Arenamiento- Guthrie William

Cochabamba - Bolivia

Universidad de Aquino Bolivia

Carrera : Ing. Petrleo y Gas

Materia : Cementacin de Pozos

Paralelo : Grupo A Docente : Ing. Lema Zabala Vanessa

Estudiante : Guthri Rios William Jr.

Fecha : 16 de Octubre de 2013

Arenas de Formacin o

Arenamiento Trabajo Prctico

UNIVERSIDAD DE AQUINO DE BOLIVIA CEMENTACIN DE POZOS PETROLEROS ING. GAS Y PETROLEO ARENAS DE FORMACIN O ARENAMIENTO

Alumno: Guthri Rios William Jr. Pgina 1

ARENAS DE FORMACIN O ARENAMIENTO

INTRODUCCIN:

La produccin de arena es uno de los problemas ms frecuentes que ocurren durante la vida productiva de los pozos petroleros. Su intensidad y gravedad varan con el grado de cementacin de los granos de la arena productora y con la forma como estn completados los pozos. Esta arena se deposita en el fondo del hoyo y con frecuencia reduce la capacidad productiva del pozo. En los campos donde la arena constituye una causa importante de perdida de produccin se dedican taladros para remediar la situacin con la mayor celeridad.

OBJETIVOS:

Objetivo General.- Conocer sobre las arenas de formacin o Arenamiento.

Objetivos Especficos.- Conocer como perjudica el Arenamiento a la produccin de un pozo y como solucionar este problema usando varios mtodos.

DESARROLLO:

Arenamiento:

La produccin de pequeas o grandes partculas de slido junto con los fluidos que son producidos del yacimiento debido a la baja consolidacin de la formacin productora. Comnmente, es preferible utilizar el trmino produccin de slidos en lugar de produccin de arena ya que, esto implica que solo las areniscas frgiles o poco consolidadas son las que estn susceptibles de ser producidas. A medida que el yacimiento descarga petrleo hacia el pozo, con el tiempo se va acumulando arena y sedimento en el fondo del pozo. Esta acumulacin puede ser de tal magnitud y altura que puede disminuir drsticamente o impedir completamente la produccin del pozo.

Produccin de arena:

La produccin de arena puede ser clasificada en:

- Produccin transitoria de arena: la cual se refiere a una produccin de arena que declina con respecto al tiempo de produccin a gasto constante, comnmente encontrada en limpiezas de pozos, acidificaciones o fracturamiento hidrulico para recuperacin secundaria.

- Produccin contina de arena: que se presenta cuando se produce de formaciones no consolidadas que no cuenten con equipos de control de slidos.

- Produccin catastrfica de arena: que es el peor de todos los tipos y ocurre como una anormalidad cuando los fluidos del yacimiento son producidos excesivamente.



Mecanismos de la produccin de arena:

Movimiento de granos: Zonas alejada de la formacin. Movimiento de masas: Movimiento de arena en pequeas masas en zonas

cercanas a la cara de la formacin (Obstruccin a nivel de las perforaciones). Fluidizacin masiva: Movimiento masivo de arena la cual genera erosin.

Causas de la produccin de arena:

En campos con formaciones poco consolidadas, el simple flujo de fluidos del yacimiento hacia el pozo puede acarrear slidos que en ciertos casos generan problemas en produccin.

Las condiciones que pueden causar la produccin de arena dependen de las fuerzas que mantienen unidas a los granos de areniscas. Estos factores describen la naturaleza del material de formacin y las causas para que falle la estructura, entre las que se tienen:

o Falta de material cementante que mantenga la adherencia entre los granos de la arena productiva.

o Disminucin de la presin del yacimiento (Etapa avanzada de produccin) que reduce la adherencia entre los granos de la matriz, y propicia su desplazamiento hacia el hoyo.

o La llegada (irrupcin) del agua del acufero a las cercanas del hoyo puede deteriorar el material cementante entre los granos.

o Nivel de produccin superior a la tasa crtica. o Factores geolgicos y geogrficos o Flujo multifsico o Altas tasas de flujo o Efectos trmicos

Estos factores, estn incluidos entre los efectos de la resistencia de la roca y los del flujo de fluidos, cada uno de ellos, representa un papel importante en la prevencin e inicio de la produccin de arena.

Entre otros factores, se debe tomar en cuenta los que estn directamente relacionados con la roca y que producen su desestabilidad, por ello, se describen estas propiedades a continuacin:

a) El grado de material cementante. b) La reduccin en la presin de poro. c) Las tasas de produccin. d) La viscosidad de los fluidos de la formacin. e) Incremento en la produccin de agua.



Geometra de un arco de arena alrededor de los disparos de produccin

Consecuencias de la produccin de arena:

Entre las principales consecuencias producidas por el arenamiento estn:

o Reduccin de los niveles de produccin. o Erosin de los equipos de completacin del pozo (cabillas, bombas, mangas,

etc.). o Erosin de los equipos e instalaciones de superficie (estranguladores,

separadores, vlvulas, etc.). o Acumulacin en los equipos de superficie. o Colapso de la formacin por socavaciones. o Reduccin de la permeabilidad en la vecindad del pozo. o Falla mecnica de revestidores o forros. o Problemas en el manejo de slidos de formacin producidos.

Acumulacin de arena en los equipos.



Acumulacin de arena en equipos superficiales.

Erosin de la tubera causada por arenamiento.

Los efectos de la produccin de arena son siempre perjudiciales para corto o largo plazo en la productividad de un pozo. Estos efectos que pueden ir desde el tratamiento y eliminacin de los slidos acumulados dentro del pozo, hasta fallas catastrficas en la terminacin que impidan la productividad. Aunque no solamente son estos los provocados por el arenamiento de los pozos. A continuacin se presentan los ms caractersticos:

Limitacin en la produccin de hidrocarburos. Prdida de presin de salida del petrleo. Contaminacin del yacimiento. Daos en los equipos de produccin Acumulacin en el fondo del pozo Posibles colapsos en las tuberas de revestimiento

Problemas causados por el arenamiento en el pozo

Es un hecho que la presencia de materiales contaminantes asociados a la produccin industrial de aceite y gas provocan una serie de problemas en las operaciones de explotacin del petrleo, su efecto daino ha sido reconocido desde los inicios de la Industria Petrolera. Estos problemas son ocasionados principalmente por arena, asfltenos, corrosin, parafina, hidratos de hidrocarburos e incrustaciones (sales).

El movimiento de arena proveniente de formaciones no consolidadas en pozos productores de aceite o gas, ocasiona problemas tanto econmicos como de riesgos en las instalaciones, por ejemplo:



a) Interrupcin en la produccin, ocasionada por taponamiento en la tubera de

produccin, en ocasiones, en la tubera de revestimiento, en las lneas de escurrimiento, separadores, etc.

b) Se incrementan los esfuerzos de sobrecarga de las formaciones ocasionando

colapsamiento en las tuberas de revestimiento.

c) El equipo subsuperficial y superficial es daado por erosin de la arena.

d) En la superficie se requiere de dispositivos especiales que eliminen la arena del

aceite producido, tales como los separadores ciclnicos.

Mtodos ms utilizados

La seleccin de un mtodo de control de arena depende de varios factores, condiciones especficas del campo, prcticas operativas y factores econmicos; los mtodos ms utilizados para el control de arena son:

1. Variacin de la tasa de flujo. 2. Completaciones selectivas. 3. Consolidacin plstica. 4. Sistema grava resina. 5. Grava recubierta con resina. 6. Forros ranurados y/o rejillas. 7. Rejillas pre empacadas. 8. Rejillas con Empaques con Grava 9. Frac pack. 10. Forzamiento arena petrleo.

1. Variacin de la tasa de flujo

Se fundamenta en una reduccin de la velocidad en el rea cercana a la boca del pozo (en la cara de la arena) mediante la restriccin de las tasas de produccin, disminuyendo la cada de presin en la cara de la formacin. Se reduce o aumenta la tasa de flujo paulatinamente hasta que la produccin de arena sea operativamente manejable. Es una tcnica de ensayo y error, la cual se basa en la formacin de arcos estables en la formacin, es necesario repetir eventualmente el procedimiento, a medida que cambian la presin del yacimiento, la tasa de flujo y el corte de agua. La desventaja de esta tcnica es que la tasa requerida para mantener un arco estable en la formacin suele ser menor al potencial de flujo del pozo y esto representa una prdida significativa desde el punto de vista de la productividad.

2. Completaciones selectivas

La tcnica consiste en caonear aquella seccin de la formacin productora que posea mayor resistencia a la compresin, para as obtener un mayor diferencial de presin que normalmente permitir tasas y velocidades de produccin ms elevadas sin que comience la produccin de arena. Estas secciones poseen un mayor grado de cementacin, pero una menor permeabilidad, por lo tanto, para que



esta tcnica sea realmente efectiva, la formacin debe presentar una buena permeabilidad vertical, con el fin de permitir el drenaje del yacimiento, el proceso se ilustra en la Figura. Sin embargo, este mtodo puede limitar la cantidad de zonas que puede ser perforada, limitando la produccin total del pozo.

3. Consolidacin plstica

Este proceso consiste en la inyeccin de resinas plsticas, las cuales se adhieren a los granos de arena de la formacin. La resina se endurece y forma una masa consolidada, uniendo los granos de arena.

Un tratamiento de consolidacin plstica es exitoso si logra dos objetivos:

Adicin de resistencia a la formacin. Mantenimiento de la permeabilidad de la formacin.

Ventajas del mtodo:

El rea en el fondo del pozo est libre de obstruccin. No se requieren labores de pesca durante operaciones de pozo o re -

completacin. Los trabajos de reparacin, si son necesarios, se pueden realizar sin

sacar el equipo de fondo, a travs de la tubera o mediante una unidad de tubera continua.

Muy recomendable en completaciones en hoyos delgados (slim hole).

Desventajas del mtodo:

Reduccin de la permeabilidad de la formacin. Costo por pie es ms costoso que otros mtodos de control de arena. Aplicable a intervalos menores de quince (15) pies. Los materiales utilizados son por lo general muy peligrosos y txicos.

La tcnica de consolidacin plstica origina el aumento en la resistencia a la compresin de la formacin, lo cual permite seguir produciendo a las tasas deseadas. Existen tres tipos de resinas utilizadas: epxicas, furanos y fenlicas puras. Al entrar en contacto con la formacin, la resina se encuentra en estado lquido y mediante un catalizador se logra la consolidacin.

4. Sistema grava - resina.

Este mtodo de control de arena combina la tcnica de empaque con grava y la consolidacin plstica. La mayora de los sistemas grava - resina proporcionan esfuerzos de compresin entre los 2000 y 3000 libras de presin y logran mantener la permeabilidad original en un 80%.

Ventajas del mtodo:

Los pozos se encuentran libres de obstruccin.



No hay equipos de fondo, por lo tanto no se requiere operacin de pesca durante reparaciones o recompletaciones.

Ms efectivo que la consolidacin plstica en intervalos largos o arenas arcillosas.

Se obtienen mayores esfuerzos de compresin que con otros mtodos.

Menos costoso que la consolidacin plstica.


Todas las perforaciones deben ser cubiertas totalmente para as lograr un empaque consolidado efectivo.

Es requerido mucho tiempo de taladro. No aplicable en intervalos largos (30). La aplicacin del sistema grava resina se encuentra limitado a pozos

que sean capaces de aceptar suficiente grava y con temperaturas de formacin menores de 250F.

5. Grava recubierta con resina.

Segn especificacin API, se bombea grava de alta permeabilidad, la cual est recubierta por una capa delgada de resina, dentro del pozo hasta llenar por completo las perforaciones y la tubera de revestimiento. Con la temperatura del fondo del pozo, a travs de la inyeccin de vapor o con un catalizador se endurece la resina y se forma un empaque consolidado. Despus que se endurece y ha ganado resistencia a la compresin, la arena consolidada del empaque con grava colocada en la tubera de revestimiento puede ser extrada dejando las perforaciones llenas con la arena consolidada de alta permeabilidad. Los tapones de grava consolidada que queda en las perforaciones actan como un filtro permeable que proporciona un medio para controlar la arena de la formacin durante la produccin o inyeccin.

Ventajas del mtodo:

No se requiere la utilizacin de resinas durante el proceso. No requiere la utilizacin de liner o rejillas. Si la temperatura de fondo esta alrededor de los 130F, no se

requieren catalizadores. Menos costoso que los mtodos de consolidacin plstica. El fluido de desplazamiento puede ser agua o salmuera.


No se recomienda en formaciones con temperaturas mayores de 200F.

Sensible a cidos, solventes orgnicos y algunas salmueras fuertes, durante el proceso de cura. cidos y algunas salmueras tienden a



acelerar el proceso de consolidacin, mientras que los solventes orgnicos tienden a disolver el plstico.

Altas probabilidades de iniciarse la consolidacin en la tubera. Luego de la consolidacin el plstico no es estable con temperaturas

mayores de 450F.

El uso de gravas recubiertas con resinas se recomienda en pozos de inyeccin de agua, y de vapor donde las temperaturas no excedan los 450F, en arenas no consolidadas y para aquellos pozos donde las fallas de los empaques con grava son frecuentes. El tiempo de cura depende de varios factores, siendo el ms importante la temperatura.

6. Forros ranurados y/o rejillas.

Este mecanismo debe emplearse, slo si se tiene una arena bien distribuida y limpia, con un tamao de grano grande, porque de lo contrario la rejilla o forro terminar taponndose. Los "liner" y rejillas actan como filtros de superficie entre la formacin y el pozo, puesto que el material de la formacin se puentea a la entrada del liner. Los "liner" ranurados y las rejillas previenen la produccin de arena basados en el ancho de las ranuras o aperturas para el flujo, denominado tambin calibre, creando as un filtro que permite la produccin de petrleo.

El problema ms comn y frecuente con la rejilla sola o "liner" ranurado como una tcnica de control de arena, es la corrosin de las ranuras antes de que ocurra el puenteo. Por otra parte si los puentes que se han formado no son estables, pueden romperse cuando se cambien las tasas de produccin o en los arranques y cierres del pozo. Como consecuencia de la ruptura de los puentes formados, es posible que la arena de la formacin se reorganice, lo cual, con el tiempo, tiende a ocasionar la obstruccin de la rejilla o "liner"; es por esto que cuando se utilice esta tcnica para controlar arena de formacin, debe procurarse que el dimetro del "liner" o rejilla sea lo ms grande posible, con el fin de minimizar la magnitud de la reorganizacin que pueda ocurrir.

Para que un "liner" ranurado o rejilla sea eficaz, generalmente se recomienda su utilizacin en formaciones de permeabilidad relativamente elevada, que contengan poca o ninguna arcilla.

7. Rejillas pre empacadas

Las rejillas pre empacadas son un filtro de dos-etapas con las envolturas externas e internas de la rejilla que entrampan el medio filtrante. El medio filtrante (tpicamente grava) no deja pasar los granos de la formacin ms pequeos, esta arena acta como agente puenteante cuando se produce arena de formacin mientras que la envoltura exterior de la rejilla filtra los granos de la formacin ms grandes, las rejillas pre empacadas se aplican en zonas donde la utilizacin del empaque con grava es difcil (zonas largas, pozos muy desviados, pozos horizontales y formaciones heterogneas).



Ventajas del mtodo:

A pesar de ser pre empacadas no se aumenta el radio externo de las rejillas.

En algunos casos son menos costosas que las tuberas ranuras de gran dimetro.

Poseen mayor capacidad de flujo por pie.


Es muy propensa a daos fsicos durante su asentamiento en el pozo. La grava consolidada es poco resistente a la erosin. La grava consolidada al igual que los sistemas de consolidacin

plstica son poco resistentes a la accin de cidos, vapor, etc. Productividad de los pozos se reduce cuando las aberturas se

taponan. La utilizacin de las rejillas pre empacadas implica tener presente dos posibles problemas:

o Taponamiento, si la rejilla no se encuentra protegida es muy probable que la misma se tapone con finos de la formacin durante el proceso de formacin del puente arena.

o Daos de la grava pre - empacada, si el pozo es demasiado inclinado, o las rejillas se colocan en pozos horizontales de radio corto se generan fracturas en la grava consolidada que generarn un bajo desempeo de la misma.

Para utilizar rejillas pre empacadas las formaciones deben ser altamente permeables de granos de arena grandes y bien distribuidos, con poco o ningn contenido de arcillas u otros finos. Existen diferentes diseos de rejillas pre empacadas, los ms comunes incluyen rejillas pre empacadas de rejilla doble, rejillas pre empacadas de rejilla sencilla y slim pack.

8. Rejillas con Empaques con Grava.

Mtodo de control de arena frecuentemente usado en pozos verticales o desviados en arenas poco consolidadas; son filtros de fondo que previenen la produccin no deseada de arena de formacin. Consisten en la colocacin de grava cuidadosamente seleccionada, que acta como filtro entre arena de formacin y el "liner" o rejilla, es decir, la arena de formacin se mantiene en su sitio gracias a la accin de una arena de empaque debidamente dimensionada, la cual ser sostenida por una rejilla o "liner". La productividad del pozo est ntimamente relacionada con la seleccin de la grava de empaque a utilizar, ya que una inadecuada seleccin del tamao de grava a utilizar puede permitir que la arena de formacin y la grava se mezclen, trayendo como consecuencia un rea de baja permeabilidad que disminuye la productividad del pozo. El tamao de la grava debe ser seleccionado de tal forma que la arena de formacin se puente con poco o ningn movimiento de la arena dentro del empaque de grava.



Tiene la desventaja de que requiere una inversin sustancial para el taladro, fluido de completacin, el equipo de fondo de pozo, equipo de superficie y bombeo, y materiales; la prdida de fluidos durante la completacin podra causar dao a la formacin, puede producir erosin / corrosin de la rejilla o "liner" debido a la arena que choca contra cualquier superficie expuesta y dificultad de colocar fluidos de estimulacin a travs del intervalo empacado con grava.

Si el empaque con grava se utiliza en hoyo abierto, es necesario perforar por debajo de la zapata, repasar la seccin del hoyo abierto y entonces colocar una rejilla o "liner" a lo largo del intervalo del hoyo abierto, para posteriormente circular la grava al anular entre la rejilla o "liner" y el hoyo abierto, de tal forma que la rejilla o "liner" funciona como dispositivo de retencin de la grava y el empaque con grava como filtro de la arena de la formacin. Entre las desventajas del empaque con grava en hoyos abiertos tenemos que en zonas con grandes cantidades de arcilla y finos, los grandes volmenes de fluido que contactan la formacin durante la perforacin y completacin pueden causar dao, por otra parte, la estabilidad del hoyo normalmente es un problema, es difcil aislar fcilmente la produccin de fluidos no deseables como agua y/o gas, las rejillas o "liner" pueden ser difciles de remover para futuras re-completaciones y la habilidad para controlar la colocacin de tratamientos de estimulacin es difcil.

Para pozos horizontales, la colocacin de empaques con grava constituye la opcin ptima para completar en zonas no consolidadas. El empaque con grava en pozos horizontales es una tcnica ms complicada y sofisticada que los empaques en pozos verticales y desviados, ya que es necesario utilizar tecnologas para colocar, exitosamente, grava a lo largo de un intervalo de miles de pies.

9. Frac Pack

Consiste en una combinacin de las tcnicas de fracturamiento y empaque con grava. Esta tcnica se basa en una corta y amplia fractura para mejorar su conductividad y fue aplicada en formaciones no consolidadas y carbonato blando.

Una fractura corta y altamente conductiva es una solucin prctica para algunas situaciones tales como pozos donde el dao a la formacin es muy profundo, por lo que requerira excesivos volmenes de cidos, en formaciones sensibles a cido u otros fluidos reactivos y en formaciones donde el tipo de dao es desconocido causando incertidumbre en el diseo del tratamiento matricial, en areniscas pobremente consolidadas, que no responden a la acidificacin y empaque con grava. Los fluidos de fracturamiento deberan poseer las siguientes caractersticas:

Propagar la longitud de la fractura. Transportar el material propante. Maximizar el ancho de la fractura. Minimizar el dao en la conductividad de la fractura.

El tamao y tipo de propante son crticos para el xito del tratamiento. El material propante debe ser bastante grande para contribuir significativamente a la



conductividad de la fractura, sobre todo en el rea cercana al pozo, donde controla las partculas de la formacin.

Adems el material propante debe ser suficientemente fuerte para resistir los esfuerzos de la formacin. Las arenas resinadas son utilizadas para adicionar resistencia, aumentar la conductividad de la fractura y minimizar el retorno del propante, lo cual se traduce en mayor efectividad del proceso.

El efecto de la capa de resina sobre el fluido de fractura entrecruzado tiene que ser tomado en cuenta al disear el tratamiento. La capa de resina puede tener un efecto en la viscosidad y la ruptura del fluido de fractura. Por otro lado los fluidos de fractura pueden influenciar la resistencia final en el material propante resinado.

Condiciones que haran a un pozo adecuado para un tratamiento de Frac pack:

- Formacin que falla debido al alta cada de presin, desarrollada en un rea cercana a la boca del pozo.

- Formacin que falla debido al derrumbamiento del poro. - Formacin con historia de produccin de arena. - Formaciones que estn sobre presurizadas resultando la arena

pobremente consolidada. - Formaciones que tienden a tener problemas de conificacin de agua. - Pozos empacados con grava que han perdido productividad. - Formaciones pobremente consolidadas que exhiben dao a la

formacin por los fluidos de perforacin / completacin.

Factores que afectan a la aplicacin del Frac-Pack:

- Las localizaciones del contacto agua/petrleo y gas/petrleo deben ser consideradas al tratar una zona especfica.

- Bajo contraste de esfuerzos de capas confinadas puede resultar un crecimiento alto de la fractura.

- El estado mecnico del pozo, si la completacin resiste los esfuerzos a los que va a ser sometidos.

- El estado del trabajo de cementacin, la calidad de la adherencia debe ser examinada para posible comunicacin.

10. Forzamiento arena con petrleo

El forzamiento arena con petrleo (F.A.P.) es un mtodo de control de arena y remocin de dao en la formacin, el cual suministra una capa protectora de grava de mayor espesor alrededor del pozo que acta como una extensin del empaque de grava. El objetivo de una F.A.P. consiste en la restauracin de la arena producida proveniente de la matriz y en la introduccin de una capa adicional que reducir y/o evitar el movimiento de finos hacia los orificios de caoneo y a travs del rea empacada con revestimiento ranurado.



El F.A.P. es aplicable a:

- Pozos viejos luego de una produccin considerable de arena. - Pozos nuevos completados en formaciones con arenas pobremente

consolidadas.

ANLISIS:

La acumulacin de arena y slidos en los pozos perjudica significativamente la produccin de petrleo y gas. De hecho, prcticamente la mitad de las operaciones con tubera flexible conllevan trabajos de limpieza de pozos para la remocin de los escombros. La integracin innovadora de equipos, los programas de computacin, los sistemas de limpieza a base de fluidos y la vigilancia rutinaria de los tratamientos ayuda a los ingenieros a reducir el costo y el riesgo de las operaciones de limpieza de pozos y restituye la produccin en menos tiempo.

CONCLUSIN:

Se lleg a conocer como perjudica el Arenamiento a la produccin de un pozo y como solucionar este problema usando varios mtodos en los distintos tipos de casos, viendo as las ventajas y desventajas de estos mtodos de control para el arenamiento.

BIBLIOGRAFA:

Dao a la formacin y estimulacin-Universidad sur colombiana-Facultad de ingeniera. Mtodos de control de la produccin de arena sin cedazos. Manual Prctico de Ingeniera de Completacin.

Arenamiento- Guthrie William

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