-
52 Oilfield Review
Empaques de grava en pozos horizontales de alta
productividad
Syed Ali Rick Dickerson Chevron Houston, Texas, EUA
Clive Bennett BP Londres, Inglaterra
Pat Bixenman Mehmet Parlar Colin Price-Smith Rosharon, Texas
Steve Cooper BP Aberdeen, Escocia
Jean Desroches Sugar Land, Texas
Bill Foxenberg M-I Drilling FluidsHouston, Texas
Keith Godwin Stone Energy CorporationLafayette, Luisiana,
EUA
Tim McPike Shell International E&PRijswijk, Holanda
Enzo Pitoni Giuseppe Ripa Eni AgipMiln, Italia
Bill Steven Texaco Warri, Nigeria
Dave Tiffin BP Houston, Texas
Juan Troncoso Repsol-YPF Yakarta, Indonesia
ClearPAC, MudSOLV, NODAL, QUANTUM y SandCADE sonmarcas de
Schlumberger. AllPAC y Alternate Path son mar-cas de ExxonMobil; se
ha otorgado la licencia de esta tec-nologa exclusivamente a
Schlumberger.
Para aumentar la productividad y reducir los costos y la
complejidad, los pozos
horizontales se terminan con frecuencia sin tuberas de
revestimiento frente a las
zonas de inters. Se han utilizado tubos filtro en pozos
abiertos, pero los operadores
estn recurriendo cada vez ms al empaque de grava de largos
intervalos para
estabilizar los pozos, realizar terminaciones ms confiables y
atenuar los problemas
relacionados con la produccin de arena, tales como la erosin, y
el manejo y la
eliminacin de la arena en la superficie.
De los yacimientos no consolidados, junto con elgas, el petrleo
y el agua, se pueden producirgranos de arena sueltos y partculas
finas comolas arcillas. La instalacin de terminaciones
paracontrolar la produccin de arena sin sacrificar laproductividad,
el control del flujo, o las reservasrecuperables resulta difcil y
costosa; hasta $3millones o ms en las reas marinas. Los costosde
los posteriores tratamientos para disminuir eldao y de las
intervenciones correctivas futurasson tambin extremadamente altos;
hasta $1milln por trabajo en pozos submarinos y enaguas profundas.
Los operadores necesitan medi-das confiables para el control de la
produccin dearena, implementadas correctamente desde elprimer
momento, especialmente para los tramoshorizontales terminados a
pozo abierto frente aformaciones de alta permeabilidad.
La produccin de arena depende de la resis-tencia de las rocas,
de los esfuerzos en sitio, delos fluidos producidos y de los
cambios en lastasas de flujo respecto de la cada de presin.
Lasaltas tasas de produccin, el aumento delesfuerzo efectivo debido
al agotamiento, y lairrupcin del agua contribuyen a la produccin
dearena. Los problemas asociados con la produc-cin de arena abarcan
desde su manejo y elimi-nacin en la superficie hasta la erosin de
losequipos de subsuelo o de superficie y la prdidadel control del
pozo.1 Si la arena produce fallas
en los tubulares o en las herramientas de termi-nacin, la
produccin y la recuperacin de reser-vas se pueden ver postergadas,
e inclusoperdidas cuando los costos para desviar o reper-forar un
pozo son prohibitivos.
Los operadores utilizan diversas tcnicaspara reducir al mnimo la
cantidad de arena enlos fluidos producidos (pgina siguiente).
Entrelos mtodos de control de produccin de arena seincluyen la
limitacin del flujo del pozo a veloci-dades inferiores a las del
comienzo de la produc-cin de arena, la consolidacin en sitio,
losdisparos selectivos u orientados, el empaque degrava y el
fracturamiento combinado con empa-que de grava.2 El fracturamiento
combinado conempaque de grava combina fracturas hidrulicascortas y
anchas, o de longitud limitada (TSO, porsus siglas en ingls), con
el empaque de grava.Para controlar la produccin de arena en
termi-naciones a pozos abierto, los operadores utilizantubos filtro
(entindase filtros de grava sin empa-que, esto es, cedazos
solitarios), empaque degrava, fracturamiento combinado con
empaquede grava y, recientemente, filtros de grava expan-dibles
(vase Tcnicas emergentes de controlde produccin de arena, pgina
74).
Restringir la produccin, si bien resultabapositivo en el pasado,
influye en forma negativaen la rentabilidad del pozo y no es
posible en laeconoma actual, especialmente en los pozos de
Por su colaboracin en la preparacin de este artculo, seagradece
a Hal Riordan, Houston, Texas, EUA, y RayTibbles, Rosharon,
Texas.
-
Otoo de 2001 53
alto costo y altas tasas de produccin. La consoli-dacin en sitio
bloquea los granos de arena en ellugar mediante la inyeccin de
resinas y ca-talizadores en las formaciones, generalmente atravs de
disparos en el revestimiento. El empla-zamiento qumico y la
derivacin a travs de exten-sas zonas y de los disparos son
difciles. Losdisparos selectivos y orientados tienen como obje-tivo
impedir la produccin de arena, al evitar losintervalos dbilmente
consolidados o alinear losdisparos con los esfuerzos mximos en la
forma-cin para aumentar la estabilidad de los mismos.3
Tubos filtro en pozoabierto horizontal
Consolidacin en sitio y disparos selectivos u orientados
Empaque de grava en pozo entubado
Fracturamiento y empaque de grava en pozo entubado
Empaque de grava en pozo abiertoTubos filtro en pozo abierto
Filtro de grava en pozo abierto horizontal
Tubera de revestimiento
intermedia
Resina
Cemento
Disparos
Fractura
Grava
Filtro de grava
Tubera hermtica
Revoque defiltracin
Pozo abierto
Filtro de grava
Grava
Tubera derevestimientode produccin
Tubera derevestimientode produccin
> Control de la produccin de arena. Los disparos selectivos u
orientados evitan las zonas dbiles y minimizan la produccin de
arena; la tubera de revesti-miento cementada ofrece un positivo
aislamiento de las formaciones. El empaque de grava en los pozos
entubados permite el control de la produccin dearena en formaciones
laminadas, arenas de menor calidad o pozos verticales marginalmente
econmicos. El fracturamiento combinado con empaque degrava combina
la estimulacin y el control de la produccin de arena en espesores
apilados o yacimientos con granos pobremente clasificados y de
bajatransmisibilidad. En pozos abiertos, los tubos filtro controlan
la arena en formaciones limpias con grandes granos bien
clasificados y en pozos con cortavida productiva. Los empaques de
grava o fracturas combinadas con empaques de grava mantienen la
productividad o inyectividad por ms tiempo que lostubos filtro en
formaciones sucias con granos pobremente clasificados, en pozos de
alta tasa de produccin con mayor transmisibilidad y grandes
reser-vas, y en terminaciones en aguas profundas o submarinas de
alto riesgo y alto costo.
1. Carlson J, Gurley D, King G, Price-Smith C y Walters F:Sand
Control: Why and How?, Oilfield Review 4, no. 4(Octubre de 1992):
41-53.
2. El fracturamiento hidrulico utiliza fluidos
especialesinyectados a presiones mayores que los esfuerzos derotura
de la formacin para crear dos alas de fractura, ogrietas opuestas
180, alejndose de la pared del pozo.Estas alas de fractura se
propagan en forma perpendicu-lar al esfuerzo mnimo de las rocas en
un plano preferen-cial de fracturamiento (PFP, por sus siglas en
ingls). Almantenerse abiertas mediante un apuntalante, estas
vasconductoras aumentan el radio efectivo del pozo, permi-tiendo
que un flujo lineal ingrese en las fracturas y luegohacia el pozo.
Los apuntalantes comunes se producen enforma natural, o son de
arena recubierta con resina,bauxita de alta resistencia o sintticos
de cermica yseleccionados mediante tamizado segn las mallas
norteamericanas estndar.
En el fracturamiento estndar, la punta de la fractura esel rea
final que se cubre con apuntalante. Un tratamientodiseado para
controlar la longitud de la fractura (TSO,por sus siglas en ingls),
provoca que el apuntalante seempaque, o forme una obturacin, cerca
de la parte finalde la fractura en las primeras etapas del
tratamiento. Amedida que se bombea ms fluido cargado con
apunta-lante, las fracturas ya no se pueden propagar ms
pro-fundamente dentro de la formacin y comienzan aextenderse o
ampliarse rpidamente. Esta tcnica creauna va ms ancha y conductora
puesto que se concen-tra mayor cantidad de apuntalante cerca del
pozo.
3. Behrmann L, Brook JE, Farrant S, Fayard A, VenkitaramanA,
Brown, A, Michel C, Noordermeer A, Smith P yUnderdown D: Tcnicas de
diseo de los disparos paraoptimizar la productividad, Oilfield
Review 12, no. 1(Primavera de 2000): 54-79.
-
El empaque de gravamtodo de control deproduccin de arena
efectivo y ampliamente utili-zadocoloca grnulos, o grava, alrededor
de fil-tros mecnicos, o filtros de grava metlicos,dentro de los
pozos abiertos o entubados con dis-paros.4 La grava es arena
natural redonda y lim-pia o material sinttico lo
suficientementepequeo como para excluir los granos y
algunaspartculas finas de los fluidos producidos, pero
losuficientemente grande como para mantenerseen su lugar mediante
los filtros de grava. Se bom-bea una lechada de fluido de
transporte y gravaen los disparos y en el espacio anular que
existeentre los filtros de grava y el pozo abierto o entu-bado con
disparos. La grava se deposita a medidaque el fluido de transporte
se pierde en las for-maciones o circula de regreso a la superficie
atravs de los filtros de grava.
En algunas reas y bajo ciertas condicionesde la formacin, los
tubos filtro pueden ser unaalternativa al empaque de grava o al
fractura-miento combinado con empaque de grava. Laproductividad
inicial de las terminaciones contubos filtro es normalmente buena,
pero con eltiempo los slidos pueden taponar los filtros. Porel
contrario, los empaques de grava tienden amantener la productividad
y la integridad del con-trol de la produccin de arena por perodos
mslargos, debido a la mayor estabilidad del pozo.Sin embargo,
muchas terminaciones con tubos fil-tro no excluyen adecuadamente la
arena. Otrospozos terminados sin empaque de grava no hanfallado
completamente, pero producen a menorestasas debido a que los tubos
filtro resultan tapo-nados o erosionados.
En consecuencia, hay una tendencia entre losoperadores a
utilizar el empaque de grava paraproteger los filtros de grava y
lograr mejores ter-
minaciones de pozos. Dimensionar la gravacubriendo correcta y
completamente el espacioanular, estabiliza las formaciones y
protege losfiltros de grava de la erosin y del taponado gra-dual.
Sin embargo, las operaciones estndar deperforacin y empaque de
grava pueden atraparlodo y residuos de fluidos de transporte entre
lagrava y las formaciones, o dentro del empaquede grava, daando las
permeabilidades del yaci-miento y del empaque. El dao inducido por
lasterminaciones produce una alta cada de presinpara la iniciacin
del flujo y una menor producti-vidad despus del empaque de grava.
Esto rigeespecialmente cuando se utilizan sistemas defluidos
convencionales de bajo costo, sin impor-tar su rendimiento.
Este artculo detalla el empaque de grava depozos horizontales
abiertos. Se examinan lasmedidas de control de produccin de
arena,incluidos los tubos filtro, el empaque con agua yla tecnologa
Alternate Path, o filtro de grava contubos de derivacin. Se
analizan los desafos ylos ltimos desarrollos en materia de fluidos
detransporte y la remocin del revoque de filtracin(enjarre,
costra). Historias de casos demuestran laefectividad de los mtodos
ms modernos de lim-pieza del pozo, incluidos los productos
qumicos,los procedimientos y las herramientas. Tambinse incluyen la
simulacin del emplazamiento degrava bombeando por encima de la
presin defracturamiento, o con fluidos a base de aceite, ascomo
tambin los filtros de grava expandibles.
54 Oilfield Review
1000100
Transmisibilidad (kh/), 1000 mD-pies/cp
Efic
ienc
ia d
e flu
jo, %
1011
10
100
Baja eficiencia de flujo
Alta eficiencia de flujo
Curva del mejor ajuste para 12 pozos de alto flujo Curva del
mejor ajuste para 8 pozos de alto flujo
Productividad de pozos entubados fracturados y empacados con
grava
> Pozo abierto o entubado? Los datos de produccin demostraron
el efecto del revesti-miento con disparos en el rendimiento del
flujo de entrada al pozo. En yacimientos conmenor
transmisibilidadpermeabilidad multiplicada por el espesor neto
(kh), dividida porla viscosidad del fluido ()menor a unos 40,000
mD-pies/cp, la eficiencia de flujo es altaen las terminaciones de
pozos entubados con disparos y con fracturas combinadas conempaque
de grava para el control de la produccin de arena y la estimulacin.
Sin embar-go, en pozos de alta tasa de flujo, los beneficios de la
estimulacin se pueden perder cuan-do la capacidad de flujo (kh) del
yacimiento es alta o la viscosidad del fluido es baja debidoa que
el flujo es estrangulado por los disparos. En formaciones con kh/
mayor a 40,000mD-pies/cp, los operadores deben considerar
terminaciones a pozo abierto y, en lo posi-ble, secciones
horizontales frente a los intervalos productivos para evitar la
reduccin dela eficiencia de flujo, como consecuencia de las
restricciones y turbulencia causadas porlos disparos. Los tubos
filtro, los empaques de grava en pozos abiertos y los filtros de
gravaque se expanden contra las paredes del pozo son opciones para
controlar la produccinde arena en yacimientos con alta
transmisibilidad.
4. Sherlock-Willis TM, Morales RH y Price P: A GlobalPerspective
on Sand Control Treatments, artculo de laSPE 50652, presentado en
la Conferencia Europea sobreel Petrleo de la SPE, La Haya, Holanda,
20 al 22 de octu-bre de 1998.Parlar M y Albino EH: Challenges,
Accomplishments,and Recent Developments in Gravel Packing, Journal
ofPetroleum Technology 52, no. 1 (Enero de 2000): 50-58.
-
Otoo de 2001 55
Pozos entubados o abiertos?La perforacin de pozos horizontales y
de granngulo es comn cuando se trata de pozos nue-vos y de
reentrada, incluso en los yacimientosque requieren terminaciones
diseadas para con-trolar la produccin de arena. Las terminacionesa
pozo entubado son poco comunes en los pozoshorizontales porque la
cementacin de la tuberade revestimiento es difcil, los costos de
los dis-paros son ms altos, y para lograr un empaque degrava
eficiente, la limpieza de los disparos nor-malmente es problemtica.
Asimismo, los pozoshorizontales abiertos son menos sensibles aldao
de la perforacin y de la terminacin debidoa que las reas de ingreso
del flujo son significa-tivamente ms grandes. Sin embargo, las
seccio-nes horizontales se perforan con un fluido deperforacin del
yacimiento (RDF, por sus siglas eningls) especial que contiene
polmeros paraaumentar la viscosidad, agentes obturantescomo el
carbonato de calcio [CaCO3], o sal de clo-ruro de sodio [NaCl] y
aditivos (normalmentealmidn u otro polmero) destinados a
controlarlas prdidas de fluido (derecha).5
Mientras mayor sea la porcin del yacimientoexpuesta en un pozo,
mayor ser la productividade inyectividad y menores la cada de
presin y lastasas del flujo en la formacin. Las menores ca-das de
presin y las menores velocidades de losfluidos minimizan la
produccin de arena en algu-nas formaciones. Dado que los disparos
en pozosentubados y la turbulencia del flujo limitan la
pro-ductividad, particularmente en pozos de altastasas de
produccin, los operadores normal-mente efectan terminaciones a pozo
abierto enlos tramos horizontales para obtener una produc-tividad
ptima.6 En base a la transmisibilidad delyacimientopermeabilidad
multiplicada porespesor (kh), dividida por la viscosidad del
fluido()BP evalu la productividad de los pozosentubados,
fracturados y posteriormente empa-cados con grava en trminos de la
eficiencia deflujo (pgina anterior).7
A medida que aumenta la viscosidad delfluido del yacimiento o
disminuyen la permeabili-dad y la relacin entre el espesor neto y
eltotalmenos espesor productivo, ms limo yms lutitalos operadores
pueden necesitarrecurrir al fracturamiento hidrulico combinado
con empaque de grava, como tcnica de estimu-lacin y control de
la produccin de arena enyacimientos laminados o multicapa. A
medidaque disminuye la viscosidad del fluido del yaci-miento o
aumentan la permeabilidad de la for-macin y la relacin entre el
espesor neto y eltotalms espesor productivo, menos limo ymenos
lutitalos disparos en la tubera derevestimiento reducen la
eficiencia de la produc-cin y podran no obtenerse los beneficios de
laestimulacin, porque el flujo es estrangulado porlos disparos.
En las formaciones de alta permeabilidad y dealta productividad,
los operadores deben conside-rar las terminaciones a pozo abierto
con secciones
horizontales o de gran ngulo en los yacimientos,y tubos filtro,
empaques de grava o filtros de gravaexpandibles para el control de
la produccin dearena. Las terminaciones a pozo abierto querequieren
control de la produccin de arena prc-ticamente se han duplicado
desde 1997 hasta elao 2000. De estos pozos, aproximadamente el20%
tenan empaque de grava en 1997 y 1998, encomparacin con el 40% en
el ao 2000. Se prevque esta tendencia contine, y se aproxime al60%
en el ao 2003.8 El control de la produccinde arena en terminaciones
a pozo abierto de sec-ciones largas y horizontales requiere nuevas
tec-nologas, ingeniera detallada, planificacinavanzada y una
cuidadosa ejecucin.
5. Houwen O, Ladva H, Meeten G, Reid P y Williamson D: ANew
Slogan for Drilling Fluids Engineers, Oilfield Review9, no. 1
(Primavera de 1997): 2-16.
6. Tiffin D, Stevens B, Park E, Elliott F y Gilchrist
J:Evaluation of Filter Cake Flowback in Sand ControlCompletions,
artculo de la SPE 68933, presentado en laConferencia Europea sobre
Dao de la Formacin de laSPE, La Haya, Holanda, 21 y 22 de mayo de
2001.
7. Bennett CL: Sand Control Design for Open HoleCompletions,
presentacin como parte del Programa delConferencista Distinguido de
la SPE, septiembre de 1999a mayo de 2000.
Revoque de filtracin (enjarre, costra) suelto
Revoque de filtracin
Velocidad de desplazamiento de 300 pies/min [91 m/min]
Pared del pozo
Formacin0.04 pulgadas
1 mm
>Revoque de filtracin. Un fluido de perforacin del yacimiento
(RDF, por sus siglas en ingls) correc-tamente formulado y
acondicionado deposita un revoque de filtracin de lodo delgado y de
baja per-meabilidad en las paredes del pozo que no invade en forma
profunda las formaciones. Los componen-tes incluyen polmeros para
aumentar la viscosidad, agentes densificantes y obturantes, y
aditivos decontrol de prdidas de fluidos que se sellan dentro de
unos pocos dimetros de granos de la formacin,para reducir al mnimo
la invasin de fluidos y de partculas en los intervalos productivos.
Salmuerasbase, sales, CaCO3 y barita son agentes densificantes
comunes. Los agentes obturantes y los aditivosde control de prdidas
de fluidos se empacan frente a la pared del pozo. El
acondicionamiento correc-to del fluido RDF y los desplazamientos
del pozo remueven el material del RDF suelto y minimizan elespesor
del revoque de filtracin.
8. Parlar M, Bennett CL, Gilchrist J, Elliott F, Troncoso
J,Price-Smith C, Brady M, Tibbles RJ, Kelkar S, Hoxha B yFoxenberg
WE: Emerging Techniques in Gravel PackingOpen-Hole Horizontal
Completions in High-PerformanceWells, artculo de la SPE 64412,
presentado en la Con-ferencia y Exhibicin sobre Petrleo y Gas del
PacficoAsitico de la SPE, Brisbane, Queensland, Australia, 16al 18
de octubre de 2000.
-
Tubos filtro o empaque de grava?En la dcada de 1980 y principios
de 1990, lostubos filtro eran la principal alternativa para
elcontrol de la produccin de arena para termina-ciones a pozo
abierto de secciones horizontales.No se consideraba factible el
empaque de gravade largas secciones. Los operadores instalaban
fil-tros de grava convencionales con envoltura dealambre en los
pozos abiertos sin empaque degrava, pero con el tiempo adoptaron
los diseosde malla premium y preempacadas para lograr unmayor
rendimiento y ms confiabilidad (derecha).
Debido a las reas ms grandes de entrada deflujo, la
productividad inicial de las terminacioneshorizontales con tubos
filtro es normalmentemayor y las velocidades de flujo por unidad
delongitud del pozo son menores que en los pozosverticales. Sin
embargo, muchas terminacionescon tubos filtro pierden productividad
dado quelos slidos de las formaciones taponan los filtros,y con el
tiempo fallan por la mayor produccin dearena debido a la erosin
causada por la altavelocidad en las reas restantes abiertas de
losfiltros de grava. Al comienzo, los tubos filtro sebajaban en
ambientes con lodo no acondicio-nado, en vez de hacerlo en medio de
fluidos determinacin limpios y filtrados. El mal filtrado y elpobre
acondicionamiento del fluido, los desplaza-mientos inadecuados
despus de la perforacin yantes de la instalacin de los filtros de
grava, y lafalta de limpieza del revoque de filtracin redun-daron
en el taponado de los filtros de grava y enuna baja
productividad.
La instalacin de filtros de grava en pozosabiertos sin empaque
de grava es exitosa enmuchos pozos, pero la eficiencia y la
confiabilidadvaran.9 Inicialmente, los porcentajes de
fallaspromediaban entre el 50 y el 65% para las termi-naciones con
tubos filtro, pero disminuyeron acasi un 20% a medida que mejoraron
las tcnicasde limpieza y los fluidos de perforacin.10 Lospozos con
limos y lutitas reactivas siguenteniendo altos porcentajes de
fallas provocadaspor la produccin de arena y por la menor
produc-tividad debido a la obturacin de los tubos filtro.En el Mar
del Norte, los factores de recuperacinpara los pozos terminados con
tubos filtro gene-ralmente satisfacen las expectativas; las fallas
enel control de la produccin de arena han sidobajas, sin embargo,
han aumentado con el
tiempo. A pesar de ello, algunos pozos termina-dos con tubos
filtro tienen porcentajes restringi-dos de produccin debido a la
produccin dearena, la obturacin y la erosin de los filtros degrava,
pero no se clasifican como fallas.
Las compaas operadoras y los proveedoresde servicios siguen
desarrollando pautas y defi-niendo criterios para seleccionar las
tcnicas decontrol de produccin de arena en los pozosabiertos
horizontales (prxima pgina, arriba). Laeleccin entre tubos filtro y
empaque de gravadepende de la permeabilidad de la formacin,
delcontenido de arcillas y finos, de los tamaos delos granos y de
la clasificacin de las partculas,adems de la estabilidad del pozo y
del nmerode intervalos de limos y lutitas expuestos a lassecciones
abiertas del pozo.
56 Oilfield Review
9. Richard BM, Montagna JM y Penberthy WL Jr :Horizontal
Completions2 Stand-Alone Screens Varyin Effectiveness, Oil &
Gas Journal 95, no. 32 (11 deagosto de 1997): 63-69.
10. Bennett C, Gilchrist JM, Pitoni E, Burton RC, Hodge
RM,Troncoso J, Ali SA, Dickerson R, Price-Smith C y ParlarM: Design
Methodology for Selection of HorizontalOpen-Hole Sand Control
Completions Supported by FieldCase Histories, artculo de la SPE
65140, presentado enla Conferencia Europea sobre Petrleo de la SPE,
Pars,Francia, 24 y 25 de octubre de 2000.
11. Perdue JM: Completion Experts Study Gulf of MexicoHorizontal
Screen Failures, Petroleum EngineerInternational 69, no. 6 (Junio
de 1996): 31-32.McLarty J: How to Complete a Horizontal Well in
theGulf of Mexico: Operators Share Experiences,Petroleum Engineer
International 70, no. 11 (Noviembrede 1997): 63-70.Base de datos
interna de pozos horizontales deSchlumberger.
12. Tiffin DL, King GE, Larese RE y Britt LK: New Criteria
forGravel and Screen Selection for Sand Control, artculode la SPE
39437, presentado en el Simposio Internacionalde la SPE sobre
Control del Dao de la Formacin,Lafayette, Luisiana, EUA, 18 y 19 de
febrero de 1998.Bennett et al, referencia 10.
13. La designacin D en el anlisis de las distribucionesde los
tamaos de los granos es la abertura de la mallaque retiene un
porcentaje acumulado especfico de par-tculas. Por ejemplo, D50 es
la abertura de la malla, enmilmetros, pulgadas o micrones (m) por
sobre la cualel 50% de las partculas de la formacin o de la
gravaarena o apuntalante sintticoes retenido.
Filtro de grava con envoltura de alambre Filtro de grava
preempacado
Filtro de grava de malla premium
Tuberabase perforada
Envoltura de alambre
Capaprotectora
Grava de altapermeabilidad
Membrana porosa,fibra o laminado con
incrustacin de metal o fibra
> Filtros de grava para el control de la produccin de arena
(Cortesa de U.S. Filter/JohnsonScreens). Los filtros de grava con
envoltura de alambreel diseo ms comnpor lo ge-neral constan de una
tubera base perforada o ranurada con filtros de alambre
espaciadospara retener tamaos especficos de grava. En las primeras
versiones, los fluidos fluan sloa travs de aberturas en la tubera
base, de modo que se agregaban aristas, o rebordes, paraformar un
espacio anular pequeo que permitiera aumentar la capacidad de flujo
y reducir laobturacin. Los filtros de grava preempacados estn
fabricados con grava revestida de resi-na de alta permeabilidad
entre dos capas de filtros con envoltura de alambre. Los diseos
defiltros de grava de malla premium utilizan un medio de tela de
alambre especial alrededor delfiltro de grava con envoltura de
alambre. Estos filtros de grava normalmente incluyen un
aroprotector con orificios perforados para una mayor proteccin
durante la instalacin o bien,tienen orificios para reducir la
erosin causada por los granos de arena y las partculas finasque
impactan directamente en el filtro interno a alta velocidad.
-
Otoo de 2001 57
La mayora de las terminaciones con tubos fil-tro en los pozos
horizontales del Golfo de Mxicofalla durante los primeros tres aos
de produc-cin, y el tiempo promedio para las fallas deestas
terminaciones en el Mar del Norte es alre-dedor de tres a cuatro
aos.11 Si las velocidadesdel flujo no son altas y la vida
productiva espe-rada es de dos a tres aos, los tubos filtro
puedenser una buena solucin para los pozos con reser-vas limitadas,
debido a los menores costos deinstalacin. Adems de la resistencia y
la perme-abilidad de las rocas, los factores determinantesen la
eleccin de los filtros de grava y la gravason la clasificacin del
tamao de los granos dela formacin, y la uniformidad y el contenido
definos (abajo a la izquierda).12 La uniformidad esuna indicacin de
la variacin de tamaos msgrandes a ms pequeos en los granos de la
for-macin. La clasificacin es una medida del rangode partculas
finas a gruesas en la formacin.
Si el riesgo de que se produzca arena es limi-tado, se pueden
usar tubos filtro en arenas lim-pias (bajo contenido de finos) y
homogneas conbuena relacin entre el espesor neto y el total,
ygranos grandes uniformemente clasificadostamaos medianos (D50)
mayores a 200 mcomo los del Mar del Norte.13 En el caso de
lasareniscas dbiles con granos de medianotamaotamao mediano (D50)
de alrededor de125 mlos principales factores que se debenconsiderar
son la uniformidad del tamao de losgranos y el contenido de finos.
Si las formacionestienen granos mal clasificados o un contenido
definos superior al 5%, los operadores debernconsiderar el empaque
de grava para detener laerosin provocada por la arena y la
obturacin delos filtros de grava con la migracin de finos.
Las areniscas dbilmente consolidadas congranos pequeos, como las
de muchas formacio-nes del Golfo de Mxico, por lo general
contie-nen altos porcentajes de finos y arcillasdispersaspartculas
inferiores a 44 mquehacen poco prcticos a los tubos filtro. Los
pozosen formaciones no consolidadas sucias (altocontenido de finos)
o no homogneas con bajapermeabilidad y granos pequeos mal
clasifica-dostamaos medianos (D50) de alrededor de80 mdeben
terminarse con empaques degrava porque los tubos filtro podran no
mantenerla productividad, ni permitir un control de la pro-duccin
de arena confiable a largo plazo. Los tra-tamientos de
fracturamiento combinados conempaque de grava tambin son una
opcin.
Mediana
Calidad de la arena (espesor neto, clasificacin y uniformidad de
las partculas, homogeneidad y permeabilidad de la formacin)
Med
iana
Prob
abili
dad
de p
rodu
cci
n de
sl
idos
(re
sist
enci
a de
la ro
ca y
esf
uerz
os e
n si
tio)
Baja
Alta
Baja Alta
Campo I Campo HCampo F
Gran agotamiento esperado (pobre soporte del acufero,
agotamiento, empuje por compactacin o por expansin de gas)
Golfo de Mxico Mar del Norte OtrosMantenimiento de la presin
(buen soporte del acufero, inyeccin de gas o agua)
Empaque de grava en pozo abierto
Empaque o filtros de grava expandibles en pozo abierto
Campo ACampo B
Tubos filtro de malla premium
Tubos filtro convencionales
Campo G
Campo F1 Campo E
Campo D
Campo C
Sin control de produccin de arena
> Tubos filtro o empaque de grava en pozo abierto? Una grfica
de interrelacin de la probabilidad deproduccin de slidos con
respecto a la calidad de la arena de la formacin, ayuda a los
operadores adesarrollar pautas para evaluar y seleccionar mtodos de
terminacin. Los pozos en yacimientos debaja a mediana calidad con
una alta probabilidad de producir arena pueden necesitar
terminaciones apozo abierto con empaques de grava, pero los pozos
en areniscas de alta calidad con similar probabi-lidad de produccin
de arena se pueden terminar con tubos filtro con envoltura de
alambre convencio-nales, o preempacados, o de malla premium. En los
yacimientos con inyeccin de gas o agua, o congrandes acuferos que
mantienen la presin y con arenas de calidad mediana a alta, las
terminacionescon tubos filtro pueden ser adecuadas, mientras que en
yacimientos de calidad similar con agotamiento,o empuje por
compactacin, pueden requerir empaque de grava.
Criterios de uso de tubos filtro y empaques de grava en el diseo
de las terminaciones
Caractersticas de la formacinTipo de terminacin
Filtros de grava con envoltura de
alambre o preempacados
Filtros de grava de malla premium
Pozo abierto con empaque de grava
Contenido de finosinferior a 44 m
Inferior a 2%
Inferior a 5%
Superior a 5%
Coeficiente de uniformidad
D40/D90
Inferior a 3
Inferior a 5
Superior a 5
Coeficiente declasificacin
D10/D95
Inferior a 10
Inferior a 10
Superior a 10
> Criterios de seleccin de los filtros de grava y de los
empaques de grava. A medida que las formaciones son menos
uniformes, la seleccin del tipo determinacin requiere la
consideracin de parmetros distintos a los tamaosmedios de los
granos (D50) del anlisis granulomtrico. El coeficiente de
clasifi-cacin D10/D95, el coeficiente de uniformidad D40/D90 y el
porcentaje de partcu-las de 44 m y de menor tamao, determinan la
calidad de la formacin e influ-yen en los diseos de los filtros de
grava y de los empaques de grava. Porejemplo, probablemente sean la
mejor eleccin las terminaciones con empaquede grava a pozo abierto
en aquellos pozos con un coeficiente de clasificacinsuperior a 10,
un coeficiente de uniformidad mayor a 5 y un contenido de finosde
44 micrones superior al 5%.
-
En los pozos de altas tasas de produccin yalto costo, las
intervenciones correctivas costo-sas pueden afectar la rentabilidad
del campo ydel proyecto en general. De hecho, la mayora delos
contratos de distribucin de gas contemplaaltas multas por no
cumplir con las cuotas de pro-duccin. Para estas terminaciones
sensibles alcosto y al riesgo, la incertidumbre y los
histrica-mente altos porcentajes de fallas con los tubosfiltro
justifican el uso de empaques de grava.
A menos que las formaciones tengan granosbien clasificados y
extremadamente limpios, lospozos de produccin e inyeccin submarinos
quepueden producir arena y la mayor parte de lospozos en aguas
profundasms de 1000 a 2000pies [305 a 610 m]deben terminarse
conempaques de grava para evitar las intervencio-nes correctivas de
alto costo, especialmentecuando hay grandes volmenes de reservas
enjuego. Los pozos de gas de alta produccin tam-bin necesitan
empaques de grava cuando la
produccin de arena y la erosin de los filtros degrava afectan la
seguridad.
Los tubos filtro pueden justificarse en ciertasaplicaciones:
pozos que no son submarinos con una corta
vida productiva y colapso uniforme del pozo,independientemente
de su produccin
pozos que no son submarinos y de baja produc-cin, con pocos
intervalos de limos o lutitas ycon colapso parcial o sin colapso
del pozo
pozos de inyeccin que no son submarinos conun espacio anular
pequeo entre el filtro degrava y el pozo que limita el flujo
alrededor de losfiltros de grava.
La rentabilidad marginal, las limitaciones deinversin de
capital, los posibles daos en lasterminaciones o la reduccin de la
productividady la prdida del aislamiento de las formaciones,son las
razones para no colocar empaques degrava en los pozos horizontales
terminados a
pozo abierto. Sin embargo, la mayora de los ope-radores
concuerda en que se prefieren los empa-ques de grava en los pozos
horizontalesterminados a pozo abierto para reducir las
fallasrelacionadas con la produccin de arena y mini-mizar la cada
de la productividad asociada conlas mismas. Los pozos de alta
presin y alta tem-peratura (HPHT, por sus siglas en ingls)
puedenser la excepcin, debido a las limitaciones de ren-dimiento y
compatibilidad de los fluidos. Estasaplicaciones de control de la
produccin de arenade pozos HPHT presentan desafos para los
inge-nieros de terminacin de pozos y actualmenteestn bajo
evaluacin.
Empaque con agua o filtros de grava Alternate Path?El uso de
empaques de grava en terminaciones apozo abierto ha evolucionado a
medida que losoperadores y las compaas de servicios hanadquirido
experiencia y una mayor comprensinacerca del dao de las
terminaciones y del empla-zamiento de grava en los pozos
horizontales. Si serequiere empaque de grava, los operadores
debenelegir entre dos tcnicas probadas en el campoque se encuentran
actualmente disponibles parala terminacin de largas secciones de
pozos abier-tos; stas son el empaque con agua y los filtros degrava
Alternate Path.
El empaque con agua utiliza bajas concentra-ciones de grava0.5 a
2 libras de apuntalanteagregado (ppa) por galn [0.06 a 0.2
g/cm3]transportada por fluidos de baja viscosidad, nor-malmente
salmuera (izquierda).14
El lado bajo del espacio anular se empaca pri-mero hasta que la
grava llega al extremo final,tambin llamado punta, o hasta que la
grava sedesborda y forma una obturacin debido a lasgrandes prdidas
de fluido. Las fuerzas gravita-cionales dominan esta onda alfa, de
modo quela grava se asienta como las dunas de arenasoplada por el
viento en una playa hasta alcanzaruna altura de equilibrio. Si el
flujo de fluido per-manece por sobre la velocidad crtica para
eltransporte de partculas, la grava descender poruna seccin
horizontal hasta la punta.
Una vez que se detiene la onda alfa, unasegunda onda, u onda
beta, cubre el espacioanular por el lado superior hacia atrs y
hacia elcomienzo de la seccin horizontal, tambin lla-mada taln,
desde la punta o desde una obtura-cin. La onda beta requiere una
velocidad defluido suficiente para mantener un flujo turbu-lento y
mover la grava a lo largo de la parte supe-rior del espacio anular.
Esta onda contina hasta
58 Oilfield Review
Tuberahermtica
1 2 3 4 5
678910
LechadaTaln Punta
Tubera derevestimiento Filtros de grava
Revoque de filtracinPozo abierto
Filtro de grava Tubo lavador
Duna de gravaTubo lavador
Onda beta
Onda alfa
Tpica respuesta de presin de tratamientode superficie para
empaque con agua
Etapa de prelavado
Etapa de mezclado
Etapa de desplazamiento
Onda alfa: transporte de la lechada a lo largo de los filtros de
grava
Lechada en lapunta del pozo
Onda beta: empacado de grava desde el taln hasta la punta
Cierre anular
Pres
in
de tr
atam
ient
o de
sup
erfic
ie, l
pc
Duracin del tratamiento, min
> Empaque con agua. Los empaques de grava con fluidos de baja
viscosidad, normalmente salmuera, sebasan en el depsito de grava
alrededor de los filtros de grava en el lado bajo del espacio
anular, mien-tras que la lechada con bajas concentraciones de grava
se mueve en flujo turbulento a lo largo de laparte superior (parte
superior e inferior derecha). El pozo se debe sellar con un revoque
de filtracindel fluido RDF para reducir al mnimo las prdidas de
fluido. Si la circulacinel fluido retorna a la su-perficiese
mantiene, la grava circula hacia el extremo final, o punta, de las
secciones horizontalesen una onda alfa (1 a 5). Si la lechada se
deshidrata y cesa el empaque posterior en los intervaloscon grandes
prdidas de fluido, la grava llena el espacio anular y forma una
obturacin. El resultado esun empaque incompleto ms all de ese
punto. Despus de que se produce la obturacin o que la gravallega a
la punta, el empaque regresa al comienzo, o taln, de una seccin
horizontal en una onda beta(6 a 10). Las presiones de tratamiento
de superficie brindan una indicacin de la forma en que se
estndesarrollando los tratamientos de empaque con agua (parte
inferior izquierda).
-
Otoo de 2001 59
que el espacio entre el empaque y la formacinse hace
relativamente pequeo para el tamaode la partcula de grava. Se
requiere un revoquede filtracin de baja permeabilidad para
impedirla prdida de fluido hacia las formaciones, man-tener la
altura de equilibrio de la grava, evitar laobturacin de la grava,
que conduce a un empa-que incompleto, y permitir que los filtros de
gravase instalen sin que se atasquen por presin dife-rencial. El
menor flujo anular que resulta de laprdida de fluido por la erosin
del revoque de fil-tracin o de exceder la presin de
fractura-miento, aumenta la altura de la grava aguasabajo y la
posibilidad de obturacin prematura,as como los vacos en el
empaque.
El empaque con agua depende en gran medi-da de la integridad del
revoque de filtracin ypuede no empacar completamente el
espacioanular, lo que puede crear incertidumbre acercadel xito y de
la consistencia de la terminacin.Por esta razn, se usa un fluido
RDF especial ycuidadosamente diseado para perforar seccio-nes del
yacimiento que sern terminadas a pozoabierto. Un RDF debe formar un
revoque de filtra-cin delgado y de baja permeabilidad que seafrgil,
pero capaz de soportar la erosin mientrasse bombea la grava. Estas
caractersticas hacenque el revoque de filtracin sea ms fcil
deremover o, al menos, menos daino para la per-meabilidad de la
formacin.15
En caso de que se requieran tratamientos delimpieza, stos deben
seguir el empaque conagua para mantener la integridad del revoque
defiltracin mientras se coloca la grava. En yaci-mientos con baja
relacin entre el espesor neto yel total, los intervalos de limos y
lutitas expues-tos a los fluidos de terminacin pueden ser ero-
sionados y transportados por el flujo de alta velo-cidad por
largos perodos, posiblemente redu-ciendo la permeabilidad final de
los empaques degrava. El uso de filtros de grava preempacados ode
malla premium para controlar la produccinde arena en caso de un
empaque incompleto,compensa en cierta forma las limitaciones
delempaque con agua. Sin embargo, se necesitabaun mtodo ms
confiable.
Los empaques de grava con filtros de gravaAlternate Path
utilizan tubos de derivacin porfuera de los filtros de grava y
altas concentracio-nes de grava4 a 8 ppa [0.48 a 0.96
g/cm3]enfluidos de transporte viscosos, para asegurarempaques de
grava completos por debajo de lasobturaciones que se forman entre
los filtros degrava y la tubera de revestimiento o las paredesdel
pozo (abajo).16 A diferencia del empaque conagua, esta tcnica no
depende de la integridaddel revoque de filtracin. Si se forma una
obtura-cin de grava anular, la presin en el espacioanular aumenta y
la lechada se desva hacia los
tubos de derivacin, la nica va de flujo abierta.Los tubos de
derivacin tienen conductos paraque la lechada se desve del pozo
colapsado, delos empacadores inflables externos, o de
lasobturaciones de grava anulares en la parte supe-rior de los
intervalos o junto a las zonas con altasprdidas de fluido.17
Las pruebas a gran escala que simulan prdi-das de fluido
extremadamente altas demostraronque un solo tubo de derivacin podra
empacarintervalos horizontales de 2000 pies, incluso sinretornos de
fluido hacia la superficie.18 Los inge-nieros adaptaron los filtros
de grava AlternatePath para pozos abiertos ms largos con eldiseo de
boquillas y tubos de derivacin quereducen la acumulacin de grava
dentro de lostubos de derivacin, mediante el uso de fluidosno
dainos con buena capacidad de transportede grava y la instalacin de
protectores de lostubos con orificios perforados alrededor de
todoel conjunto para ayudar a centralizar los filtros degrava y
proteger los tubos de derivacin.
14. Parlar y Albino, referencia 4.Penberthy Jr WL, Bickham KL y
Nguyen HT: HorizontalCompletionsConclusion: Gravel Packing
PreventsProductivity Decline, Oil & Gas Journal 95, no. 35 (1
de septiembre de 1997): 56-60.
15. Pitoni E, Ballard DA y Kelly RM: Changes in
SolidsComposition of Reservoir Drill in Fluids DuringDrillingand
the Impact on Filter Cake Properties, art-culo de la SPE 54753,
presentado en la ConferenciaEuropea sobre Dao de la Formacin de la
SPE, LaHaya, Holanda, 31 de mayo al 1 de junio de 1999.
16. Jones LG, Yeh CS, Yates TJ, Bryant DW, Doolittle MW yHealy
JC: Alternate Path Gravel Packing, artculo de laSPE 22796,
presentado en la 66 Conferencia y ExhibicinTcnica Anual de la SPE,
Dallas, Texas, EUA, 6 al 9 deoctubre de 1991.
17. La tecnologa de filtro de grava con tubos de derivacinfue
desarrollada por Mobil (actualmente ExxonMobil), afines de la dcada
de 1980 y comienzos de la dcada de1990, y se ha entregado bajo
licencia a Schlumberger.
18. Jones LG, Tibbles RJ, Myers L, Bryant D, Hardin J yHurst G:
Gravel Packing Horizontal Wellbores withLeak-Off Using Shunts,
artculo de la SPE 38640, pre-sentado en la Conferencia y Exhibicin
Tcnica Anualde la SPE, San Antonio, Texas, EUA, Octubre 5-8,
1997.
Tubera de revestimiento
Taln PuntaTubo de derivacin
Tubo de derivacin
Boquillas
Boquilla
Lechada
1
2
3
4 5
Tubo lavador Tuberahermtica
Grava Filtro degrava
Pozo abierto Revoque de filtracin
Pres
in
de tr
atam
ient
o de
sup
erfic
ie, l
pc
Duracin del tratamiento, min
Etapa de desplazamiento
La presin aumentaa medida que el flujose desva hacia el tubo de
derivacin
Etapa demezclado
Onda alfa: transporte de lechada a lo largo de las filtros de
grava
Tpica respuesta de presin de tratamiento de superficie para
filtros de grava con tubos de derivacin
Etapa de prelavado Cierre anularLechada en la punta del pozo
Tuberahermtica
Filtro degrava
Empaque de grava
> Empaques de grava con filtros de grava Alternate Path. Esta
tecnologa asegura un empaque degrava completo alrededor de los
filtros de grava en una seccin horizontal entera. Los tubos de
deriva-cin conectados por fuera de los filtros de grava proveen
conductos para que la lechada se desve delas obturaciones de grava
y llene los vacos en el espacio anular (parte superior y parte
inferior dere-cha). Los tubos de derivacin no dependen del revoque
de filtracin para impedir las prdidas de fluido.Si el espacio
anular entre los filtros de grava y los empaques del pozo abierto
se tapona prematura-mente (3), la lechada se desva hacia los tubos
de derivacin y el empaque de grava prosigue hacia lapunta, an
cuando no haya retorno del fluido, o circulacin hacia la superficie
(4 y 5). La velocidad debombeo por lo general disminuye una vez que
comienza el flujo a travs de los tubos de derivacin yaumenta la
presin debido al menor dimetro de dichos tubos (parte inferior
izquierda).
-
La grava no gira fcilmente hacia orificios desalida pequeos, de
modo que boquillas en granngulo que se extienden hacia la corriente
deflujo reducen la tendencia a la decantacin de lagrava y a su
concentracin dentro de los tubos dederivacin. Los tubos de
derivacin con orificios,o boquillas, sirven como tubos de empaque.
Paraintervalos extremadamente largos, se conectantubos de derivacin
de transporte sin orificios desalida a lo largo de todo el conjunto
de filtros degrava para limitar la deshidratacin de la
lechadamediante la reduccin de las prdidas del fluidode transporte
en el espacio anular, y dirigir lalechada hacia los tubos de
empaque a razn de 4a 6 bbl/min [0.6 a 0.9 m3/min].
Los tubos de transporte se conectan a lostubos de empaque
mediante un tubo distribuidoren cada empalme de los filtros de
grava. Lalechada fluye hacia abajo por los tubos de empa-que o
desde los tubos de transporte hacia lostubos de empaque y sale a
travs de boquillas decarburo resistentes al desgaste, para
empacarlos vacos detrs de los filtros de grava a 0.5 a 2bbl/min
[0.08 a 0.3 m3/min]. Tambin se puedenconectar tubos de transporte a
la tubera herm-tica que se encuentra en la parte de arriba de
unconjunto de filtros de grava, para que la lechadapueda pasar en
caso de que el orificio colapse ose forme una obturacin de grava en
la partesuperior del intervalo.
Simulacin de emplazamiento de gravaLas herramientas
computacionales son parteintegrante del diseo de tratamientos para
elcontrol de la produccin de arena que reducenlos
reacondicionamientos correctivos y las fallasde terminaciones. La
simulacin de procesos deemplazamiento de grava permite realizar
anlisisde sensibilidad con diversos parmetros deemplazamiento de
grava (derecha). Estas herra-mientas de simulacin ayudan a los
operadores aevaluar los intervalos de terminacin, los fluidosde
transporte, los tamaos y las concentracionesde grava, las tasas de
bombeo, las prdidas defluidos hacia la formacin y los retornos a
la
superficie. Las simulaciones tambin se utilizanpara optimizar
los tubos lavadores, los filtros degrava y las configuraciones de
las herramientasde servicio.19 Por ejemplo, el programa de
com-putacin SandCADE incluye seis mdulossimulacin de emplazamiento
de grava paraempaque con agua y con tubos de derivacin,
programacin de bombeo, simulador de fractura-miento combinado
con empaque de grava, movi-mientos de la tubera y clculos de la
hidrulicadel empacador, y anlisis de torsin y arrastreque proveen
la informacin necesaria para dise-ar, ejecutar y evaluar los
tratamientos deempaque con agua y con tubos de derivacin.
60 Oilfield Review
19. Karlstad S, Sherlock-Willis T, Rajan S, Samsonsen B yMonstad
PA: An Evaluation and Design Approach toGravel-Pack Treatments in
the Gullfaks Field, artculode la SPE 48978, presentado en la
Conferencia yExhibicin Tcnica Anual de la SPE, Nueva
Orlens,Luisiana, EUA, 27 al 30 de septiembre de 1998.
20. Sherlock-Willis T, Romero J y Rajan S: A
CoupledWellbore-Hydraulic Fracture Simulator for RigorousAnalysis
of Frac-Pack Applications, artculo de la SPE39477, presentado en el
Simposio Internacional sobreControl de Dao de la Formacin de la
SPE, Lafayette,Luisiana, EUA, 18 al 19 de febrero de 1998.
.
0% 0 a 20% 21 a 40% 41 a 60% 61 a 80% 81 a 99% 100%
Radi
o no
rmal
izado
1.0 0.5
0 -0.5 -1.0
Profundidad medida, pies12,392.0 12,835.7 13,279.4 13,723.0
14,166.7
1.0 0.5
0 -0.5 -1.0
Efecto de la permeabilidad de la formacin
Profundidad medida, pies12,392.0 12,835.7 13,279.4 13,723.0
14,166.7
Radi
o no
rmal
izado
1.0 0.5 0
-0.5 -1.01.0 0.5 0
-0.5 -1.0
Efecto del dao
Profundidad medida, pies12,392.0 12,835.7 13,279.4 13,723.0
14,166.7
Radi
o no
rmal
izado
1.0 0.5
0 -0.5 -1.01.0 0.5
0 -0.5 -1.0
Efecto del dimetro externo del tubo lavador y del dimetro
interno del filtro de grava
Radi
o no
rmal
izado
1.0 0.5
0 -0.5 -1.01.0 0.5
0 -0.5 -1.0
Profundidad medida, pies12,392.0 12,835.7 13,279.4 13,723.0
14,166.7
Efecto de la viscosidad del fluido
1.0 0.5
0 -0.5 -1.0
Radi
o no
rmal
izado
1.0 0.5
0 -0.5 -1.0
Profundidad medida, pies12,392.0 12,835.7 13,279.4 13,723.0
14,166.7
Efecto de la concentracin de grava1.0 0.5
0 -0.5 -1.0
Radi
o no
rmal
izado
1.0 0.5
0 -0.5 -1.0
Profundidad medida, pies12,392.0 12,835.7 13,279.4 13,723.0
14,166.7
Efecto de la tasa de bombeo
Eficiencia de los empaques de grava
500 mD
5000 mD
DE/DI=0.8
DE/DI=0.3
Factor de dao=10
Factor de dao=100
0.4 cp
4 cp
1 ppa
3 ppa
4 bbl/min
1 bbl/min
> Simulacin del emplazamiento de grava. El riesgo de
obturacin de grava aumenta a medida queaumenta la permeabilidad de
la formacin y la longitud de los intervalos, o disminuye la
viscosidad delos fluidos del yacimiento. Los factores que influyen
en el empaque de grava, tales como las caracte-rsticas de la
formacin, las prdidas de fluidos, las configuraciones de los
filtros de grava, las herra-mientas de terminacin del pozo y los
parmetros del tratamiento, se pueden modelar con el uso deprogramas
de computacin. La eficiencia del empaque disminuye a medida que
aumenta la per-meabilidad de la formacin (parte superior
izquierda). El revoque de filtracin de baja permeabilidad,o el alto
factor de dao, reducen las prdidas de fluidos y aumentan la
eficiencia del empaque (partesuperior derecha). El fluido de
transporte tiende a desviarse hacia el espacio anular interno a
medidaque aumenta el espacio entre el tubo lavador y el filtro de
gravala relacin entre el dimetroexterno (DE) del tubo lavador y el
dimetro interno (DI) del filtro de gravalo que hace disminuir
laeficiencia del empaque (centro, a la izquierda). Si bien la
diferencia puede ser grande, no es significa-tiva en este ejemplo.
El aumento de la viscosidad del fluido de transporte para reducir
las prdidas defluidos puede mejorar las caractersticas de
transporte de la grava y la eficiencia del empaque (cen-tro, a la
derecha). Se puede producir una obturacin anular temprana a medida
que aumentan lasconcentraciones de grava (parte inferior
izquierda). La eficiencia del empaque disminuye a medidaque
disminuyen las tasas de bombeo y aumentan las prdidas de fluidos
(parte inferior derecha).
-
Otoo de 2001 61
Los clculos del emplazamiento de grava sebasan en un simulador
de pozo seudo-tridimen-sional, capaz de modelar empaques de grava
enpozos entubados o abiertos, horizontales o verti-cales. Se ha
desarrollado un modelo basado enconceptos similares para simular la
colocacin deempaques de grava mediante filtros de gravaAlternate
Path con tubos de derivacin. Los trata-mientos se pueden disear con
herramientas deservicio en modo de inyeccin forzada o circu-lante.
En el modo circulante, tambin se puedemodelar la presin de la
vlvula de superficie, ode estrangulacin, y la velocidad de retorno
delfluido. El mdulo de programacin de bombeo uti-liza los
requisitos especficos del trabajo y datos,tales como la tasa de
bombeo, la concentracinde grava y los parmetros de fracturas para
gene-rar tratamientos de emplazamiento de grava,reduciendo as la
cantidad de repeticiones que senecesitan para obtener programas de
bombeosatisfactorios.
En el pasado, los fracturamientos combina-dos con empaques de
grava, que por lo generalfallaban debido a un desborde prematuro
degrava, eran diseados nicamente utilizandosimuladores de
fracturamiento hidrulico que noconsideraban las herramientas de
terminacin defondo de pozo; tales como reducciones de
losempacadores, tuberas hermticas, filtros degrava y tubos
lavadores. Los usuarios ahora pue-den efectuar diseos para
controlar la longitudde la fractura y simular tratamientos de
fractura-miento combinados con empaques de grava conun simulador
recientemente desarrollado queacopla el pozo a la fractura
hidrulica.20 Estesimulador modificado, basado en un simulador
defracturamiento hidrulico seudo-tridimensional,calcula parmetros
tales como la distribucin degrava en las fracturas, la altura de
las fracturas,y el flujo del fluido bidimensional como condicio-nes
de borde para el simulador de pozo seudo-tri-dimensional.
El flujo de la lechada se simula junto con losefectos de la
inclinacin del pozo, la decantaciny la obturacin de grava alrededor
de los filtrosde grava, y el flujo del fluido a travs de las
mis-mas. Asimismo, el simulador de fractura avan-zado permite
efectuar diseos para controlar lalongitud de la fractura en
formaciones de altapermeabilidad. Tambin se puede modelar
lainduccin de la obturacin de grava en los pozosmediante la
reduccin deliberada de la tasa debombeo, o el desplazamiento de la
herramientade servicio al final de los tratamientos.
Una vez que se obtiene un programa de bom-beo definitivo, el
mdulo de movimiento de latubera calcula la friccin, el pandeo, los
efectosde sondeo y los efectos trmicos. Adems, per-mite a los
usuarios disear conjuntos de sellosde los empacadores que compensan
el potencialmovimiento tubular. Los clculos de la hidrulicadel
empacador ayudan a generar procedimientospara bajar empacadores a
utilizar en tratamientosde empaque de grava de manera segura y
evitarla liberacin prematura. Los anlisis de torque yarrastre
proporcionan estimaciones para bajar demanera segura conjuntos de
terminacin hasta laprofundidad final sin quedar atascados ni
daarlos componentes.
Empaque con agua en ChinaDurante mayo de 2001, Schlumberger
termin unpozo marino de petrleo en la Baha de Bo Hai enChina, donde
el operador haba perforado unpozo de 812 pulgadas, a ser terminado
con unempaque de grava. No se informaron prdidas defluido durante
la perforacin de una seccin hori-zontal de 634 m [2080 pies]. Se
realizaron variassimulaciones de diseo con el programaSandCADE para
optimizar los procedimientos deempaque con agua en pozos abiertos
(abajo). Lassimulaciones de emplazamiento de grava indica-ron que
una tubera de 312 pulgadas reducira almnimo la decantacin de grava
y mejorara laeficiencia de bombeo.
Se modelaron velocidades de bombeo de 3 a8 bbl/min [0.5 a 1.25
m3/min] para determinar laeficiencia de empaque. Tanto a 7 y 8
bbl/min [1.1y 1.25 m3/min] las altas presiones y las prdidasde
fluidos tuvieron como resultado una obtura-
cin de grava y una eficiencia de empaque de 58y 88%,
respectivamente. Sin prdidas y conretornos completos en la
superficie, las tasas debombeo de 3 a 6 bbl/min [0.95 m3/min]
dieroncomo resultado una eficiencia de empaque del100%, pero 3
bbl/min se consider demasiadobajo, debido a la posibilidad de
decantacin de lagrava en lugares bajos a lo largo del perfil
delpozo horizontal.
Se seleccion el empaque con agua a 5bbl/min [0.8 m3/min]. sta
era la tasa ms altacon el menor riesgo de obturacin que poda
pro-porcionar un empaque completo. El siguientepaso consisti en
determinar las prdidas defluido permisibles, mediante la variacin
del fac-tor de dao o de la permeabilidad de la formacinen el pozo
abierto, de 5 mD y sin prdidas a 350mD y alrededor de 2 bbl/min
[0.3 m3/min] deretornos de fluidos. La onda alfa se detuvocuando
las tasas de retorno disminuyeron amenos de 2 bbl/min, y los
retornos de menos de3 bbl/min fueron considerados inaceptables
porel operador debido al posible aumento de las pr-didas por la
erosin del revoque de filtracin.
La simulacin y el monitoreo del torque y delarrastre durante la
bajada y la extraccin de lasarta de perforacin para desplazar el
RDF confluidos libres de slidos, ayudaron al operador adeterminar
los factores de friccin en la tuberade revestimiento y en el pozo
abierto. Estosdatos se utilizaron en el mdulo de torque yarrastre
del programa SandCADE para estable-cer lmites horizontales de las
diversas sartasde trabajo. Este anlisis predijo el posible pan-deo
de los tubulares de 312 pulgadas durante lainstalacin del filtro de
grava.
Tasa de flujo,
bbl/min
8
7
6
5
4
3
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
205
280
369
450
570
759
68
88
100
100
100
100
1.5
2.0
2.8
4.9
5.8
6.8
28
83
158
254
390
536
2625
2000
1465
1020
650
340
2863
2016
1647
1151
733
391
Concentracinde grava, ppa
Tiempo total de
bombeo, min
Eficiencia deempaque de
grava, %
Altura de la duna, pulgadas
Iniciacin deonda beta, min
Presin de circulacin, lpc
Presin de superficie, lpc
> Diseo del empaque con agua. Antes de empacar con agua una
seccin de 2080 pies [634 m] de unpozo horizontal en la Baha Bo Hai,
China, se efectuaron varias simulaciones por computadora
paraoptimizar el diseo. Las tasas de bombeo se modelaron en
incrementos de 1bbl/min [0.16 m3/min], de 3 a 8 bbl/min [0.5 a 1.25
m3/min] con una concentracin de grava constante de 0.5 ppa. A 7
bbl/min [1.1m3/min] y ms, se forman nodos de grava durante la
propagacin de las ondas alfa debido a las altaspresiones
diferenciales entre el espacio anular formado por el filtro de
grava y el pozo abierto, y el espa-cio anular entre el tubo lavador
y el filtro de grava. Los nodos se continan desarrollando y se
producenobturaciones de grava en el taln del pozo mientras la
presin aumenta durante la propagacin de laonda beta. Se siguen
formando obturaciones incluso a 6 bbl/min. A 3 bbl/min, la
eficiencia de empaquees del 100%, pero la altura de la onda alfa es
cercana al 80% del volumen del espacio anular. Bombear a5 bbl/min
[0.8 m3/min] se traduce en un empaque completo con una altura de
onda alfa anular del 55%.
-
A pesar de las precauciones adicionales, seprodujeron problemas
de pandeo como se anti-cip mientras se intentaba instalar filtros
degrava con sartas de perforacin de 312 pulgadas,de modo que se
extrajo el conjunto de filtros degrava y se volvi a bajar con
tubera de perfora-cin de 5 pulgadas. Se llev a cabo un trata-miento
de empaque con agua despus decomenzar a trabajar nuevamente con la
sarta de312 pulgadas. Para verificar la circulacin, seestablecieron
retornos de fluidos de 4.7 bbl/min[0.75 m3/min] bombeando la
salmuera filtrada a 5bbl/min antes de emplazar grava con unalechada
de 0.5 ppa. Al bombear durante 11 horasa 5 bbl/min se obtuvo una
eficiencia de empaqueestimada de 158% basada en el volumen de
unpozo de 812 pulgadas de dimetro. Se aplic untratamiento de
limpieza posterior al empaquepara disolver el revoque de filtracin
restante.
Empaque con tubos de derivacin en KazakhstnEl empaque de grava
con filtros de gravaAlternate Path se puede extender a
seccionesabiertas extremadamente largas de pozos hori-zontales
mediante modificaciones especficas yuna cuidadosa ingeniera. El
Campo Buzachi delNorte, en Kazakhstn Occidental, cerca del
MarCaspio, est a 300 km [190 millas] al norte deAktau, la ciudad ms
cercana, y es operado porTexaco. En 1999, el Pozo NB4Z fue uno de
los pri-meros pozos horizontales perforados en esteyacimiento de
areniscas poco consolidadas ypoco profundas, que produce petrleo
relativa-mente viscoso. El emplazamiento de empaque degrava en una
seccin abierta de 3000 pies [914m] de un pozo de 812 pulgadas,
requera una can-tidad de grava estimada en 85,000 lbm [38,560kg].
Esto indujo a Texaco a evaluar terminacionesque incluyen empaques
con agua y con tubos dederivacin (arriba a la derecha).21
La seccin horizontal NB4Z era mucho mslarga que en las
terminaciones anteriores en lasque se haban utilizado filtros de
grava con tubosde derivacin de 1100 pies [335 m], de modo quese
optimizaron los diseos de filtros de grava ylos programas de bombeo
para mejorar la efi-
ciencia, reducir el tiempo de instalacin, y permi-tir mayores
velocidades de bombeo. El diseoAllPAC consisti de dos tubos de
transporte lar-gos que se separaban en cada empalme de losfiltros
de grava para alimentar dos tubos deempaque (prxima pgina). Esta
configuracinredujo el nmero de conexiones de tubos de deri-vacin en
un 50% y redujo la posibilidad de pr-didas de fluido y la
deshidratacin de la lechadaen los filtros de grava.
La grava se bombe en modo de circula-cinespacio anular
abiertosin tubos lavado-res dentro de los filtros de grava. Cuando
la gravalleg a la parte superior del filtro de grava, lalechada se
deshidrat inmediatamente mientrasel fluido de transporte se fugaba
por el filtro degrava y se formaba una obturacin anular en laparte
superior de la seccin horizontal. Lalechada se desvi a los tubos de
derivacin y pro-sigui el empaque de grava. El tratamiento seefectu
a 4 bbl/min hasta que la grava mojadacaus problemas de mezclado y
se tuvo que dis-minuir la velocidad para que el mezcladorpudiera
seguir operando. La presin de trata-miento de superficie aument
durante todo eltrabajo y fue lo suficientemente alta como
parasobrepasar el esfuerzo de fracturamiento. Sinembargo, no se
produjo la rotura de la formacindebido a la friccin en los tubos de
derivacin.
La tecnologa de tubos de derivacin fueclave para la ejecucin
exitosa de este empaquede grava en una seccin horizontal abierta
extre-madamente larga en un rea remota. El empaquede grava sin tubo
lavador redund en un ahorrodel tiempo de instalacin y una conexin
roscadaespecial asegur la alineacin correcta del tubode derivacin.
De 100 empalmes de los filtros degrava, 97 se alinearon exactamente
la primeravez. El armado de los filtros de grava y la veloci-dad de
bajada fue de casi seis conexiones porhora. Se logr un completo
empaque de grava,emplazando un 33% ms de grava del volumenanular
terico. La produccin inicial del pozolleg a 34 B/D [5 m3/d] de agua
y 1257 B/D [200m3/d] de petrleo, tres veces la produccin pro-medio
en este campo de una terminacin hori-zontal con tubera de
revestimiento ranurada.
Para escoger entre los mtodos de empaquecon agua y empaque con
tubos de derivacin, losoperadores tuvieron que evaluar la logstica,
losriesgos y los costos de cada aplicacin. Ambastcnicas se haban
utilizado con xito en largostramos horizontales con empaque de
grava. Ensecciones largas, el porcentaje de xito medianteempaque
con agua es de alrededor del 70%,mientras que con el empaque con
tubos de deri-vacin, es superior al 95%.22 El xito est rela-cionado
principalmente con el contenido de lutitay la reactividad de la
lutita con los fluidos de per-foracin y terminacin, con la longitud
de la sec-cin del yacimiento y con la permeabilidad de laformacin.
Cuando se efectan empaques degrava con los filtros de grava
Alternate Path, sepuede remover el revoque de filtracin durantelas
operaciones de empaque de grava, porque nose requiere un pozo
sellado.
62 Oilfield Review
102,000
15
0
3
18
6
405
Empaquecon agua
102,000
9
8
15
29
0.5
4857
Masa de grava con 20% de exceso, lbm
Tiempo de bajada del filtro de grava, hr
Tiempo de bajada y extraccindel tubo lavador, hr
Tiempo de bombeo de grava, hr
Tiempo total de terminacin, hr
Concentracin de grava, ppa
Volumen de fluido, bbl
Empaque con tubos de
derivacin
< Comparacin entre el empaque con agua yel empaque con tubos
de derivacin. Texacoescogi la tecnologa Alternate Path para elpozo
NB4Z en el Campo Buzachi del Norte,Kazakhstn, porque los requisitos
de tiempode terminacin y volumen de fluido eran con-siderablemente
menores que los del empa-que con agua. Ensamblar y operar filtros
degrava con tubos de derivacin requieretiempo adicional, pero el
tiempo de bombeose reduce en un 80% puesto que la concen-tracin de
grava es mucho ms alta. Eltiempo total de terminacin con empaquecon
tubos de derivacin, es 30% menor quecon el empaque con agua. Los
volmenes defluido de empaque con tubos de derivacinson de 10 a 20%
de los requeridos por el em-paque con agua. En este caso, result
menoral 10%, lo cual es importante en reas remo-tas con suministro
limitado de agua.
Foxenberg WE y Lockett CD: Displacement Technologyto Ensure a
Clean Well Bore, Petroleum EngineerInternational 71, no. 10
(Octubre de 1998): 23-28.Price-Smith C, Bennett C, Ali SA, Hodge
RM, Burton RC yParlar M: Open Hole Horizontal Well Cleanup in
SandControl Completions: State of the Art in Field Practiceand
Laboratory Development, artculo de la SPE 50673,presentado en la
Conferencia Europea del Petrleo de la SPE, La Haya, Holanda, 20 al
22 de octubre de 1998.
21. Tibbles R, Blessen E, Qian X, Steven B, Pardo C, Hurst
G,Kubota R y Mysko P: Design and Execution of a 3000-ftHorizontal
Gravel-Packed Completion (A KazakhstanCase History), artculo de la
SPE 64410, presentado enla Conferencia y Exhibicin de Petrleo y Gas
delPacfico Asitico de la SPE, Brisbane, Queensland,Australia, 16 al
18 de octubre de 2000.
22. Bennett et al, referencia 10.23. Smejkal KD y Penberthy WL
Jr: Horizontal
Completions1 Proper Drilling, Displacing Critical forOpen Hole
Completions, Oil & Gas Journal 95, no. 29 (21 de julio de
1997): 71-78.
-
Otoo de 2001 63
Remocin del revoque de filtracinLa obturacin del empaque de
grava durante laproduccin depende en gran medida de la lim-pieza
del revoque de filtracin del RDF. Las deci-siones acerca de la
limpieza del revoque defiltracin dependen del tipo de filtro de
grava, deltamao de grava y del diseo del pozo; termina-cin con
tubos filtro o con empaque de grava, unpozo de produccin o de
inyeccin. Si se requierelimpieza, los ingenieros deben decidir los
compo-nentes del revoque de filtracin que removern.Las tcnicas de
limpieza del revoque de filtracinvaran desde un contraflujo y
produccin sin lim-pieza hasta agresivos procedimientos de
despla-zamiento y tratamientos qumicos en mltiplesetapas efectuados
con tubera flexible.23
El revoque de filtracin formado por el RDFcontiene polmeros,
agentes obturantes y densi-ficantes, aditivos para controlar las
prdidas defluido, as como partculas slidas de la perfora-cin. Los
cidos, oxidantes o enzimas de alfaa-milasa remueven los aditivos de
prdidas defluido, normalmente almidn u otros polmeros.Los agentes
obturantes, normalmente carbonatode calcio o sal de cloruro de
sodio, son disueltospor cidos o salmueras no saturadas,
respectiva-mente. Cuando no hay partculas slidas de laperforacin,
las pruebas de laboratorio indicanque el efecto del revoque de
filtracin en la pro-ductividad de los empaques de grava es
insigni-ficante.
La remocin del revoque de filtracin, ya seaformando pequeos
orificios o mediante desca-macin, se puede lograr a travs del
contraflujodurante la produccin, si el pozo es relativa-mente
estable. No es necesario la rotura total delpolmero. Por lo
general, cierta reduccin de laresistencia del gel es suficiente
para inducir elflujo a bajos diferenciales de presin. Sinembargo,
el contraflujo a menudo puede ser pro-blemtico, especialmente con
tamaos peque-os de grava, filtros de grava de malla premium
opreempacados, y bajas cadas de presin.
Tubo de transporte Boquillas
Tubo de derivacin
Protector del filtro de grava
Filtros de grava
Empacador para empaque de grava QUANTUM
Capa petrolferaFiltro de grava AIIPAC
AZERBAIJNTURKMENISTN
UZBEKISTN
KAZAKHSTN
Mar Caspio
Bak
Akta
Campo Buzachidel Norte
> Diseo Alternate Path para el Campo Buzachi del Norte en
Kazakhstn (inserto superior). Los filtros degrava AllPAC para el
pozo de Texaco constaron de dos grandes tubos de transporte que se
separaban encada empalme del filtro de grava para alimentar los
tubos de empaque (inserto inferior). Esta configura-cin disminuy el
nmero de conexiones de derivacin en un 50% y redujo
considerablemente las prdi-das de fluido y la posibilidad de
deshidratacin de la lechada en la seccin abierta del pozo de 3000
pies.
-
El revoque de filtracin que contiene partculasslidas del fluido
de perforacin puede requeriraltas cadas de presinmayores a 200 lpc
[1.38MPa]para iniciar el flujo cuando el revoque defiltracin queda
atrapado entre la grava y la for-macin. Adems, la permeabilidad
retenida des-pus del contraflujo puede ser extremadamentebaja;
menos del 1% de la permeabilidad originaldel yacimiento.24 Los
resultados de las pruebas ylos datos de campo sugieren que la mayor
partede los empaques de grava en pozos horizontalesabiertos
requiere algn tipo de limpieza.25
El contraflujo sin limpieza qumica es viableen ciertas
terminaciones horizontales largas apozo abierto, pero se necesitan
ms datos deregistros de produccin para cuantificar su efectoa largo
plazo en el manejo del yacimiento. Lairrupcin prematura de agua o
gas, o la conifica-cin en reas en que se forman pequeos orifi-cios,
o donde el revoque de filtracin se descamapueden hacer que los
pozos dejen de ser renta-bles antes de que se produzcan todas las
reservasrecuperables. La limpieza no uniforme tiene ries-gos
similares.
Las enzimas y oxidantes que atacan sola-mente el almidn y los
polmeros, o los cidos que
disuelven los agentes obturantes de CaCO3 y rom-pen los geles
polmeros, limpian los componentesdel revoque de filtracin. Debido a
que las frac-ciones de almidn en formulaciones de RDF sonmucho
mayores que las de los polmeros, slosacando el almidn del revoque
de filtracin sereduce significativamente la presin de la inicia-cin
del flujo y el deterioro de la permeabilidad.Las enzimas u
oxidantes se pueden utilizar al finaldel tratamiento, durante el
desplazamiento de lalechada para remover el almidn y los
polmeros,sin embargo, dejan los agentes obturantes. Lostratamientos
convencionales para la remocin delrevoque de filtracin en
terminaciones con empa-que de grava normalmente incluyen
tratamientosde oxidante de un solo paso, enzima y cido, o deenzima
de dos pasos y soluciones de oxidantes,seguidas de cido.
Hasta hace poco, estos tratamientos se reali-zaban con tubera
flexible tras empacar con gravay despus de bajar la tubera de
produccin,requiriendo un segundo viaje de entrada y salidadel pozo.
El servicio MudSOLV incluye nuevos sis-temas para remover el
revoque de filtracin quecombinan una solucin de agente quelante
(CAS,por sus siglas en ingls) con una enzima para ata-
car el almidn y el CaCO3 simultneamente, peroen forma lenta para
una limpieza ms uniformedel pozo durante o despus del empaque
degrava (arriba).26
Los resultados de las pruebas indican que laremocin del revoque
de filtracinel momentoen que se produce un pronunciado aumento
delas prdidas de fluido con impregnaciones
sobre-balanceadasmediante una solucin CAS es deun orden de magnitud
ms lento que cuando seutiliza cido clorhdrico [HCl], y que los
tiemposde remocin se pueden controlar agregando msenzima, o un
surfactante viscoelstico (VES, porsus siglas en ingls) para
aumentar la viscosidad(prxima pgina, arriba). Esta baja velocidad
dereaccin permite emplazar un sistema de unasolucin CAS y enzima en
largos pozos horizon-tales sin crear zonas ladronas en los puntos
decontacto iniciales, algo comn cuando se usacido HCl.
La invasin de slidos en las formacionesdurante la remocin del
revoque de filtracin, unriesgo inherente a los tratamientos
convenciona-les de dos pasos con enzimas u oxidantes combi-nados
con cido, se minimiza o elimina medianteel impregnado balanceado
con soluciones CAS.
64 Oilfield Review
25. Brady ME, Bradbury AJ, Sehgal G, Brand F, Ali SA,Bennett CL,
Gilchrist JM, Troncoso J, Price-Smith C,Foxenberg WE y Parlar M:
Filtercake Cleanup in Open-Hole Gravel-Packed Completions: A
Necessity or aMyth?, artculo de la SPE 63232, presentado en
laConferencia y Exhibicin Tcnica Anual de la SPE,Dallas, Texas,
EUA, 1 al 4 de octubre de 2000.
26. Parlar M, Tibbles RJ, Chang FF, Fu D, Morris L, Davison
M,Vinod PS y Wierenga A: Laboratory Development of aNovel,
Simultaneous Cake-Cleanup and Gravel- PackingSystem for Long,
Highly-Deviated or Horizontal Open-HoleCompletions, artculo de la
SPE 50651, presentado en laConferencia Europea del Petrleo de la
SPE, La Haya,Holanda, 20 al 22 de octubre de 1998.
2 cm
0.8 pulgadas
Despus de sumergirseen agente quelante
Despus desumergirse en HCIAntes de la limpieza
> Limpieza del revoque de filtracin. Mediante pruebas de
laboratorio en pequea escala se evalu elrevoque de filtracin que se
form en los ncleos por un fluido de perforacin del yacimiento con
CaCO3,almidn y polmero antes de la limpieza (izquierda) y despus de
la limpieza con cido clorhdrico [HCl]o una solucin de agente
quelante (CAS, por sus siglas en ingls) a 180F [82C]. Existe un
nico tra-yecto conductor dominante tras sumergirlo en cido HCl
(centro) y una remocin uniforme del revo-que de filtracin con la
solucin CAS (derecha).
24. Hodge RM, Augustine BG, Burton RC, Sanders WW yAtkinson DJ:
Evaluation and Selection of Drill-In FluidCandidates to Minimize
Formation Damage, SPE Drillingand Completion 12, no. 3 (Septiembre
de 1997): 174-179.Burton RC y Hodge RM: The Impact of
FormationDamage and Completion Impairment on Horizontal
WellProductivity, artculo de la SPE 49097, presentado en
laConferencia y Exhibicin Tcnica Anual de la SPE, NuevaOrlens,
Luisiana, EUA, 27 al 30 de septiembre de 1998.Price-Smith et al,
referencia 23.
Brady ME, Ali SA, Price-Smith C, Sehgal G, Hill D y ParlarM:
Near Wellbore Cleanup in Openhole Horizontal SandControl
Completions: Laboratory Experiments, artculode la SPE 58785,
presentado en el SimposioInternacional sobre Dao de la Formacin de
la SPE,Lafayette, Luisiana, EUA, 23 y 24 de febrero de 2000.Stanley
FO, Rae P y Troncoso JC: Single-Step EnzymeTreatment Enhances
Production Capacity on HorizontalWells, artculo de las SPE/IADC
52818, presentado en laConferencia sobre Perforacin de las
SPE/IADC,Amsterdam, Holanda, 9 al 11 de marzo de 1999.
-
Otoo de 2001 65
Este nuevo enfoque evita muchos problemas dellodo y de
compatibilidad que se producen cuandocidos fuertes hacen contacto
con algunos cru-dos, as como tambin minimiza las
dificultadesasociadas con la manipulacin de cidos enzonas marinas.
Otra consideracin importante esla corrosin de los filtros de grava
cuando se per-mite que productos qumicos se impregnen porlargo
tiempo. Las pruebas de muestras de filtrosde grava metlicas
expuestas a cido HCl y solu-cin CAS indican que las tasas de
corrosin enpresencia de agentes quelantes son mucho msbajas que en
presencia de cido HCl (derecha).
En el pasado, los tratamientos para remover elrevoque de
filtracin se realizaban despus de ins-talar los filtros de grava y
los empaques de grava,independientemente del mtodo de
emplaza-miento de la grava. Este enfoque implicaba sacarla tubera
de produccin y los tubos lavadoresentrando al pozo y saliendo del
mismopara des-plazar el fluido de transporte de los filtros de
gravay los productos qumicos que atacan componentesespecficos del
revoque de filtracin.
Este proceso es lento y caro, especialmentecuando se requieren
largos perodos de impreg-nacin para que las enzimas u oxidantes
reaccio-
nen con almidn y polmeros en el revoque de fil-tracin. La razn
de esta prctica se debe a laincapacidad de circular despus del
empaque degrava con arreglos de fondo de pozo convencio-nales.
Asimismo, si un revoque de filtracin debaja permeabilidad estuviera
intacto, bombearsoluciones rompedoras y directamente a la sec-cin
abierta del pozo, podra ser difcil y produci-ra una remocin
ineficiente y no uniforme delrevoque de filtracin.
Una simple modificacin mecnica de bajocosto provee una va de
circulacin hacia el fondodel pozo por la tubera de bombeo y el tubo
lava-dor, de regreso por el espacio anular que existeentre el tubo
lavador y los filtros de grava, y haciala superficie a travs del
espacio anular entre latubera de revestimiento y la tubera de
trabajo.La nueva herramienta de servicio MudSOLV uti-liza el tubo
lavador dentro de los filtros de gravapara colocar soluciones
rompedoras de lenta
Volu
men
de
prd
idas
de
fluid
o, c
m3
60
50
40
30
20
10
00 5 10 15 20 25 30
Tiempo, hr
HCI CAS/enzima CASCAS/enzima/VES
> Velocidad de reaccin. Los aumentos repentinos de las
prdidas de fluido durante las im-pregnaciones sobrebalanceadas de
laboratorio indican que la remocin del revoque de fil-tracin con
soluciones de agentes quelantes (CAS) son de un orden de magnitud
inferior acuando se utiliza cido HCI. Las velocidades de reaccin
para las soluciones combinadas deCAS y enzimas se miden en horas,
permitiendo que estos sistemas se emplacen en seccio-nes abiertas
de pozos horizontales sin crear zonas ladronas ni altas prdidas de
fluido. Lasvelocidades de reaccin se controlan agregando una
solucin CAS, enzima o un surfactanteviscoelstico (VES, por sus
siglas en ingls). Agregar un surfactante VES para una mayor
vis-cosidad o ms solucin CAS disminuye las velocidades de reaccin;
en cambio, agregarenzima aumenta las velocidades de reaccin.
Aberturas de los filtros de grava, m
7.5% de HCI con 1% de inhibidor
CAS con 0.2% de inhibidor
Materialdel filtro de grava
Acero al carbono J-55 0.0110 0.0037
Acero al cromo 13 0.0130 0.0001
Acero 316-L 0.0580 0.0007
Antes de la exposicin 150 150
Despus de la exposicin 250 150
Velocidad de corrosion, lbm/pies2
> Velocidad de corrosin. Las aberturas de los filtros de
grava no cambiaroncuando fueron expuestas a una solucin CAS en
pruebas de laboratorio, pero elcido HCl aument las aberturas de 150
a 250 m. Esto es suficiente como paraafectar negativamente el
control de la produccin de arena y la integridad de laterminacin
del pozo cuando se impregnan por tiempos prolongados a altas
tem-peraturas despus del empaque de grava.
-
reaccin con el objetivo de efectuar la limpiezadel revoque de
filtracin inmediatamente despusdel empaque de grava (arriba).27 Los
rompedoresde reaccin lenta como los oxidantes, enzimas oenzimas
combinadas con una solucin CAS sepueden colocar en las secciones
horizontales sinuna prdida significativa de circulacin para
laremocin ms uniforme del revoque de filtracinen mucho menos tiempo
que los tratamientosconvencionales de limpieza con tubera
flexible.
Este enfoque elimina la necesidad de tuberaflexible y permite
que las soluciones rompedorasse impregnen mientras los pozos se
preparanpara su puesta en produccin, normalmente unoa dos das para
bajar y extraer la tubera de pro-duccin. Los filtros de grava de
control de pro-duccin de arena estn expuestas a productosqumicos
por largo tiempo y, dependiendo de sumetalurgia, la corrosin puede
producir prdidade la integridad del control de la produccin dearena
si se deja que fluidos como el cido HCI seimpregnen durante estas
aplicaciones.
En principio, la limpieza del revoque de filtra-cin con
rompedores de reaccin lenta, como lasenzimas, se puede realizar
durante las operacio-nes de empaque con agua, pero esto aumenta
laincertidumbre acerca de la integridad del revo-que de filtracin.
Agregar rompedores de reac-cin lenta durante la propagacin de ondas
lasbeta previstas, aminora este riesgo en ciertamedida, pero
usualmente no elimina completa-mente el riesgo de inducir prdidas y
una obtura-cin prematura. Es posible remover el revoque de
filtracin mientras se lleva a cabo el empaquecon grava, pero los
tratamientos de limpieza seefectan con posterioridad por varias
razones.
En primer lugar, el empaque con aguarequiere un revoque de
filtracin eficaz para man-tener la velocidad de lechada crtica para
eltransporte de grava y evitar que las ondas alfa sedetengan debido
a las prdidas de fluidos hacialas formaciones y a la deshidratacin
de lalechada. Por lo tanto, la limpieza del revoque defiltracin
antes del empaque con agua no es una
66 Oilfield Review
1
2
3
4
5
> Herramienta de servicio para circular o forzar empaques y
para la limpieza posterior al empaque. La herramienta MudSOLV, que
hasido desarrollada recientemente, permite la circulacin en tubos
lavadores internos despus de operaciones de empaque con agua
oempaque con tubos de derivacinposicin 1: bajndola al pozo; posicin
2: lanzamiento de una pequea bola; posicin 3: aumentode la presin
para abrir un cruce para el empaque de grava; posicin 4:
lanzamiento de una bola ms grande; posicin 5: aumento de lapresin
para deshabilitar el cruce del empaque de grava y habilitar un
nuevo cruce para circulacin. Esta modificacin permite colo-car
productos qumicos en los tubos filtro o empaques de grava para la
posterior impregnacin, inyeccin o circulacin, eliminando
lanecesidad de tratamientos de limpieza con tuberas flexibles. Otra
aplicacin consiste en desplazar filtros de grava con salmuera
trasutilizar cidos en los fluidos de transporte para remover el
revoque de filtracin.
Johnson MH, Ashton JP y Nguyen H: The Effects ofErosion Velocity
on Filter-Cake Stability During GravelPlacement of Openhole
Horizontal Gravel-PackCompletions, artculo de la SPE 23773,
presentado en elSimposio Internacional de la SPE sobre Control del
Daode la Formacin, Lafayette, Luisiana, EUA, 26 y 27 defebrero de
1992.
30. Brady et al, referencia 26.31. Parlar et al, referencia
26.
Parlar et al, referencia 8.32. Saldungaray PM, Troncoso JC y
Santoso BT:
Simultaneous Gravel Packing and Filter Cake Removalin Horizontal
Wells Applying Shunt Tubes and NovelCarrier and Breaker Fluid,
artculo de la SPE 68205, pre-sentado en la Exposicin de Petrleo de
Medio Orientede la SPE, Bahrain, 17 al 20 de marzo de 2001.
27. Parlar et al, referencia 26. Brady et al, referencia
26.Parlar et al, referencia 8.
28. Barrilleaux MF, Ratterman EE y Penberthy WL Jr: GravelPack
Procedures for Productivity and Longevity, art-culo de la SPE
31089, Simposio Internacional de la SPEsobre Control del Dao de la
Formacin, Lafayette,Luisiana, EUA, EUA, 14 y 15 de febrero de
1996.Penberthy et al, referencia 14.
29. Becker TE y Gardiner HN: Drill-In Fluid Filter CakeBehavior
During the Gravel-Packing of HorizontalIntervalsA Laboratory
Simulation, artculo de la SPE50715, presentado en el Simposio
Internacional de laSPE sobre la Qumica de los Campos
Petrolferos,Houston, Texas, EUA, 16 al 19 de febrero de 1999.
-
Otoo de 2001 67
opcin viable.28 En segundo lugar, el desgaste y laabrasin
causados por la lechada de grava enflujo turbulento sobre una
velocidad crtica,puede erosionar el revoque de filtracin y
aumen-tar las prdidas de fluidos.29 Las pruebas indicanque los
tiempos de disolucin del revoque de fil-tracin disminuyen
significativamente a medidaque se reduce el espesor del mismo, y
sonconsiderablemente menores que los tiemposrequeridos para empacar
con grava seccioneshorizontales extremadamente largas.30
Final-mente, los fluidos VES gelificados en solucionesde enzimas,
en una solucin CAS, o en ambaspara el empaque con tubos de
derivacin y laremocin del revoque de filtracin simultnea-mente, slo
han sido desarrollados y aplicadosrecientemente en el campo.31
El empaque con tubos de derivacin es inde-pendiente de la
condicin del revoque de filtracinexterno, lo que permite combinar
fluidos rompedo-res de reaccin lenta con fluidos de transportepara
el empaque de grava y la limpieza del revo-que de filtracin en un
solo paso. Los fluidos rom-pedores se pueden seleccionar para
apuntar acomponentes especficos del revoque de filtracin,sin
afectar las propiedades del fluido de trans-porte. La limpieza y el
empaque de grava contubos de derivacin llevados a cabo de
manerasimultnea, aseguran el contacto del fluido rom-pedor en todo
el espacio anular y a travs de todoel empaque de grava.
Por qu perforar largas secciones de pozoshorizontales abiertos y
luego aceptar un flujolimitado o no uniforme? En comparacin con
las
tcnicas convencionales de limpieza, el empaquede grava y la
remocin del revoque de filtracinsimultneos mejoran la productividad
del empa-que de grava y minimizan el riesgo de irrupcionesde agua y
de gas o la conificacin (abajo). Estemtodo reduce los costos al
disminuir los vol-menes de fluidos requeridos y eliminar los
poste-riores tratamientos de limpieza con tuberaflexible.
Empaque de grava y limpieza en un solo paso En 1999, Repsol-YPF
y Schlumberger analizaronlas prcticas de construccin de pozos y los
datosde produccin del Campo Widuri en el Mar deJava indonesio,
cerca del sudeste de Sumatra.32
El objetivo era optimizar las terminaciones de los
Operacin simultnea de empaque y limpieza del revoque de
filtracin
Conificacin de gas y petrleo despusde una limpieza no uniforme
del revoque de filtracin
Influjo uniforme despusdel tratamiento simultneo
Tratamiento de limpieza convencional del revoque de filtracin
despus del empaque de grava
Gas
Petrleo
Revoque de filtracin sin tratar
Agua
Gas
Petrleo
Agua
Gas
Petrleo
Agua
Gas
Petrleo
Agua
Primer punto de contacto delcido o del rompedor o lmina
de alta permeabilidad
Revoque de filtracin sin tratar
> Limpieza simultnea del revoque de filtracin. El bombeo de
qumicos agresivos, como el cido HCI directamente hacia el fondo por
la tubera de produc-cin, por lo general remueve el revoque de
filtracin en el punto de primer contacto, causando una prdida
preferencial de fluidos en tal ubicacin (arribaa la izquierda). La
remocin localizada del revoque de filtracin deja gran parte del
pozo sin tratar, con el revoque de filtracin intacto. La menor rea
resul-tante de entrada de flujo puede inducir a irrupciones de agua
y gas, o la conificacin (abajo a la izquierda). La colocacin de
soluciones rompedoras a tra-vs de los filtros de grava con tubera
flexible es ms eficaz, pero tambin requiere volmenes de fluidos y
costos adicionales, en comparacin con la tareade emplazar la grava
y remover el revoque de filtracin en un solo paso. El uso de la
herramienta MudSOLV de empaque de grava y limpieza simultnea,
enconjunto con filtros de grava Alternate Path asegura que
sustancias qumicas menos agresivas o con reacciones ms lentas tomen
contacto con el revo-que de filtracin alrededor del espacio anular
a lo largo de todo el pozo (arriba a la derecha). Como resultado,
el proceso de limpieza es ms eficiente, sereducen el diferencial de
presin para la iniciacin del flujo y las cadas de presin durante la
produccin. Adems, la entrada de fluidos a lo largo de lassecciones
abiertas del pozo horizontal es ms uniforme (abajo a la
derecha).
-
pozos en la formacin Talang Akar, un depsito flu-vial no
consolidado con granos de tamao medio,alta permeabilidad y con una
alta tendencia a pro-ducir arena. Este campo fue desarrollado con
pozosverticales y de alto ngulo hasta 1996, cuando seperforaron y
terminaron los primeros pozos hori-zontales con tubos filtro de
mallas premium.
En 1997, se utiliz por primera vez el empa-que con agua para
empacar con grava seccionesabiertas del pozo, utilizando salmuera y
bajasconcentraciones de grava, de 0.5 a 1 ppa [0.12g/cm3]. La
eficacia del empaque con gravalagrava emplazada versus el volumen
estimado delpozoen 15 terminaciones con empaque conagua efectuadas
hasta principios de 1998 fue del71%, pero algunos trabajos
alcanzaron el 100%.Desde entonces, ms de 60 pozos horizontaleshan
sido perforados y terminados medianteempaque con agua. Sin embargo,
algunos deestos pozos posteriormente produjeron arena ytuvieron
fallas en las bombas elctricas sumergi-bles. Los datos de los
registros de produccin ylas imgenes de una cmara de fondo de
pozosugirieron que la produccin de arena podraestar erosionando los
filtros de grava y daandolas bombas de fondo de pozo.
En 1998, los ingenieros de Repsol-YPF imple-mentaron una serie
de mejoras al empaque conagua. Se utiliz un fluido RDF con un
revoque defiltracin de baja permeabilidad para minimizarlas prdidas
de fluidos. La integridad del revoquede filtracin fue confirmada
mediante el estable-cimiento de la circulacin con anterioridad
alempaque de grava. Despus del bombeo de lagrava, se removi el
revoque de filtracinmediante tratamientos qumicos aplicados
contubera flexible. Para fines de 1999, estos proce-dimientos haban
aumentado la eficiencia prome-dio del empaque de grava en un 89%,
con slo uncaso de produccin de arena.
Para mejorar an ms las terminaciones,Schlumberger recomend el
empaque de grava yla remocin del revoque de filtracin de
manerasimultnea, utilizando un fluido de transporteMudSOLV libre de
slidos y polmeros con sur-factante viscoelstico ClearPAC y filtros
de gravacon tubos
