1-3 pies por encima) ya sea durante la posición de Forzamiento (SQ) ó Circulación (C1) El diámetro externo de la tubería lavadora debe ser idealmente 80% (relación 0.8) en tamaño del diámetro interno de la rejilla. Es práctico el uso de un tamaño mayor de tubería lavadora.

8. CRITERIO DE SELECCIÓN DE GRAVA DE EMPAQUE.La determinación del tamaño de la grava es un factor de importancia para conformar un empaque de grava. Se han llevado muchos trabajos con el propósito de evaluar el efecto del tamaño de la grava sobre la arena de la formación con varios tamaños de grano y así impedir o restringir la invasión de sedimentos al empaque y evitar el consecuente impacto en la producción. La esfericidad y angularidad son propiedades importantes de los granos y las cuales son necesarias para efectuar la selección óptima de la grava y en consecuencia del equipo y del diseño de completación, se han publicado diversas técnicas que permiten seleccionar el tamaño de arena de empaque con grava para controlar la producción de arena de formación. La técnica que más se emplea en la actualidad fue desarrollada por Saucier, sin embargo, existe una serie de criterios desarrollados por otros investigadores para la selección del tamaño de la grava, como se muestra a continuación:

8.1. MÉTODO DE SAUCIER.Este es el método más usado, el trabajo de Saucier parte de la premisa básica de que el control óptimo de la arena se logra cuando el tamaño medio de arena del empaque no es más de seis (6) veces mayor que el tamaño medio de los granos de arena de formación (D50); él se basó en una serie de experimentos con flujo a través de núcleos, donde la mitad del núcleo estaba constituido por grava de empaque y la otra mitad era arena de formación. Luego modificó el rango comprendido entre dos (2) y diez (10), para determinar con exactitud cuál era el control óptimo de arena. El procedimiento experimental consistió en establecer una tasa de flujo estabilizada y una caída de presión iniciales a través del núcleo y calcular la permeabilidad inicial efectiva (Ki).


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS Se incrementó la tasa de flujo y se mantuvo así hasta que se estabilizó la caída de presión, después de lo cual se produjo una disminución de la tasa de flujo para regresar a su valor inicial. Una vez más, se permitió que la caída de presión se estabilizara y se calculó la permeabilidad final efectiva (kf) del núcleo. Si la permeabilidad final resultaba ser la misma que la inicial, se concluía que se había logrado un control de arena eficaz sin menoscabo de la productividad. Por otra parte, si la permeabilidad final era menor que la inicial, se establecía que la arena de formación estaba invadiendo y taponando la arena de empaque con grava. En este caso, podría lograrse el control de arena, pero a expensas de la productividad del pozo. En la práctica, se selecciona el tamaño correcto de arena del empaque con grava multiplicando el tamaño medio de los granos de la arena de formación por cuatro y por ocho, con el fin de lograr un rango de tamaños de arena de empaque con grava cuyo promedio sea seis (6) veces mayor que el tamaño medio de los granos de arena de formación. Dicho rango calculado se compara con los grados comerciales disponibles de arena de empaque con grava. Se escoge la arena disponible que corresponda al rango calculado de tamaños de arena de empaque con grava. En el caso que este rango calculado se ubique entre los rangos de tamaño de la arena de empaque con grava disponible en el mercado, se seleccionará por lo general la arena de empaque con grava más pequeña. La tabla 1 contiene información acerca de los tamaños de arena de empaque con grava disponible en el mercado. TAMAÑO DE GRAVA COMERCIALES 8/12 10/20 12/20 16/30 20/40 40/60

RANGO DE TAMAÑO (PULG)

0,094-0,066 0,079-0,0333 0,0666-0,033 0,047-0,023 0,033-0,017 0,017-0,0098

8.2. MÉTODO DE SCHWARTZ.Primero calcula si la arena de formación es uniforme o no; el coeficiente de uniformidad “C” está definido como la relación del cuarenta (D40) percentil sobre el noventa (D90)

percentil (C = D40/D90), luego si el coeficiente (C) es menor de tres (3) uniforme, y si es mayor o igual a diez (10) entonces es extremadamente no uniforme.


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS Schwartz recomienda un factor de seis (6) para un diseño óptimo y ocho (8) como una consideración máxima, por el 10 percentil de la arena si esta es uniforme, por el 40 percentil para arenas no uniformes y por el D70 percentil si es demasiado no uniforme.

8.3. MÉTODO DE HILL.Este autor recomienda la utilización de un diámetro de grava menor que un factor de 8 veces el diez (10) percentil (D10) de arena de formación, aunque antes había presentado evidencias en contra del D10.

8.4. MÉTODO DE COBERLY.Demostró que el tamaño de grava debe ser menor que un diámetro comprendido entre diez (10) veces y trece (13) veces el 10 percentil de la arena de formación. Además recomienda este método para arenas uniformes porque los finos invadirían la grava y restringirían la permeabilidad.

8.5. MÉTODO DE GUMPERTZ.Inicialmente concluyó lo mismo que Coberly, luego sugirió utilizar una grava once (11) veces el 10 percentil del diámetro de la arena.

8.6. MÉTODO DE KARPOFF.Trabajó en problemas de drenaje de aguas subterráneas en los cuales las tasas de flujo y presiones diferenciales que utilizó lo hicieron aplicable a los problemas de la industria petrolera. Al comienzo utilizó el 10 percentil de la arena de formación y consideró que el cincuenta (50) percentil era mucho más descriptivo en la distribución del tamaño de los granos. Entonces recomendó utilizar una grava de un tamaño cinco (5) a diez (10) veces mayor que cincuenta (50) percentil de arena (D50). También es recomendada esta 115 sugerencia, ya que específicos diámetros menores de la grava que los que se utilizaban antes, controlando la arena de formación sin reducir la permeabilidad y manteniendo la productividad.

8.7. MÉTODO DE STEIN.Esta es la mejor aplicación a formaciones con un tamaño de partículas uniforme. Stein sugiere utilizar un diámetro menor a cuatro (4) veces el quince (15) percentil de la arena de formación.


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS 8.8. MÉTODO DE TIFFIN.Uno de los métodos más utilizados para controlar el avance del movimiento de las arenas es el empaque con grava, el cual consiste en colocar una arena cuidadosamente graduada y compactada (grava) en contacto con la formación, para evitar avance de partículas hacia el hoyo. La forma en que se calcula el tamaño de grava óptimo para “atrapar" la mayor cantidad de granos, ha sido estudiada por numerosos autores, pero convencionalmente se basa en el diseño propuesto por R.J. Saucier en 1974. Saucier y otros, propusieron los criterios de diseño para empaque con grava en los años 60 y 70’s. Según ellos, el tamaño de

grava debería tomarse como 6 veces el 50% del tamaño de las partículas. La utilización de este criterio, ha probado ser efectiva para detener el arenamiento en la mayoría de las formaciones; sin embargo, ha habido numerosas publicaciones en la década de los 90 investigando el deterioro de la productividad en las completaciones que controlan arenamiento, y particularmente en los empaques de grava. En estas publicaciones, los valores promedio de daños para las completaciones con empaques de grava, van desde +10 hasta +50, sin haberse reportado problemas que tengan que ver con la completación en sí. Aunque los fluidos de empaque han sido cuidadosamente estudiados, pocos investigadores han visto en detalle la dimensión de la grava relativa a la formación, para una gran variedad de muestras de arena. El objetivo del nuevo criterio no es desaprobar el criterio de Saucier, sino añadir un parámetro de diseño importante que pueda ser útil para los casos de completaciones con control de arena. El criterio de Saucier se indica para las formaciones que no tiene una distribución de tamaños de grano muy amplia. Otros autores, como Tiffin, King, Larese y Britt, han propuesto considerar el orden de los granos de formación, es decir, la diversidad de tamaños de la arena de yacimiento.

9. CALIDAD DE LA GRAVA.Para asegurar la productividad del pozo es necesario revisar la calidad de la grava, pues de ésta dependen muchos factores, como lo es la permeabilidad de la grava y su capacidad de controlar el movimiento de la arena, para así permitir una productividad total de la formación. El material de grava para completación no debe desprender finos durante el proceso de transporte y almacenamiento, ni degradarse por efecto de los tratamientos químicos como la acidificación, ni producir finos en las operaciones de bombeo. La circonita y la grava natural cumplen con estos criterios, siempre y cuando el fabricante cumpla estrictamente con los controles de calidad establecidos. Otras gravas como la carbolita han demostrado


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS tener menor resistencia a los tratamientos químicos y en particular a los ácidos. Por otro lado, se ha comprobado que las gravas de baja densidad dejan vacíos en el espacio anular durante la completación con grava. Un buen material de empaque (grava) debe ser diseñado para controlar el movimiento de la arena de formación y permitir una productividad total de la formación. Durante décadas la selección de grava ha sido basada en los tamaños más grandes de grava por su alta permeabilidad. Sin embargo, si la grava no tiene movimiento de arena, el resultado puede ser una permeabilidad más baja de la grava y una restricción de la producción. A continuación se mencionan las características que deben ser consideradas para la evaluación de la calidad de la grava:

9.1. ESFERICIDAD.La esfericidad no es una magnitud absoluta, pero se define como la razón del área equivalente correspondiente a una esfera perfecta en relación con el tamaño real de la partícula. El valor de una esfera perfecta es “1”. La esfericidad se determina mediante la

comparación visual de la grava con dibujos que van desde una esfera tridimensional perfecta hasta partículas de menor esfericidad que poseen ratas de dicha esfera ideal ya estandarizadas (ver figura 15). La esfericidad ideal debe ser de 0,6 ó más, si es menor la grava tenderá a romperse al ser bombeada al hoyo, lo que creará un empaque de menor permeabilidad.

9.2. REDONDEZ.Es la medida de la uniformidad y la curvatura de la grava. El valor óptimo de redondez de una grava de ser de 0,6 ó más, ya que si es más angular, tendrá más bordes y puntas que se desgastan al ser bombeada al pozo. Al igual que la anterior se mide por comparación visual con una tabla estándar de redondez .


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TERMINACIÓN AVANZADA DE POZOS Esfericidad y Redondez por Krumbein y Sloss

9.3. SOLUBILIDAD EN ÁCIDO.La solubilidad indica la cantidad de impurezas, tales como: carbonato, feldespato, hierro, arcilla, entre otros; las cuales no son convenientes que estén presentes en la grava. Debe ser determinada antes de su uso para mostrar el efecto que tendría un tratamiento de ácido futuro en ella. No debe existir una solubilidad en ácido clorhídrico mayor a 1%, ya que esto causaría un movimiento en el empaque de grava que ocasionaría fallas del empaque. Además de indicar que la grava no es buena cuarcita y que existen impurezas que reducirán la fuerza de la grava, creando finos al ser bombeada al pozo.

9.4. CONTENIDO DE IMPUREZAS.Las impurezas indicarán que la grava puede ser más soluble en vapor y aún en agua, lo cual puede ser una consideración importante si el empaque con grava es utilizado en un pozo de agua o de inyección de vapor. La cantidad de impurezas se mide determinando la turbidez en una suspensión de agua y grava de empaque, la cual debería ser de 250 NTU o menos.

9.5. RESISTENCIA A LA TRITURACIÓN.Una muestra de grava sin finos sometida a la prueba de confinación no debería producir más del 2% en peso de finos, ya que esto indicaría que la grava sería más débil y podría romperse y triturarse con más facilidad. Si es una grava de tamaño grande (Malla 12 - 20) no debería sobrepasar el 4% y el 8% para Mallas 8 - 12.

10. CONCLUSION.El origen de la arena viene determinado por propiedades físicas de las rocas y también otras variables como caudal, y forma del baleo.  Se determinó como método convencional de control de arena al empaque de grava.  La elección del método de control de arena a utilizar depende de variables como las propiedades físicas de la roca, producción tipo y química de la formación.  Definimos y conocimiento de los componentes de los componentes y accesorios de los empaques de grava. 


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Terminacion Avanzada de Pozos

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