La produccin excesiva de agua en pozos de aceiteEl agua est presente en todos los yacimientos de petrleo, ya sea por origen connato, de un acufero asociado o de un pozo inyector. Extraer aceite de un yacimiento conlleva inminentemente a la produccin de agua. La extraccin del fluido no deseado se traduce en enormes prdidas financieras para las empresas. Es de tal magnitud, que en promedio lascompaas producen tres barriles de agua por uno de aceite en lugares donde las reservas se estn acabando. Los gastos por barril de agua van desde los 5 a los 50 centavos de dlar, por lo que para evitar estos costos, se busca minimizar la relacin de la produccin agua-aceite(RAA). La produccin de agua se incrementa tan rpido como el agotamiento de las reservas. En todo el mundo, la produccin aproximada de agua es de 210 mmbbl acompaada con 75 mmbbl de aceite, el costo total por la produccin de esa cantidad de agua indeseada asciende a ms de 40 mil millones de dlares anuales (Bailey et al., 2000).El agua del yacimiento que se introduce en el pozo pasando por la tubera de produccin, accesorios, lneas superficiales y separadores, presentan propiedades cidas y corrosivas, por lo que su desecho se hace problemtico ambientalmente y el solo transporte eleva los costos.Publicaciones sobre la produccin de agua en los pozos de aceite (Ascencio et al., 2001), conceptualizan a los problemas causados en tres aspectos fundamentales:

1. Reduccin de la permeabilidad relativa del aceite. La ecuacin de Darcy ubica a la permeabilidad efectiva de la formacin directamente proporcional a la produccin de aceite. Cuando se produce agua, la permeabilidad relativa del aceite disminuye gradualmente, esto es porque la saturacin de agua va en aumento. Se visualiza en la Figura 1.1 que mientras la saturacin de agua va en aumento, la permeabilidad relativa del aceite que es proporcional a la produccin disminuye.

2. Incremento de las cadas de presin. La cada de presin de la columna hidrosttica dentro del pozo representa el 90% del total de las cadas de presin en las tuberas verticales. Debido a que la densidad del agua es mayor que la del aceite, a medida que el corte de agua aumente, el peso de la columna dentro del pozo se incrementar significativamente, es decir, la cada de presin total aumenta por lo que la productividad del pozo disminuye.

3. Depsito e incrustacin de minerales. El agua yacente en la roca est en equilibro con la formacin, por tal motivo contiene minerales solubilizados a temperaturas y presiones especficas de las profundidades a la que se encuentra. Cuando el agua en equilibrio empieza a inundar el pozo, las condiciones fsico-qumicas cambian con la profundidad, por lo que algunos minerales comienzan a ser precipitados y adheridos a la pared de la tubera de produccin causando una reduccin del dimetro del mismo que se traduce en un aumento de la cada de presin.

Tener una produccin de cierta cantidad de agua no significa que la recuperacin sea afectada (Bailey et al., 2000). Por ejemplo, cuando existe un flujo simultneo de agua y aceite desde la matriz de la formacin al pozo. Otro ejemplo ocurre cuando el agua que proviene desde un pozo inyector viaja hasta el pozo productor en diferentes capas, por razones naturales, se producir primero el agua que viaja en el canal de menor longitud (momento de irrupcin del frente de saturacin de agua) y por ltimo en la de mayor longitud y/o de mayor permeabilidad. En la Figura 1.2 y Figura 1.3 se muestran unas lneas que representan el flujo del agua desde el pozo inyector al productor en el yacimiento. El agua producida por alguna lnea de flujo mientras otras de ellas estn produciendo an aceite (dentro del lmite econmico de la RAA), se considera aceptable, ya que no es posible cegar determinadas lneas de flujo mientras se producen otras.

El agua indeseable es la que se obtiene sin contribuir a la produccin de aceite; o bien, aunque contribuye, la produccin de petrleo no es suficiente para justificar los gastos del manejo del agua asociada, es decir, lo hace por encima del lmite econmico. ste tipo de agua es el que se evita producir realizando acciones remediales en los pozos. Si bien el agua es tratable, no se quiere gastar dinero en tratarla, sino en producir ms petrleo.

1.1 Intrusin del agua al aparejo de produccinEn el pasado era difcil justificar la realizacin de los trabajos remediales de agua por los pobres resultados que frecuentemente se obtenan. Estos resultados poco exitosos se deban a que la fuente del problema no era correctamente identificada. Por esto, es de suma importancia conocer la forma de intrusin del agua al pozo; no tener esto presente es querer solucionar el problema a ciegas. El estudio del yacimiento y la correcta interpretacin de los datos pertinentes proporcionarn las herramientas adecuadas para resolver el conflicto.

1.1.2 Problemas relacionados con el yacimiento Contacto dinmico agua-aceite Capa inundada sin flujo transversal Capa inundada con flujo transversal Fracturas o fallas entre el inyector y el productor Barrido de agua de inyeccin con segregacin gravitacional Fracturas o fallas que interceptan un acufero Conificacin

La conificacin es la formacin de un cono de agua en la base del intervalo en produccin (Figura 1.1 y Figura 1.2). En las zonas donde la permeabilidad vertical es baja, es poco probable que acontezca este fenmeno. Cuando la permeabilidad vertical es mayor a 0.01 veces la permeabilidad horizontal, puede presentarse la conificacin.

En un pozo vertical se produce la conificacin cuando el CAA est cerca de los disparos. Una causa muy comn es la excesiva apertura de los estranguladores, lo que ocasiona una cada de presin en la formacin cercana al pozo mayor a la soportada, por tal razn, el cono se forma con velocidad mayor (Halliburton, 2006). El cono se va creando aun sin llegar netamente a la zona de disparos. La tasa crtica de conificacin es la tasa mxima de conificacin a la cual se puede producir aceite sin llegar a producir agua. En muchos casos, sta es muy baja y noresulta econmico (Bailey et al., 2000)

Las soluciones para este caso, pueden volverse complejas. Inyectar geles por encima del CAA no hace que la conificacin se detenga ya que se necesitara una gran cantidad de gel para que la relacin agua-aceite resulte aceptable; segn las caractersticas del gel, puede duplicarse la tasa critica de conificacin con un radio de gel efectivo de por lo menos 15 metros; pero inyectar gel hasta esas profundidades no es nada econmico. Si se usan tratamientos de menor volumen, generalmente se produce una rpida reinvacin de agua. Colocar un tapn en el intervalo productor y disparar otro intervalo, quiz podra detener la produccin de agua, pero no la conificacin. El cono seguir creciendo hasta alcanzar los nuevos disparos. Una solucin podra ser el perforar uno o ms pozos laterales de drenaje cerca de la formacin del pozo problema, para aprovechar mejor la distancia respecto al CAA y aminorar la cada de presin en un solo pozo, lo que reducira la conificacin. Cerrar el pozo hasta que las presiones se reacomoden, tambin es una solucin.

Teora y ecuaciones que tratan de explicar este fenmeno Existen varios autores que, por medio de ecuaciones empricas, han tratado de predecir el comportamiento del cono de agua por medio de ciertos clculos como tasas crticas de produccin y tiempos de ruptura del cono de agua. Los factores que intervienen en dichas ecuaciones empricas, varan de acuerdo a si es un pozo horizontal o vertical. Si bien es cierto, existen parmetros comunes para ambos casos, como se mencion con anterioridad, los factores principales que producen la conificacin son: la diferencia de densidades y viscosidad de los fluidos del yacimiento o pozo en estudio. Conificacin en pozos verticales En la conificacin en pozos verticales se tiene algunos mtodos para determinar la tasa crtica de produccin. Mtodos para determinar la tasa crtica de produccin Entre los mtodos para determinar la tasa crtica de produccin tenemos: Mtodo de Meyer y Garder Determina analticamente el mximo flujo permitido de petrleo, en un pozo sin una zona conificada de agua, en el intervalo productivo del pozo. Para simplificar el anlisis, consideran un reservorio homogneo y asumen un flujo radial. La ecuacin encontrada para calcular la tasa crtica de produccin es:

Ec. 1.1

Donde: qc = Tasa crtica de produccin, (BPD). w o = Diferencia de densidades entre el agua y el petrleo, g/cc 60 h =Espesor de la zona de petrleo, ft hp = Intervalo perforado, ft. (desde el tope de la arena) k = Permeabilidad, md = viscosidad del petrleo, cp = factor volumtrico del petrleo, BY/BN re = Radio de drenaje, ft rw = Radio del pozo, ft

Basado en experimentos, Schols deriv una frmula emprica para calcular la tasa crtica de produccin, que es la siguiente:

Ec. 1.2

Esta es una buena aproximacin entre la tasa crtica calculada por la frmula emprica de Schols y aquella calculada por un modelo numrico.

Mtodo de Chiericci

La tasa crtica puede ser calculada para un intervalo perforado especfico; si solamente existe conificacin de agua o gas, el intervalo 61 perforado debe estar ubicado lo ms lejos posible del contacto original del fluido. El mtodo hace las siguientes asunciones: 1. El yacimiento es homogneo pero la permeabilidad vertical (kv) puede ser diferente de la permeabilidad horizontal (kh) 2. El CAP y el CGP son estacionarios excepto para el cono. 3. Los contactos entre los fluidos estn al mismo nivel bajo condiciones estticas. 4. Los fluidos del yacimiento son incompresibles. 5. Se desprecian los efectos de presin capilar.

La tasa crtica de produccin para conificacin de agua se determina con las siguientes ecuaciones:

Ec. 1.3

Donde:qoc = Tasa crtica de produccin de petrleo, BPD.ho = Espesor de la arena con petrleo, ft.wo = Diferencia de densidades agua-petrleo, g/cc. Kh = Permeabilidad horizontal, md.o = Viscosidad del petrleo, cpo = Factor volumtrico del petrleo, BY/BN = Funcin adimensional determinado de las cartas de Chiericci.

Mtodos para determinar el tiempo de ruptura del conoEs muy frecuente que las tasas de produccin crticas sean demasiado bajas, y por razones econmicas a un pozo le hacen producir a tasas superiores a las crticas. Esto provoca la produccin de petrleo con agua. De reportes de investigaciones experimentales existen resultados sobre tiempos de ruptura. Dichos reportes, midieron el tiempo que toma el agua para alcanzar lasperforaciones, en un pozo vertical a una tasa de produccin dada. En aquellos experimentos, se encontr que, una pequea altura vertical adimensional del cono de agua da lugar a un rpido rompimiento del cono.Mtodo de Sobocinski y Cornelius

La altura adimensional del cono est dada por:

Ec. 1.4

Donde:Kh = permeabilidad horizontal, mdo = viscosidad del petrleo, cpo = factor volumtrico del petrleo, BY/BNqo = tasa de produccin de petrleo, BPDw = densidad del agua, g/cm3o = densidad del petrleo, g/cm3hp = intervalo perforado, ft

Ec. 1.5

Ec. 1.6

Donde:tBT = Tiempo de rompimiento del cono, das = Porosidad, fraccinkv = Permeabilidad vertical, mdM = Relacin de movilidad agua-petrleo = 0.5 para M