UNIVERSIDAD AUNTONOMA JUAN MISAEL SARACHOFACULTAD DE CIENCIAS INTEGRADAS DE VILLA MONTES INGENIERA DE PETROLEO Y GAS NATURAL

CONTROL DE ARENAMATERIA: PRODUCCION IVDOCENTE: JULIO LIRAINTEGRANTES: MARCIO VILLA ALDAMA FERNANDO JARAMILLO DIEGO TICONA VANESSA MEJIA JIMENEZ

VILLA MONTES- TARIJA-BOLIVIA2015

1. INTRODUCCION

La produccin de arena constituye un problema serio en muchos pozos productores de petrleo en todo el mundo. Puede afectar drsticamente los regmenes de produccin; puede daar u obstruir estranguladores y lneas de flujo, causar fallas excesivas del equipo, complicar la limpieza del pozo y puede causar el mal funcionamiento del equipo en el fondo del pozo. Los mtodos para controlar la produccin de arena incluyen la introduccin de coladores o revestidores auxiliares ranurados, empacando con grava o consolidado de arena con una resina plstica. Los coladores son los de instalacin ms simple en la mayora de los casos. El trabajo consiste en colgar un revestidor auxiliar o un colador envuelto en cable opuesto al intervalo de la zona de produccin. El tamao del colador es de manera efectiva demasiado pequea para permitir que la arena fluya hacia adentro, mientras que an permite el flujo de los fluidos de formacin. Los empaques de grava son comunes en el control de arena. 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.2.- DEFINICION DEL CONTROL DE ARENASe define como el control de arena al conjunto de tcnicas mediante las cuales se elimina, total o parcialmente, la produccin de slidos provenientes de la formacin productora y que se producen conjuntamente con los hidrocarburos. As un preventivo control de arena sera un tratamiento preventivo que evitara la produccin de arena. El objetivo de toda tcnica de control de arena es implementar un medio efectivo de evitar el movimiento de arena que pueda causar alguna de los siguientes efectos costosos:

1) Fallas de revestimiento (prdida del pozo), 2) abrasin del equipo del subsuelo y de superficie,3) prdida de produccin de hidrocarburos,4) reduccin de la permeabilidad de la formacin,5) corrosin en la tubera de produccin, 6) dao en el orificio del estrangulador, 7) dao en el sistema de recoleccin y distribucin del crudo. Sin restringir la productividad del pozo.Cuando se producen hidrocarburos de formaciones poco consolidadas, frecuentemente ocurre, migracin de arena de la formacin hacia el pozo, trayendo como consecuencia que el fluido contaminado con arena dae el equipo superficial, tal como estranguladores, vlvulas de seguridad o juntas de circulacin, y si la velocidad de flujo es muy baja, se forman puentes y se restringe la tasa de produccin. Las instalaciones superficiales (lneas de flujo, vlvulas,estranguladores, bombas y separadores) tambin se daan severamente por los procesos de abrasin, erosin y subsecuente corrosin.3.- RAZONES PARA LA APLICACIN DEL METODOEl mecanismo de produccin de arena es complejo, influenciado por cada operacin desde la penetracin de la broca en la zona productora hasta el inicio de la produccin del pozo. Sin embargo, las razones para la produccin de la arena pueden ser cualquiera de los que estn a continuacin o una combinacin de ellos. 3.1.- Formaciones Totalmente Sin consolidar Algunas formaciones por ser totalmente inconsolidada, o en un estado fluido. Cualquier esfuerzo por producir fluido del formacin puede producir cantidades grandes de arena con fluido.3.2.- Altas ratas de Produccin.Algunos pozos producirn arena si el fluido es producido a altas ratas. Estos pozos producirn libres de arena, si la produccin se restringe. Durante muchos aos la restriccin en la produccin era un medio primario de control del arena. 3.3.- Produccin de Agua En algunas formaciones, el material cementante de la roca es minerales y arcilla que puede ser afectado en seriamente con el agua. Cuando empieza la produccin de agua empieza, a debilitarse la unin de la arena o se destruye y puede empezar a producir arena.3.4.- Debido al Depletamiento del Depsito Se cree que en algunos casos la presin del yacimiento ayuda a soportar la presin de sobrecarga. La reduccin de presin del yacimiento puede causar sobrecarga y aplastar una formacin consolidada parcialmente y puede producir arena causar serios daos en el casing y dems equipos.3.5.- Prcticas de Completamiento Impropias del Pozo El mal uso de cido para la estimulacin puede remover cantidades pequeas de material cementante calcreo en ciertas formaciones consolidas y puede generar produccin de arena. En algunos casos limpian el pozo demasiado duro o traen al pozo a la produccin deseada y pueden causar rpidamente tensiones excesivas en formaciones dbilmente consolidadas.4.- VENTAJAS DE CONTROL DE ARENA En la inmensa mayora de los casos, pueden minimizarse el dao de permeabilidad y la perdida de produccin puede minimizarse. El control de arena mas econmico se logra cuando se llevan a cabo medidas del control temprano en la vida del pozo. Los siguientes puntos deben ser considerados cuidadosamente al decidir realizar medidas de control de arena. 4.1.- Dao en la Formacin Investigadores han encontrado que una disminucin grande en permeabilidad puede ocurrir, cuando arena de la formacin es deliberadamente perturbada esto puede pasar con cambio pequeo en la porosidad de la formacin. Tales reducciones en la permeabilidad de la formacin llegan a generar un aumento severo de arena. En la mayora de los casos, particularmente cuando los mtodos de consolidacin de resina sern empleados, estos daos en las formaciones hacen exitoso el control de arena ms difcil.4.2.- Disposicin de ArenaOtra razn para aplicar el control de arena es evitar o minimizar el costoso manejo y disposicin de arena. Esto es particularmente verdad donde se produce muchos slidos que son removidos del fluido en plataformas y en tuberas La disposicin puede ser especialmente costosa cuando la arena debe ser encontrarse libre de oil segn las regulaciones ambientales. 4.3.- Equipo Dao En los pozos sujetos a la produccin de arena, la abrasin y dao de corrosin es frecuentemente reportado en las tuberas de produccin, en las lneas de transporte en las bombas de subsuelo y en todo el equipo de superficie Esto puede presentar el peligro de ruptura o fuego.4.4.- Costo Detectando a tiempo el problema e implementando las medidas del control apropiadas se puede reducir el costo de operacin. Se bebe hacer un balance de costos del la implementacin del control de arenas (lo que se invertira y los gastos que se producirn por no tener el control de arena y as determinar si es mejor vivir con el problema.5.- TCNICAS UTILIZADAS PARA EL CONTROL DE ARENA

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:

Variacin de la tasa de flujo. Completaciones selectivas. Consolidacin plstica. Sistema grava resina. Grava recubierta con resina. Forros ranurados y/o rejillas. Rejillas pre empacadas. Rejillas con Empaques con Grava Frack pack. Forzamiento arena petrleo.

5.1.- Variacin de la tasa de flujoSe 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.

5.2 Completaciones selectivasLa 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.

Figura. Prcticas de competicin selectiva

5.3 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 (2) 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 defondo, 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.

En tratamientos de consolidacin qumica se sigue la siguiente secuencia de inyeccin:

1. Preflujo, es un fluido miscible cuya funcin es separar la resina de posibles contaminantes y limpiar la superficie de los granos de arena para proporcionar una mayor adherencia entre la resina y los granos.

2. Resina, una vez que todos los fluidos contaminantes son removidos se procede a la inyeccin de la solucin resinada en los poros de la formacin, existe un desplazamiento inmiscible hacia el preflujo. Esta solucin se encuentra constituida por resina, solvente, agentes de cura y un catalizador o activador.

3. Postflujo, es un fluido inmiscible cuya funcin es remover el exceso de plstico de los poros. El postflujo es diseado para controlar el espesor de la cubierta plstica, y por ende, el esfuerzo de compresin y la permeabilidad que resulta en la formacin luego de aplicar el mtodo.

5.4 Sistema grava - resina.

Este mtodo de control de arena combina la tcnica de empaque con grava y la consolidacin plstica.

Desventajas del mtodo: Todas las perforaciones deben ser cubiertas totalmente para as lograr un empaque consolidado efectivo. Es requerido mucho tiempo de taladro. No aplicable en intervalos largos (30). La aplicacin del sistema grava resina se encuentra limitado a pozos que sean capaces de aceptar suficiente grava y con temperaturas de formacin menores de 250F.

5.5 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.

Ventajas del mtodo: No se requiere la utilizacin de resinas durante el proceso. No requiere la utilizacin de liner o rejillas. Si la temperatura de fondo esta alrededor de los 130F, no se requieren catalizadores. Menos costoso que los mtodos de consolidacin plstica. El fluido de desplazamiento puede ser agua o salmuera.

Desventajas del mtodo:

No se recomienda en formaciones con temperaturas mayores de 200F. Sensible a cidos, solventes orgnicos y algunas salmueras fuertes, durante el proceso de cura. cidos y algunas salmueras tienden a 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.

Tabla 2.1. Tiempo de consolidacin de acuerdo a la temperatura de exposicin

2.8.6 Forros ranurados y/o rejillas.Los "liner" ranurados o rejillas sin empaques con grava, constituyen la manera ms sencilla de controlar la produccin de arena en pozos horizontales dependiendo lgicamente del grado de consolidacin de la arena a producir. 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.La seleccin entre "liner" ranurado y rejilla se basa fundamentalmente en factores econmicos.El "liner" ranurado es menos costoso, pero presenta limitaciones de espesor mnimo prctico de ranura y presentan menos rea de flujo disponible. Por su parte, las rejillas pueden tener aberturas mucho ms pequeas y un rea de flujo mayor, pero resultan ser ms costosas.

5.7 Rejillas pre empacadasLas 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). Las ventajas y desventajas de usar rejillas pre empacadas son:

Ventajas del mtodo: A pesar de ser pre empacadas no se aumenta el radio externo de las rejillas. En algunos casos son menos costosas que las tuberas ranuras de gran dimetro. Poseen mayor capacidad de flujo por pie.

Desventajas del mtodo: Es muy propensa a daos fsicos durante su asentamiento en el pozo. La grava consolidada es poco resistente a la erosin. La grava consolidada al igual que los sistemas de consolidacin plstica son poco resistentes a la accin de cidos, vapor, etc. Productividad de los pozos se reduce cuando las aberturas se taponan.

Existen diferentes diseos de rejillas preempacadas, los ms comunes incluyen rejillas preempacadas de rejilla doble, rejillas preempacadas de rejilla sencilla y slim pak.

La rejilla doble consiste en una rejilla estndar y una camisa adicional sobre la primera camisa. El espacio anular entre las dos camisas se rellena con grava revestida con resina.Todo el ensamblaje de la rejilla se coloca en un horno y se calienta para permitir que la grava revestida se consolide.

La rejilla preempacada sencilla posee, en primer lugar, una rejilla estndar. En este caso, se instala un tubo perforado especial sobre la camisa. Este tubo est envuelto en un papel especial para sellar los orificios de salida, y la regin anular entre la camisa y el tubo perforado se llena con grava revestida con resina. El ensamblaje se cura en un horno y se saca el papel que est alrededor del tubo exterior.

La rejilla Slim-Pak es similar a la rejilla estndar, con dos excepciones importantes.En primer lugar, alrededor de la parte exterior de la base de tubera perforada se enrolla una rejilla de malla muy fina, esta rejilla se asegura antes de instalar la camisa. En se gundo lugar, el espacio entre la rejilla y la rejilla de malla fina se llena con arena de empaque revestida con resina. Despus se lleva la rejilla a un horno, para curar la grava revestida y obtener una capa fina de grava consolidada entre la camisa de la rejilla y la tubera base.

Figura 2.9. Tipos de rejillas preempacadas.

5.8 Rejillas con Empaques con Grava.Los empaques con grava constituyen el 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".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.La grava del empaque colocada en las perforaciones y en el anular entre el liner y el revestidor filtra la arena de la formacin mientras que la rejilla o "liner" filtra la arena del empaque con grava. Una variedad de tcnicas son usadas para colocar la rejilla y el "liner" frente a las perforaciones y controlar la colocacin de la grava. La escogencia de la tcnica ms adecuada depender de las caractersticas particulares del pozo tales como profundidad, espesor del intervalo, presin de la formacin, etc.La prdida de fluido durante el empaque con grava es un problema serio, sobre todo en las zonas de alta permeabilidad. Esta prdida de fluido puede producir una variedad de mecanismos de dao tales como, problemas de escama por la interaccin del agua de la formaci con los fluidos perdidos durante la fase de completacin, dao debido a la prdida de fluidos altamente viscosos (residuo), dao debido a la incapacidad de completar con fluidos limpios libres de partculas slidas como carbonato de calcio o sal usados como aditivos para controlar prdidas de fluidos, bombeados antes del empaque con grava, que pueden crear problemas de taponamiento del medio poroso por slidos. Esto tambin crea otros problemas durante la realizacin del trabajo de empaque, como por ejemplo, un puenteo de la grava y falsa indicacin del fin de la operacin.El empaque con grava es histricamente el tipo ms exitoso de control de arena por una variedad de condiciones, sin embargo, 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.

2.8.9 Frac PackLa tcnica Frac Pack se utiliz desde 1970 y consiste en una combinacin de las tcnicas de fracturamiento y empaque con grava. El forzamiento arena - petrleo (Sand-oil-squeeze, SOS) tambin puede ser visto como un precursor de la tecnologa de FracPack.A mediados de 1980 el uso de fracturamiento de alta conductividad ("Tip Screen-Out",TSO) fue publicado. Esta tcnica se basa en una corta y amplia fractura para mejorar su conductividad y fue aplicada en formaciones no consolidadas y carbonato blando.Cuando se disea un FracPack es necesario conocer los objetivos de su aplicacin, ya que esto ayudar a determinar el diseo de la completacin. Entre los objetivos tendramos: Disminuir el dao en las cercanas del pozo. Reducir la velocidad de flujo en el rea de la cara de la formacin. Minimizar las prdidas de fluidos de completacin de alta densidad, costosos y potencialmente dainos. Crear un perfil de inyeccin uniforme. Reducir el factor de dao (skin). Incrementar el ndice de productividad del pozo (IP).

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.La lista siguiente representa las condiciones que haran a un pozo adecuado para un tratamiento de Frac pack: Formacin que falla debido a la 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.

2.8.10 Forzamiento arena con petrleoEl 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 unaF.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.

Recomendaciones para la aplicacin del F.A.P. En formaciones con gradientes mayores a 0.7 (Lppc/ ft), se recomienda tasas de 8 a 10BPM y forzar a travs de la tubera con un obturador donde la presin mxima de bombeodebe de ubicarse entre 3500 y 6000 Lppc. En formaciones de gradientes menores de 0.6 Lppc/ft, se recomienda tasas de 10 a 15BPM bombeadas a travs de la tubera y el espacio anular. Se recomienda utilizar crudo entre 21 y 24 API. Para abrir los lentes de arena y limpiar los orificios de los caones inyectar 200 y 350BPM. Se recomienda forzar entre 5 y 10 sacos de grava por cada pie de arena a estimular. La concentracin de grava depende de los valores reales de presin y tasa de bombeo, es por ello que se recomienda comenzar con una concentracin de 1 lpg e ir aumentando de 0.5 a 1 lpg hasta 4.5 lpg. El material diversificante o pelotas, se usan cuando se tiene varios intervalos caoneados, con el objeto de que todos ellos reciban grava. Esto se logra al sellar los orificios que han sido tratados y desviando el flujo hacia los que han recibido muy poca grava.Estas pelotas son de material sinttico, de diversos tamaos, cuya seleccin estar determinada por el dimetro de los orificios.Bbl/pel. = (100(lbs/sxs)*N de sxs) / concentracin (lpg) * N de pelotas * 42 gal/Bbl