empaquetamientos con grava

EMPAQUETAMIENTO CON GRAVA Y APLICACIÓN EN EL CAMPO JAZMÍN PUERTO BOYACÁ COLOMBIA

JUAN DAVID ROMERO ORTIGOZADAVID TIBAQUIRA

JHON JAIRO TAVERADAVID ORTEGÓN

UNIVERSIDAD DE AMÉRICAFACULTAD DE INGENIERÍAS

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA DE PETRÓLEOSBOGOTÁ D.C.

2013

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EMPAQUETAMIENTO CON GRAVA Y APLICACIÓN EN EL CAMPO JAZMÍN PUERTO BOYACÁ COLOMBIA

JUAN DAVID ROMERO ORTIGOZADAVID TIBAQUIRA

JHON JAIRO TAVERADAVID ORTEGÓN

Trabajo de investigaciónPRODUCCIÓN I

Presentado a: Ing. MARÍA ANAYIBE FIAGA ROBLES

UNIVERSIDAD DE AMÉRICAFACULTAD DE INGENIERÍAS

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA DE PETRÓLEOSBOGOTÁ D.C.

2013

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Nota de Aceptación:

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Bogotá. Abril de 2013

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El docente no es responsable por los criterios e ideas expuestas en el presente trabajo de investigación, estos corresponden únicamente a los autores. Se autoriza a los usuarios interesados para consultar y reproducir parcial o totalmente este trabajo de grado, con fines académicos y de investigación, siempre y cuando, se haga la correspondiente citación bibliográfica para darle crédito al trabajo y sus autores.

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CONTENIDO

pág.

INTRODUCCIÓN 9

OBJETIVOS 10 1. ORÍGENES DEL EMPAQUETAMIENTO CON GRAVA 111.1 DEFINICIONES CLAVE 121.2 TEORÍA SOBRE EL EMPAQUETAMIENTO CON GRAVA 13

2. EMPAQUETAMIENTO CON GRAVA 152.1 DISEÑO DE EMPAQUETAMIENTO CON GRAVA 162.2 SELECCIÓN DEL TIPO Y TAMAÑO DE GRAVA 172.2.1 Selección del Tamaño de La Grava de Empaque. 182.3 ULTIMA TÉCNICA 182.3.1 Selección del Tipo de Grava de Empaque. 18 2.3.2 Empaquetamiento con grava en pozos horizontales y sus cuidados. 192.4 CUIDADOS EN LOS POZOS 252.4.1 Procedimiento General de Empaque con Grava. 26

3. POZOS ENTUBADOS O ABIERTOS 283.1 EMPAQUE CON AGUA O FILTROS DE GRAVA ALTERNATE PATH 293.2 PROYECTOS EN LOS QUE SE HA DESARROLLADO EMPAQUETAMIENTOS CON GRAVA. 34 3.3 EMPAQUETAMIENTO EN EL CAMPO JAZMÍN 353.3.1 Procedimiento de empaquetamiento. 363.3.2 Empaque con tubos de derivación en Kazakhstán. 36

BIBLIOGRAFÍA 40

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LISTA DE FIGURAS

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Figura 1. Esquema de empaquetamiento con grava. 11Figura 2. Configuración del empaque de grava en el Pozo. 14Figura 3. Distribución de espacios porosos. 14Figura 4. Esquema de medición de muestras de corazones. 17Figura 5. Control de producción de arena. 20Figura 6. Secuencia de depositación de grava en empaques verticales e inclinados <45°. 22Figura 7. Secuencia de depositación de grava en empaques inclinados 60°. 22Figura 8. Angulo de depositación natural de grava. 23 Figura 9. Secuencia de deposición de la grava en un pozo con 80° de inclinación. 23Figura 10. Secuencia de depositación de la grava en un pozo con 80° de inclinación. 24Figura 11. Revoque de filtración. 29Figura 12. Empaque con agua. 31 Figura 13. Empaques de grava con filtros de grava Alternate Path. 33Figura 14. Diseño Alternate Path para el Campo Buzachi del Norte en Kazakhstán (inserto superior). 39

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LISTA DE TABLAS

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Tabla 1. Parámetros para la selección del empaquetamiento. 16Tabla 2. Proyecto en el Campo Jazmín. 34Tabla 3. Descripción de las tecnologías. 37

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RESUMEN

La producción de arena es uno de los problemas más comunes en la producción de un pozo petrolero y este causa diversos problemas, poniendo en riesgo las futuras intervenciones de los pozos y la capacidad de los mismos en el largo plazo. Si la arena erosiona los componentes de la terminación, los tubulares o los equipos de superficie pueden producirse demoras en la producción y obtenerse bajos factores de recuperación, o hasta perderse el control del pozo. Por ellos este trabajo está destinado a mostrar un conjunto de técnicas que se utilizan en la actualidad en los procesos que regulan la producción de arena en los pozos productores de hidrocarburos.

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INTRODUCCIÓN

Cuando se hace la explotación de hidrocarburos, uno de los problemas que se presenta con mayor frecuencia en ciertos pozos Petrolíferos es la producción de grandes cantidades de arena. Una de las opciones más económicas y fáciles de ejecutar para reducir este problema es el empaquetamiento con grava en la cara del pozo.

Generalmente se sabe que un empaque de grava correctamente diseñado, bien instalado y compuesto de material adecuadamente seleccionado, mejorará la eficiencia del pozo y controlará la migración de arenas finas hacia la columna. Estos y otros aspectos con alto valor agregado en un empaque de grava constituyen las razones por las cuales la mayoría de los pozos para aguas municipales, industriales y agrícolas se construyen con un filtro de grava. Se sabe bien la gran utilidad que representa el empaque de gravas seleccionadas, mas sin embargo existen múltiples métodos para el diseño de este filtro. Y esta es la decisión que el ingeniero debe tomar basándose en criterios como: espesor del empaque, coeficiente de uniformidad ideal y tamaño efectivo, parámetros de la razón empaque-acuífero y selección (o graduación) del material granular.

Controlar de manera eficiente la producción de arena va a depender de los diseños y estimaciones que realicemos durante la fase de Completación y la base de cualquier control que se aplique para controlar o mitigar la producción masiva de arena se basa en la Filtración.

La producción de arena causa diversos problemas que van desde el tratamiento y la eliminación del relleno acumulado dentro de la tubería de revestimiento o en el equipo de superficie, hasta la provocación de fallas graves de terminación.

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OBJETIVOS

Conocer el proceso de empaquetamiento con grava en un pozo, cuales son los factores que se deben tener en cuenta y entender no solo como mejora la eficiencia de éste sino como también controla la migración de las arenas de la formación, para satisfacer los requerimientos de desempeño de los distintos proyectos.

Objetivos Específicos

Describir en qué consiste el proceso de empaquetamiento con grava.

Analizar la aplicación del proceso del empaquetamiento con grava.

Conocer las variables positivas y negativas del proceso del empaquetamiento con grava.

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1. ORÍGENES DEL EMPAQUETAMIENTO CON GRAVA

Durante la explotación de hidrocarburos, uno de los problemas que se puede presentar en ciertos pozos petrolíferos es la producción de grandes cantidades de arena. Una de las alternativas más económicas y sencillas que se pueden plantear para reducir la producción de arenas en algunos de los pozos de este campo es el empaquetamiento con grava en la cara del pozo. Los resultados pueden ser satisfactorios desde que han sido positivos desde sus comienzos, a mediados del siglo XX.

Fue Coberly quien planteó por primera vez el empaquetamiento con grava. Él, basado en sus pruebas para disminuir la migración de materiales finos hacia la tubería de producción, encontró que para aumentar la retención de arenas era necesario utilizar un empaque de grava o de material de características similares, como la bauxita, para que actuara como filtro de los fluidos que provenían de la formación en la cara del pozo. (Ver Figura 1).

Figura 1. Esquema de empaquetamiento con grava.

Fuente. SCHLUMBERGER. Empaque de grava en pozos horizontales de alta productividad. Febrero de 2001. 24 P. [En

línea]. [Citado 10/04/13]. Disponible en: http://www.slb.com/~/media/Files/resources/oilfield_review/spanis

h01/aut01/p52_73.pdf.

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Existen variados método de control de la producción de arena utilizados para prevenir la producción de arena de formación. En las operaciones de empaque de grava, se coloca un cedazo (filtro) de acero en el pozo y el espacio anular circundante se empaca con grava preparada de un tamaño específico, diseñada para prevenir el pasaje de arena de formación. El objetivo principal es estabilizar la formación, a la vez que se causa un deterioro mínimo de la productividad del pozo. El empaque de grava consiste en el emplazamiento completo de la grava seleccionada en el intervalo de producción para prevenir la producción de finos de formación o arena. Cualquier discontinuidad o interrupción existente en la cobertura del empaque permitirá que ingresen arenas o finos indeseables en el sistema de producción.

1.1 DEFINICIONES CLAVE

Dx. Tamaño de partícula, donde x es el porcentaje de material más pequeño. En otras palabras, dx es el porcentaje que pasa.

Coeficiente de uniformidad - es la relación entre el d60 y el d10.

Relación empaque-acuífero - La relación entre el tamaño d50 del empaque y el tamaño d50 de partícula del acuífero.

Estabilizador de la formación - es un empaque de grava cuyo principal objetivo es rellenar el espacio anular entre la pared del pozo y la tubería y la rejilla del pozo, en formaciones inestables, para impedir el desmoronamiento.

Porosidad. Porcentaje de volumen de poros o espacio poroso, o el volumen de roca que puede contener fluidos. La porosidad puede ser un relicto de la depositación (porosidad primaria, tal como el espacio existente entre los granos que no fueron completamente compactados) o puede desarrollarse a través de la alteración de las rocas (porosidad secundaria, tal como sucede cuando los granos de feldespato o los fósiles se disuelven preferentemente a partir de las areniscas).

Permeabilidad. Capacidad, o medición de la capacidad de una roca, para transmitir fluidos, medida normalmente en darcies o milidarcies. El término fue definido básicamente por Henry Darcy, quien demostró que la matemática común de la transferencia del calor podía ser modificada para describir correctamente el flujo de fluidos en medios porosos. Las formaciones que transmiten los fluidos fácilmente, tales como las areniscas, se describen como permeables y tienden a tener muchos poros grandes y bien conectados. Las formaciones impermeables, tales como las lutitas y las limolitas, tienden a tener granos más finos o un tamaño de grano mixto, con poros más pequeños, más escasos o menos interconectados.

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1.2 TEORÍA SOBRE EL EMPAQUETAMIENTO CON GRAVA

El empaquetamiento con grava ha demostrado ser a través de las décadas, el mejor método para controlar la migración de finos hacia la tubería de producción, y ya que es un método sencillo de implementar, económico y de excelentes resultados. Dichas conclusiones han sido propuestas por un grupo variado de autores como Coberly, Wagner, Karpoff, entre otros.

Coberly realizo una serie de estudios y pruebas basadas en el comportamiento de los materiales (hidrocarburos y arena) que migraban desde la formación hasta la tubería de producción, esto con el fin de encontrar una solución a la producción excesiva de materiales finos (tamaño de 2 micrones en promedio).

Encontró que para aumentar la retención de partículas de arenas de la formación, era necesario utilizar granos de grava o material de características similares (cascara de coco, bauxita). La grava era colocada en la cara del pozo, con espesores mínimos de empaque de 4 a 6 veces el diámetro de un grano de grava, así, la capa de grava actúa como filtro para los fluidos que provenían de la formación. Como resultados de estos estudios, proporciona la relación grava-arena óptima para poder retener la mayor cantidad de arena.

Este fenómeno es denominado por Coberly como teoría de ‘’puenteo’’. El cual consiste en crear pequeños tapones compuestos por partículas de arena de gran tamaño que se alojan en los espacios porosos de la grava, esto es con el fin de ayudar a retener partículas de arena de menor tamaño. El material que se acumula en los poros de la grava son partículas de arena de la formación, con un diámetro de grano mucho menor que el tamaño de la grava (4 o 5 veces ms pequeño) y 2 o hasta 3 veces más grande en promedio que los granos de arena (Ver Figura 2 y 3).

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Figura 2. Configuración del empaque de grava en el Pozo.

Fuente. SCHLUMBERGER. Empaque de grava en pozos horizontales de alta productividad. Febrero de 2001. 24 P. [En línea]. [Citado

10/04/13]. Disponible en: http://www.slb.com/~/media/Files/resources/oilfield_review/

spanish01/aut01/p52_73.pdf.

Figura 3. Distribución de espacios porosos.

Fuente. SCHLUMBERGER. Empaque de grava en pozos horizontales de alta productividad. Febrero de 2001. 24 P. [En línea]. [Citado 10/04/13]. Disponible en:

http://www.slb.com/~/media/Files/resources/oilfield_review/spanish01/aut01/p52_73.pdf.

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2. EMPAQUETAMIENTO CON GRAVA

La operación de empaquetar un pozo con grava (crear una capa de grava o “colchón” que actúa como filtro para la arena en la cara del pozo) implica un conjunto de factores tanto operacionales (integridad de las herramientas y accesorios, parámetro de bombeo de la grava, cálculos volumétricos) como fisico-matematicos (perfiles de flujo, perfiles de velocidad, presiones, tipo de grava y propiedades, etc.)

A continuación, revisaremos un grupo de variables implicadas en el diseño del empaquetamiento con grava de una u otra forma, deben ser consideradas para asegurar el éxito de la operación.

El recorrido inicial de la grava, comienza desde el momento en que el fluido para empaquetar y la grava son mezclados en el “GRAVEL POT” al vuelo, esto quiere decir que se deja un tiempo corto de remojo de la grava (2 minutos máximo) y luego es bombeada al pozo.

Luego de la previa mezcla de estos dos componentes, el conjunto es enviada por medio de la presión del fluido de empaquetar hacia la cabeza de empaquetamiento (situada máximo a 6.5 pies de la mesa rotatoria).

El conjunto debe avanzar con ayuda de la presión ejercida por la bomba de lodos mas el efecto gravitacional por el id (diámetro interno por sus siglas en ingles) del dp ( dril pipe o tubería de perforación) de od ( diámetro externo por sus siglas en ingles) de hasta llegar a la herramienta empaquetadora o “GRAVEL PACKER”.

Una vez ingresa la grava a la herramienta empaquetadora, realiza un recorrido corto en el interior de esta herramienta, finalizando su viaje al golpear a altas velocidades las paredes de la misma.

Al salir del gravel packer, el conjunto ahora se desplaza dentro del anular que existe entre el revestimiento y la herramienta empaquetadora, el revestimiento y el liner, hasta encontrar el hueco ensanchado.

El fluido de empaquetamiento se encarga de transportar y asentar la grava en el hueco ensanchado, y una vez realice esta acción, retorna por medio de las ranuras del liner hacia la tubería de producción.

El fluido de empaquetamiento comienza su recorrido desde la punta de la tubería de producción btc llamada también stinger, y retorna de nuevo dentro del

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gravel packer. esta herramienta posee unos pequeños orificios los cuales facilitan la salida del fluido de empaquetamiento hacia el anular.

2.1 DISEÑO DE EMPAQUETAMIENTO CON GRAVA

El primer pozo pata seleccionar un pozo como candidato ideal para la implementar el completamiento o con grava como opción de completamiento, es el de estudiar cuidadosamente las características del yacimiento (materiales y fluidos presentes) (Ver Tabla 1).

Tabla 1. Parámetros para la selección del empaquetamiento.

Además de las fuentes de las propiedades antes mencionadas, se debe tener en cuenta la fuente de la arena que se someta a estudio, es decir, identificar plenamente las dos fuentes principales de la arena para determinar su tamaño promedio por medio de corazones y la arena que se deposita en los tanques de producción. Siendo este ultimo el menos representativo del yacimiento, ya que a lo largo del recorrido de la arena a través de la tubería de producción, cabezal, accesorios, líneas, manifold, separadores, entre otros, la arena pierde en gran

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parte sus propiedades iniciales o de yacimiento (esfericidad, tamaño, uniformidad, etc.)

Estos corazones deben ser tomados uno por cada cuarenta pozos que sean perforados en la zona, para que así, sea lo más representativo del yacimiento. Por otra parte, se debe realizar el análisis granulométrico a las muestras obtenidas de los corazones y generar el diseño de empaquetamiento con grava basados en los resultados del estudio (Ver Figura 4).

Figura 4. Esquema de medición de muestras de corazones.



2.2 SELECCIÓN DEL TIPO Y TAMAÑO DE GRAVA

El éxito de un empaque con grava depende de la selección correcta del tamaño de grava, tipo y la colocación apropiada de la grava alrededor de la tubería ranurada o rejilla. Si el tamaño de la grava a emplearse no es seleccionado correctamente, la arena de formación no será controlada y migrará al empaque de grava, por lo cual se reducirá la permeabilidad efectiva y restringirá la producción. El empaque de grava debe ser colocado completamente alrededor de la rejilla ya que posibles

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cavidades presentes en el empaque permitirán la migración y producción de las arenas de formación.

2.2.1 Selección del Tamaño de La Grava de Empaque. Se han publicado diversas técnicas que permiten seleccionar el tamaño de arena de empaque con grava para controlar la producción de arena de formación Empaquetamiento con grava en pozos horizontales

2.3 ULTIMA TÉCNICA

El trabajo de Saucier parte de la premisa básica de que el control óptimo de la arena se logra cuando el tamaño medio de arena del empaque no es más de seis (6) veces mayor que el tamaño medio de los granos de arena de formación (D50); él se basó en una serie de experimentos con flujo a través de núcleos, donde la mitad del núcleo estaba constituido por grava de empaque y la otra mitad era arena de formación. Luego modificó la relación del tamaño medio de los granos de arena de empaque con grava / tamaño medio de los granos de arena de formación, en un rango comprendido entre dos (2) y diez (10), para determinar con exactitud cuál era el control óptimo de arena.

2.3.1 Selección del Tipo de Grava de Empaque. La selección del tipo de grava para realizar el empaque, está determinado por dos características primordiales, la profundidad del pozo y método de producción (con o sin inyección de vapor):

Empaques en pozos someros inyectores de vapor: Para pozos empacados en yacimientos inyectores de vapor, se recomienda el uso de gravas sintéticas. Debido al efecto negativo que presenta el proceso de inyección de vapor en algunos minerales como el cuarzo y sílice comúnmente presentes tanto en el yacimiento como en la grava natural utilizada para empaques. Estudios de laboratorio y campo han demostrado que la grava natural y arena de formación pueden ser disueltos rápidamente en la corriente de vapor, el cuarzo y otros minerales silíceos poseen baja solubilidad a temperatura ambiente, pero a elevadas temperaturas normalmente alcanzadas durante la inyección de vapor, estos minerales se degradan con mayor rapidez especialmente los silíceos que son los que constituyen principalmente la matriz de la roca. La disolución por efectos del vapor no ocurre solamente a nivel del yacimiento sino también en el empaque, el cual se encuentra constituido en su totalidad por granos de cuarzo los cuales se mantienen inalterables a pH menores de 9.5. Las gravas sintéticas presentan una mayor resistencia a las altas temperaturas generadas durante la inyección de vapor (600°F). Underdown y Das evaluaron el comportamiento de diversos tipos de materiales al ser sometidos a altas temperaturas y variaciones del pH, observando que las gravas sintéticas presentan una pérdida de peso de 3.5% a un pH de 11 a 600°F, mucho menor en comparación al obtenido con grava

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natural Ottawa de 46.1% de pérdida de peso a un pH de 11 y una temperatura de 540°F. Empaques en pozos someros sin inyección de vapor. Para pozos empacados en yacimientos no inyectores de vapor, se recomienda el uso de gravas naturales importadas.

Empaques en pozos profundos. Para pozos profundos empacados, se recomienda el uso de gravas sintéticas. Debido a que éstas presentan una menor generación de finos durante el proceso de empaque que las gravas naturales.

2.3.2 Empaquetamiento con grava en pozos horizontales y sus cuidados. De los yacimientos no consolidados, junto con el gas, el petróleo y el agua, se pueden producir granos de arena suelta y partículas finas como las arcillas. La instalación de terminaciones para controlar la producción de arena sin sacrificar la productividad, el control del flujo, o las reservas recuperables resulta difícil y costosa; hasta $3 millones o más en las áreas marinas. Los costos de los posteriores tratamientos para disminuir el daño y de las intervenciones correctivas futuras son también extremadamente altos; hasta $1 millón por trabajo en pozos submarinos y en aguas profundas. Los operadores necesitan medidas confiables para el control de la producción de arena, implementadas correctamente desde el primer momento, especialmente para los tramos horizontales terminados a pozo abierto frente a formaciones de alta permeabilidad.

La producción de arena depende de la resistencia de las rocas, de los esfuerzos en sitio, de los fluidos producidos y de los cambios en las tasas de flujo respecto de la caída de presión. Las altas tasas de producción, el aumento del esfuerzo efectivo debido al agotamiento, y la irrupción del agua contribuyen a la producción de arena. Los problemas asociados con la producción de arena abarcan desde su manejo y eliminación en la superficie hasta la erosión de los equipos de subsuelo o de superficie y la pérdida del control del pozo. Si la arena produce fallas en los tubulares o en las herramientas de terminación, la producción y la recuperación de reservas se pueden ver postergadas, e incluso perdidas cuando los costos para desviar o volver a perforar un pozo son prohibitivos.

Los operadores utilizan diversas técnicas para reducir al mínimo la cantidad de arena en los fluidos producidos. Entre los métodos de control de producción de arena se incluyen la limitación del flujo del pozo a velocidades inferiores a las del comienzo de la producción de arena, la consolidación en sitio, los disparos selectivos u orientados, el empaque de grava y el fracturamiento combinado con empaque de grava. El fracturamiento combinado con empaque de grava combina fracturas hidráulicas cortas y anchas, o de longitud limitada (TSO, por sus siglas en inglés), con el empaque de grava.

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Para controlar la producción de arena en terminaciones a pozos abierto, los operadores utilizan tubos filtro (entiéndase filtros de grava sin empaque, esto es, cedazos solitarios), empaque de grava, fracturamiento combinado con empaque de grava y, recientemente, filtros de grava expandibles (Ver Figura 5).

Figura 5. Control de producción de arena.



Los disparos selectivos u orientados, evitan las zonas débiles y minimizan la producción de arena; la tubería de revestimiento cementada ofrece un positivo aislamiento de las formaciones. El empaque de grava en los pozos entubados permite el control de la producción de arena en formaciones laminadas, arenas de menor calidad en pozos verticales marginalmente económicos. El fracturamiento combinado con el empaque de grava, combina la estimulación y el control de la producción de arena en espesores apilados o yacimientos con granos probablemente clasificados y de baja transmisibilidad. En pozos abiertos, los tubos

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filtro, controlan las la arena en formaciones limpias con grandes granos bien clasificados y en pozos con corta vida productiva. Los empaques de grava o fracturas combinadas con empaques de grava, mantienen la productividad o inyectabilidad por más tiempo que los tubos filtro en formaciones sucias, con granos probablemente clasificados, en pozos de alta taza de producción con mayor transmisibilidad y grandes reservas y en terminaciones de aguas profundas o submarinas de alto riesgo o alto costo.

El empaque de grava método de control de producción de arena efectivo y ampliamente utilizado coloca gránulos, o grava, alrededor de filtros mecánicos, o filtros de grava metálicos, dentro de los pozos abiertos o entubados con disparos. La “grava” es arena natural redonda y limpia o material sintético lo suficientemente pequeño como para excluir los granos y algunas partículas finas de los fluidos producidos, pero lo suficientemente grande como para mantenerse en su lugar mediante los filtros de grava. Se bombea una lechada de fluido de transporte y grava en los disparos y en el espacio anular que existe entre los filtros de grava y el pozo abierto o entubado con disparos. La grava se deposita a medida que el fluido de transporte se pierde en las formaciones o circula de regreso a la superficie a través de los filtros de grava.

Los empaques con grava en pozos horizontales son operacionalmente similares a los empaques con gravas verticales, sin embargo, requieren una especial atención para mantener la estabilidad del hoyo durante la corrida de los equipos y mientras la grava es depositada en el espacio anular.

En los empaques en pozos horizontales el transporte de la grava se dificulta debido a que la gravedad no facilita en proceso, a diferencia de los pozos verticales. La eficiencia del empaque y la secuencia de deposición disminuye cuando aumenta el ángulo de inclinación de los pozos, cuando se realizan empaques con gravas en pozos que presentan ángulos de inclinación menor a 45°, la secuencia de empaque ocurre de abajo hacia arriba, como puede observarse en la figura 2. Cuando la inclinación del pozo supera aproximadamente los 60°, la secuencia de deposición se torna más aleatoria (figura 3), la grava se encuentra en una posición transitoria, entre caer al fondo del intervalo o permanecer en la parte superior del mismo por el lado inferior del hoyo, este comportamiento obedece a que 62° representa el complemento del ángulo de reposo de la grava, que es aproximadamente 28° (Ver Figuras 6 a 10).

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Figura 6. Secuencia de depositación de grava en empaques verticales e inclinados <45°.

Fuente. PETROBLOGGER. Empaque con grava en pozos horizontales. 26 de Julio de 2009. [En línea]. [Citado 10/04/13]. Disponible en:

http://www.ingenieriadepetroleo.com/2009/07/empaque-con-grava-en-pozos.

Figura 7. Secuencia de depositación de grava en empaques inclinados 60°.



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Figura 8. Angulo de depositación natural de grava.

Fuente. PETROBLOGGER. Empaque con grava en pozos horizontales. 26 de Julio de 2009. [En línea]. [Citado 10/04/13].

Disponible en: http://www.ingenieriadepetroleo.com/2009/07/empaque-con-grava-

en-pozos.

Figura 9. Secuencia de deposición de la grava en un pozo con 80° de inclinación.



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Figura 10. Secuencia de depositación de la grava en un pozo con 80° de inclinación.

Fuente. PETROBLOGGER. Empaque con grava en pozos horizontales. 26 de Julio de 2009. [En línea]. [Citado 10/04/13]. Disponible en: http://www.ingenieriadepetroleo.com/2009/07/empaque-

con-grava-en-pozos.

Por esta razón los trabajos de empaques con grava en pozos horizontales deben ser diseñados con tasas de bombeo lo suficientemente altas para asegurar el transporte de la grava con el uso de salmueras de baja densidad o fluidos ligeramente gelificadas, mientras se mantiene el control en la pérdida de fluidos, para evitar la formación de puentes en el anular rejilla hoyo abierto.

El método básico para el proceso de empaque con grava en pozos horizontales se rige por dos etapas. En la primera, la lechada (fluido de transporte y grava) es bombeada a través de la tubería hasta llegar a una sección de mayor área de flujo por debajo de la empacadura, lo cual disminuye la velocidad de flujo y la grava comienza a depositarse en la parte inferior del hoyo formando dunas que aumentan en altura disminuyendo el área disponible de flujo y aumentando la velocidad de la lechada, rápidamente se genera una condición de equilibrio en la cual la velocidad en la parte superior de la duna es suficiente para erosionar el tope de la misma y prevenir un taponamiento prematuro por el crecimiento descontrolado de la duna. En este punto, la duna comienza a propagarse hacia la parte inferior del hoyo originando lo que se ha denominado onda alfa. La onda alfa continúa su propagación hasta llegar al final de la rejilla o al final de la tubería lavadora (lo que ocurra primero) donde el fluido de acarreo entra a la rejilla y es circulado hacia afuera del pozo, iniciándose la segunda etapa del proceso.

En esta segunda etapa denominada onda beta, la grava de empaque llena el área anular remanente sobre la ya depositada onda alfa. La onda beta se propaga desde el final del intervalo hacia arriba. Como la grava llena el anular externo de la rejilla, el fluido de acarreo es dirigido hacia un área restringida en el anular rejilla – tubo lavador para ser circulada hacia fuera del pozo. Como la onda beta continúa avanzando la distancia recorrida por el fluido en el anular rejilla – tubo lavador

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aumenta gradualmente, originando un incremento sostenido en la presión de bombeo en superficie. Cuando la sección superior de la rejilla es cubierta con grava ocurre un incremento violento de la presión de bombeo, indicando que el desplazamiento de la grava se ha completado, finalizando el proceso de empaque. 2.4 CUIDADOS EN LOS POZOS

Para la realización de empaques con gravas en pozos horizontales en forma efectiva y productiva es necesario dar cumplimiento a las siguientes premisas:

Mantener la estabilidad del hoyo durante la fase de perforación y completamiento de pozo.

Utilizar fluidos compatibles con la formación, limpios y que cumpla con los requerimientos de presión hidrostática.

El lodo utilizado para la perforación de la sección horizontal, debe ser un lodo cuyo agente primario de puenteo sea tal que permita controlar las pérdidas de filtrado en la formación, que pueda ser removido fácil y efectivamente por el fluido producido, poseer buenas propiedades de suspensión, baja pérdida por fricción, de densidad controlable fácilmente.

Los fluidos que se utilizan para el empaque con grava pueden ser de base agua o aceite. Los fluidos de base agua son por lo general los preferidos, y se consideran más flexibles que los sistemas de base aceite. Hoy en día, la salmuera es el fluido de acarreo de grava que se considera como el más apropiado. Las pruebas de laboratorio y resultados de campo confirman que es posible ejecutar con éxito un empaque con grava en un pozo horizontal empleando salmuera como fluido de acarreo.

Mantener una tasa mínima de retorno de fluido que equivalga a aproximadamente el 40% de la tasa total de bombeo. Si la pérdida de fluido es demasiado elevada (por ejemplo, el fluido de acarreo de grava se filtra hacia la formación en lugar de circular hacia fuera del pozo), la velocidad que lleva el fluido que se dirige hacia fuera de la rejilla resultará insuficiente para propagar la onda alfa, lo que hace que la onda se detenga. Esto pone fin al proceso de colocación del empaque con grava.

La tasa de bombeo aplicada durante la colocación del empaque con grava debe ser suficiente para crear una velocidad superficial entre 1 y 3 pies por segundo en el espacio anular entre el hoyo y la rejilla, con el fin de erosionar el tope de la duna y propagar la misma hasta el final del intervalo de completamiento.

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Mantener la concentración de la grava por debajo de 1 lbs de grava por galón de fluido de acarreo.

Asegurarse que la relación diámetro externo de la tubería de lavado / diámetro interno de la rejilla oscile entre 0,75 y 0,80. Restringiendo el espacio anular, obligando al fluido de acarreo a circular y transportar la grava por el anular hoyo rejilla, para garantizar la propagación de la duna. La tubería de lavado ancho genera un espacio anular tubería de lavado / rejilla que es limitado. Por otra parte si la relación diámetro externo de la tubería de lavado / diámetro interno de la rejilla es demasiado pequeña, la duna de grava se detendrá prematuramente en la parte superior del intervalo de completamiento, lo que ocasionará un “taponamiento prematuro”. Si la relación diámetro externo de la tubería de lavado / diámetro interno de la rejilla es demasiado alta, podría pegarse la tubería de lavado y las presiones de bombeo podrían aumentar durante las etapas finales de la colocación de la grava.

Antes de correr el equipo de empaque y empacar el pozo, es preferible desplazar en inversa revestimiento y hoyo abierto con salmuera filtrada y limpia a una velocidad de 300 ft/seg.

Mantener una relación de altura de duna entre 0.7 y 0.8.

Mantener una luz radial de 0.75 a 1.0 pulg. Entre el hoyo y OD de las rejillas.

2.4.1 Procedimiento General de Empaque con Grava. A continuación se presenta un procedimiento general de empaque con grava en pozos horizontales:

Perforar hoyo de producción con fluido de perforación diseñado según las condiciones del yacimiento.

Realizar viaje corto y circular el fluido de perforación hasta obtener retornos limpios.

Desplazar el fluido de perforación por fluido limpio y que cumpla con los requerimientos hidrostáticos, de igual densidad al lodo utilizado durante la perforación de la sección horizontal de producción, hasta 200 pies por encima de la zapata del revestimiento intermedio

Bajar ensamble de equipo de control de arena.

Bajar tubería lavadora dentro de las rejillas del equipo de control de arena y empotrarlo en el o´ring seal sub colocado en la última rejilla.

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Terminar de bajar equipo de empaque hasta 5 pies por encima de la profundidad final de la sección horizontal del hoyo productor.

Proceder a asentar la empacadura hidráulica. Desplazar lodo limpio dejado en el hoyo por el fluido a utilizar en el empaque, compatible con la formación y con el fluido de perforación utilizado.

Asentar y probar obturador, liberar herramienta de asentamiento y colocar en posición de circulación.

Realizar prueba de circulación para verificar condición del pozo, para determinar la tasa de bombeo de la grava y observar retorno de fluido para garantizar un mínimo del 70% de circulación para realizar el empaque.

Continuar con el proceso de empaque, bombeando la grava a una tasa determinada previamente para crear la onda alfa y al completar esta fase se inicia la onda beta alcanzando así la presión final de empaque.

Reversar el sistema hasta obtener retornos limpios.

Probar empaque y sacar tubería de trabajo del hoyo.

Completar pozo.

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3. POZOS ENTUBADOS O ABIERTOS

La perforación de pozos horizontales y de gran ángulo es común cuando se trata de pozos nuevos y de reentrada, incluso en los yacimientos que requieren terminaciones diseñadas para controlar la producción de arena. Las terminaciones a pozo entubado son poco comunes en los pozos horizontales porque la cementación de la tubería de revestimiento es difícil, los costos de los disparos son más altos, y para lograr un empaque de grava eficiente, la limpieza de los disparos normalmente es problemática. Asimismo, los pozos horizontales abiertos son menos sensibles al daño de la perforación y de la terminación debido a que las áreas de ingreso del flujo son significativamente más grandes. Sin embargo, las secciones horizontales se perforan con un fluido de perforación del yacimiento (RDF, por sus siglas en inglés) especial que contiene polímeros para aumentar la viscosidad, agentes obturantes como el carbonato de calcio [CaCO3], o sal de cloruro de sodio [NaCl] y aditivos (normalmente almidón u otro polímero) destinados a controlar las pérdidas de fluido (derecha).

Mientras mayor sea la porción del yacimiento expuesta en un pozo, mayor será la productividad e inyectividad y menores la caída de presión y las tasas del flujo en la formación. Las menores caídas de presión y las menores velocidades de los fluidos minimizan la producción de arena en algunas formaciones. Dado que los disparos en pozos entubados y la turbulencia del flujo limitan la productividad, particularmente en pozos de altas tasas de producción, los operadores normalmente efectúan terminaciones a pozo abierto en los tramos horizontales para obtener una productividad óptima. En base a la transmisibilidad del yacimiento -permeabilidad multiplicada por espesor (kh), dividida por la viscosidad del fluido (µ)- BP evaluó la productividad de los pozos entubados, fracturados y posteriormente empacados con grava en términos de la eficiencia de flujo.

A medida que aumenta la viscosidad del fluido del yacimiento o disminuyen la permeabilidad y la relación entre el espesor neto y el total -menos espesor productivo, más limo y más lutita- los operadores pueden necesitar recurrir al fracturamiento hidráulico combinado con empaque de grava, como técnica de estimulación y control de la producción de arena en yacimientos laminados o multicapa. A medida que disminuye la viscosidad del fluido del yacimiento o aumentan la permeabilidad de la formación y la relación entre el espesor neto y el total -más espesor productivo, menos limo y menos lutita- los disparos en la tubería de revestimiento reducen la eficiencia de la producción y podrían no obtenerse los beneficios de la estimulación, porque el flujo es estrangulado por los disparos.

En las formaciones de alta permeabilidad y de alta productividad, los operadores deben considerar las terminaciones a pozo abierto con secciones horizontales o de gran ángulo en los yacimientos, y tubos filtro, empaques de grava o filtros de

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grava expandibles para el control de la producción de arena. Las terminaciones a pozo abierto que requieren control de la producción de arena prácticamente se han duplicado desde 1997 hasta el año 2000. De estos pozos, aproximadamente el 20% tenían empaque de grava en 1997 y 1998, en comparación con el 40% en el año 2000. Se prevé que esta tendencia continúe, y se aproxime al 60% en el año 2003.8 El control de la producción de arena en terminaciones a pozo abierto de secciones largas y horizontales requiere nuevas tecnologías, ingeniería detallada, planificación avanzada y una cuidadosa ejecución (Ver Figura 11).

Figura 11. Revoque de filtración.



Revoque de filtración. Un fluido de perforación del yacimiento (RDF, por sus siglas en inglés) correctamente formulado y acondicionado deposita un revoque de filtración de lodo delgado y de baja permeabilidad en las paredes del pozo que no invade en forma profunda las formaciones. Los componentes incluyen polímeros para aumentar la viscosidad, agentes densificantes y obturantes, y aditivos de control de pérdidas de fluidos que se sellan dentro de unos pocos diámetros de granos de la formación, para reducir al mínimo la invasión de fluidos y de partículas en los intervalos productivos. Salmueras base, sales, CaCO3 y barita son agentes densificantes comunes. Los agentes obturantes y los aditivos de control de pérdidas de fluidos se empacan frente a la pared del pozo. El acondicionamiento correcto del fluido RDF y los desplazamientos del pozo remueven el material del RDF suelto y minimizan el espesor del revoque de filtración.

3.1 EMPAQUE CON AGUA O FILTROS DE GRAVA ALTERNATE PATH

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El uso de empaques de grava en terminaciones a pozo abierto ha evolucionado a medida que los operadores y las compañías de servicios han adquirido experiencia y una mayor comprensión acerca del daño de las terminaciones y del emplazamiento de grava en los pozos horizontales. Si se requiere empaque de grava, los operadores deben elegir entre dos técnicas probadas en el campo que se encuentran actualmente disponibles para la terminación de largas secciones de pozos abiertos; éstas son el empaque con agua y los filtros de grava Alternate Path.

El empaque con agua utiliza bajas concentraciones de grava -0.5 a 2 libras de apuntalante agregado (ppa) por galón [0.06 a 0.2 g/cm3]- transportada por fluidos de baja viscosidad, normalmente salmuera

En los pozos de altas tasas de producción y alto costo, las intervenciones correctivas costosas pueden afectar la rentabilidad del campo y del proyecto en general. De hecho, la mayoría de los contratos de distribución de gas contempla altas multas por no cumplir con las cuotas de producción. Para estas terminaciones sensibles al costo y al riesgo, la incertidumbre y los históricamente altos porcentajes de fallas con los tubos filtro justifican el uso de empaques de grava.

A menos que las formaciones tengan granos bien clasificados y extremadamente limpios, los pozos de producción e inyección submarinos que pueden producir arena y la mayor parte de los pozos en aguas profundas—más de 1000 a 2000 pies [305 a 610 m] —deben terminarse con empaques de grava para evitar las intervenciones correctivas de alto costo, especialmente cuando hay grandes volúmenes de reservas en juego. Los pozos de gas de alta producción también necesitan empaques de grava cuando la producción de arena y la erosión de los filtros de grava afectan la seguridad.

El lado bajo del espacio anular se empaca primero hasta que la grava llega al extremo final, también llamado punta, o hasta que la grava se desborda y forma una obturación debido a las grandes pérdidas de fluido. Las fuerzas gravitacionales dominan esta onda “alfa,” de modo que la grava se asienta como las dunas de arena soplada por el viento en una playa hasta alcanzar una altura de equilibrio. Si el flujo de fluido permanece por sobre la velocidad crítica para el transporte de partículas, la grava descenderá por una sección horizontal hasta la punta.

Una vez que se detiene la onda alfa, una segunda onda, u onda “beta,” cubre el espacio anular por el lado superior hacia atrás y hacia el comienzo de la sección horizontal, también llamada talón, desde la punta o desde una obturación. La onda beta requiere una velocidad de fluido suficiente para mantener un flujo turbulento y mover la grava a lo largo de la parte superior del espacio anular. Esta onda

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continúa hasta que el espacio entre el empaque y la formación se hace relativamente pequeño para el tamaño de la partícula de grava. Se requiere un revoque de filtración de baja permeabilidad para impedir la pérdida de fluido hacia las formaciones, mantener la altura de equilibrio de la grava, evitar la obturación de la grava, que conduce a un empaque incompleto, y permitir que los filtros de grava se instalen sin que se atasquen por presión diferencial. El menor flujo anular que resulta de la pérdida de fluido por la erosión del revoque de filtración o de exceder la presión de fracturamiento, aumenta la altura de la grava aguas abajo y la posibilidad de obturación prematura, así como los vacíos en el empaque.

El empaque con agua depende en gran medida de la integridad del revoque de filtración y puede no empacar completamente el espacio anular, lo que puede crear incertidumbre acerca del éxito y de la consistencia de la terminación. Por esta razón, se usa un fluido RDF especial y cuidadosamente diseñado para perforar secciones del yacimiento que serán terminadas a pozo abierto. Un RDF debe formar un revoque de filtración delgado y de baja permeabilidad que sea frágil, pero capaz de soportar la erosión mientras se bombea la grava. Estas características hacen que el revoque de filtración sea más fácil de remover o, al menos, menos dañino para la permeabilidad de la formación (Ver Figura 12).

Figura 12. Empaque con agua.

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http://www.slb.com/~/media/Files/resources/oilfield_review/spanish01/aut01/p52_73.pdf.Los empaques de grava con fluidos de baja viscosidad, normalmente salmuera, se basan en el depósito de grava alrededor de los filtros de grava en el lado bajo del espacio anular, mientras que la lechada con bajas concentraciones de grava se mueve en flujo turbulento a lo largo de la parte superior (parte superior e inferior derecha). El pozo se debe sellar con un revoque de filtración del fluido RDF para reducir al mínimo las pérdidas de fluido. Si la circulación—el fluido retorna a la superficie—se mantiene, la grava circula hacia el extremo final, o punta, de las secciones horizontales en una onda “alfa” (1 a 5). Si la lechada se deshidrata y cesa el empaque posterior en los intervalos con grandes pérdidas de fluido, la grava llena el espacio anular y forma una obturación. El resultado es un empaque incompleto más allá de ese punto. Después de que se produce la obturación o que la grava llega a la punta, el empaque regresa al comienzo, o talón, de una sección horizontal en una onda “beta” (6 a 10). Las presiones de tratamiento de superficie brindan una indicación de la forma en que se están desarrollando los tratamientos de empaque con agua (parte inferior izquierda).

En caso de que se requieran tratamientos de limpieza, éstos deben seguir el empaque con agua para mantener la integridad del revoque de filtración mientras se coloca la grava. En yacimientos con baja relación entre el espesor neto y el total, los intervalos de limos y lutitas expuestos a los fluidos de terminación pueden ser erosionados y transportados por el flujo de alta velocidad por largos períodos, posiblemente reduciendo la permeabilidad final de los empaques de grava. El uso de filtros de grava preempacados o de malla premium para controlar la producción de arena en caso de un empaque incompleto, compensa en cierta forma las limitaciones del empaque con agua. Sin embargo, se necesitaba un método más confiable. Los empaques de grava con filtros de grava Alternate Path utilizan tubos de derivación por fuera de los filtros de grava y altas concentraciones de grava—4 a 8 ppa [0.48 a 0.96 g/cm3]—en fluidos de transporte viscosos, para asegurar empaques de grava completos por debajo de las obturaciones que se forman entre los filtros de grava y la tubería de revestimiento o las paredes del pozo (abajo).16 A diferencia del empaque con agua, esta técnica no depende de la integridad del revoque de filtración. Si se forma una obturación de grava anular, la presión en el espacio anular aumenta y la lechada se desvía hacia los tubos de derivación, la única vía de flujo abierta. Los tubos de derivación tienen conductos para que la lechada se desvíe del pozo colapsado, de los empacadores inflables externos, o de las obturaciones de grava anulares en la parte superior de los intervalos o junto a las zonas con altas pérdidas de fluido.

Las pruebas a gran escala que simulan pérdidas de fluido extremadamente altas demostraron que un solo tubo de derivación podría empacar intervalos horizontales de 2000 pies, incluso sin retornos de fluido hacia la superficie. Los

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ingenieros adaptaron los filtros de grava Alternate Path para pozos abiertos más largos con el diseño de boquillas y tubos de derivación que reducen la acumulación de grava dentro de los tubos de derivación, mediante el uso de fluidos no dañinos con buena capacidad de transporte de grava y la instalación de protectores de los tubos con orificios perforados alrededor de todo el conjunto para ayudar a centralizar los filtros de grava y proteger los tubos de derivación.(Ver Figura 13).

Figura 13. Empaques de grava con filtros de grava Alternate Path.



Esta tecnología asegura un empaque de grava completo alrededor de los filtros de grava en una sección horizontal entera. Los tubos de derivación conectados por fuera de los filtros de grava proveen conductos para que la lechada se desvíe de las obturaciones de grava y llene los vacíos en el espacio anular (parte superior y parte inferior derecha). Los tubos de derivación no dependen del revoque de filtración para impedir las pérdidas de fluido. Si el espacio anular entre los filtros de grava y los empaques del pozo abierto se tapona prematuramente (3), la lechada se desvía hacia los tubos de derivación y el empaque de grava prosigue hacia la

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punta, aún cuando no haya retorno del fluido, o circulación hacia la superficie (4 y 5). La velocidad de bombeo por lo general disminuye una vez que comienza el flujo a través de los tubos de derivación y aumenta la presión debido al menor diámetro de dichos tubos (parte inferior izquierda).

La grava no gira fácilmente hacia orificios de salida pequeños, de modo que boquillas en gran ángulo que se extienden hacia la corriente de flujo reducen la tendencia a la decantación de la grava y a su concentración dentro de los tubos de derivación. Los tubos de derivación con orificios, o boquillas, sirven como tubos de empaque. Para intervalos extremadamente largos, se conectan tubos de derivación de transporte sin orificios de salida a lo largo de todo el conjunto de filtros de grava para limitar la deshidratación de la lechada mediante la reducción de las pérdidas del fluido de transporte en el espacio anular, y dirigir la lechada hacia los tubos de empaque a razón de 4 a 6 bbl/min [0.6 a 0.9 m3/min].

Los tubos de transporte se conectan a los tubos de empaque mediante un tubo distribuidor en cada empalme de los filtros de grava. La lechada fluye hacia abajo por los tubos de empaque o desde los tubos de transporte hacia los tubos de empaque y sale a través de boquillas de carburo resistentes al desgaste, para empacar los vacíos detrás de los filtros de grava a 0.5 a 2 bbl/min [0.08 a 0.3 m3/min]. También se pueden conectar tubos de transporte a la tubería hermética que se encuentra en la parte de arriba de un conjunto de filtros de grava, para que la lechada pueda pasar en caso de que el orificio colapse o se forme una obturación de grava en la parte superior del intervalo.

3.2 PROYECTOS EN LOS QUE SE HA DESARROLLADO EMPAQUETAMIENTOS CON GRAVA.

A continuación, se aprecia el proyecto en el Campo Jazmín (Ver Tabla 2):

Tabla 2. Proyecto en el Campo Jazmín.

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3.3 EMPAQUETAMIENTO EN EL CAMPO JAZMÍN

La implementación del empaquetamiento con grava en el campo Jazmín se fundamenta en estas primeras observaciones que Coberly efectuó. Sin embargo, los ingenieros tienen que tener en cuenta factores geológicos, físico-químicos, litológicos y operacionales adicionales antes de la selección de la mejor forma en que se puede emplear este procedimiento. En este sentido, uno de los primeros parámetros que se debe determinar antes de implementar un empaque de grava es la granulometría de una muestra representativa de la arena proveniente de la formación

Proceso para determinar el tipo de grava a utilizar Esta muestra de arena debe ser previamente lavada (una buena opción es el éter). Posteriormente, se separan las partículas arcillosas y limosas con una malla, con una serie de tamices, se separan las partículas en diferentes grupos de acuerdo a su tamaño y se mide el peso de cada uno de estos grupos de muestras para poder construir una curva granulométrica. Basados en esta gráfica, se selecciona el tamaño más adecuado, que dependerá de los criterios que se tengan en cuenta, que bien pueden ser los propuestos por Gumpertz, Hill, Karpoff u otros.

A partir de la curva granulométrica obtenida previamente, se pueden determinar ciertas propiedades de las muestras de arena de la formación tales como el tamaño promedio, el grado de selección, la simetría, la agudeza y la uniformidad. Los valores de estas propiedades se tienen en cuenta para determinar las propiedades de la grava a utilizar.

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Otro parámetro que se tiene en cuenta es que la relación arena-grava en el empaque durante la vida productiva del pozo debe ser tal que la permeabilidad sea buena y que se evite el taponamiento de los espacios intersticiales de la grava.

Para poder implementar un empaque con grava, el fluido de empaquetamiento debe tener viscosidad y gel de lodo reducidas con respecto a los lodos convencionales para crear un medio de transporte eficiente para la grava. También se busca hacer la retorta lo más fina posible en la cara del pozo.

Los factores operacionales determinarán la calidad del empaque.

Los ingenieros tienen como objetivo controlar el caudal del fluido de empaquetamiento, la relación grava-fluido para empaquetar, la presión de bombeo, la presión del fluido, la turbulencia del flujo del fluido, los intervalos de bombeabilidad.

3.3.1 Procedimiento de empaquetamiento. Se remoja la grava con el fluido de empaquetamiento en el gravel pot y se bombea esta mezcla, avanza más rápidamente hacia el Gravel Pack Assembly, en la cual la grava realiza un recorrido corto en su interior, finalizando su viaje al golpear a altas velocidades las paredes de la misma. Cuando la mezcla de grava con fluido sale del gravel packer, se desplaza por el anular que se encuentra entre el revestimiento de 7 pulgadas y; el gravel packer en el primer tramo, el landing nipple en el segundo tramo, el liner de 5 pulgadas en el último tramo. Después de este recorrido, el fluido de empaquetamiento se encarga de transportar y asentar la grava en el hueco.

Los estudios realizados a algunos empaques con grava una vez el pozo es puesto a producir sugieren que la productividad aumenta en un 33%. Esto se debe en parte a la alta permeabilidad de la grava, que es veinte o treinta veces mayor a la de arena. Sin embargo, el incremento de la producción dependerá, en gran parte, de la calidad del trabajo de los ingenieros y de las herramientas utilizadas.

Factores a tener en cuenta en un pozo empaquetado con grava Distancia en la cual el flujo de crudo deja de ser lineal una vez atraviesa la interfaz arena-grava. Inyección cíclica de vapor cuando el yacimiento tiene crudos pesados. En el campo Jazmín, los empaques deben ser diseñados cuidadosamente, especialmente porque el crudo es pesado y se requieren de técnicas de recobro mejorado tales como la inyección cíclica de vapor.

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3.3.2 Empaque con tubos de derivación en Kazakhstán. El empaque de grava con filtros de grava Alternate Path se puede extender a secciones abiertas extremadamente largas de pozos horizontales mediante modificaciones específicas y una cuidadosa ingeniería. El Campo Buzachi del Norte, en Kazakhstán Occidental, cerca del Mar Caspio, está a 300 km [190 millas] al norte de Aktau, la ciudad más cercana, y es operado por Texaco. En 1999, el Pozo NB4Z fue uno de los primeros pozos horizontales perforados en este yacimiento de areniscas poco consolidadas y poco profundas, que produce petróleo relativamente viscoso. El emplazamiento de empaque de grava en una sección abierta de 3000 pies [914 m] de un pozo de 81⁄2 pulgadas, requería una cantidad de grava estimada en 85,000 lbm [38,560 kg]. Esto indujo a Texaco a evaluar terminaciones que incluyen empaques con agua y con tubos de derivación (arriba a la derecha). La sección horizontal NB4Z era mucho más larga que en las terminaciones anteriores en las que se habían utilizado filtros de grava con tubos de derivación de 1100 pies [335 m], de modo que se optimizaron los diseños de filtros de grava y los programas de bombeo para mejorar la eficiencia, reducir el tiempo de instalación, y permitir mayores velocidades de bombeo. El diseño AllPAC consistió de dos tubos de transporte largos que se separaban en cada empalme de los filtros de grava para alimentar dos tubos de empaque (próxima página). Esta configuración redujo el número de conexiones de tubos de derivación en un 50% y redujo la posibilidad de pérdidas de fluido y la deshidratación de la lechada en los filtros de grava.

Comparación entre el empaque con agua y el empaque con tubos de derivación. Texaco escogió la tecnología Alternate Path para el pozo NB4Z en el Campo Buzachi del Norte, Kazakhstán, porque los requisitos de tiempo de terminación y volumen de fluido eran considerablemente menores que los del empaque con agua. Ensamblar y operar filtros de grava con tubos de derivación requiere tiempo adicional, pero el tiempo de bombeo se reduce en un 80% puesto que la concentración de grava es mucho más alta. El tiempo total de terminación con empaque con tubos de derivación, es 30% menor que con el empaque con agua. Los volúmenes de fluido de empaque con tubos de derivación son de 10 a 20% de los requeridos por el empaque con agua. En este caso, resultó menor al 10%, lo cual es importante en áreas remotas con suministro limitado de agua (Ver Tabla 3).

Tabla 3. Descripción de las tecnologías.

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La grava se bombeó en modo de circulación espacio anular abierto sin tubos lavado- res dentro de los filtros de grava. Cuando la grava llegó a la parte superior del filtro de grava, la lechada se deshidrató inmediatamente mientras el fluido de transporte se fugaba por el filtro de grava y se formaba una obturación anular en la parte superior de la sección horizontal. La lechada se desvió a los tubos de derivación y pro- siguió el empaque de grava. El tratamiento se efectuó a 4 bbl/min hasta que la grava mojada causó problemas de mezclado y se tuvo que disminuir la velocidad para que el mezclador pudiera seguir operando. La presión de tratamiento de superficie aumentó durante todo el trabajo y fue lo suficientemente alta como para sobrepasar el esfuerzo de fracturamiento. Sin embargo, no se produjo la rotura de la formación debido a la fricción en los tubos de derivación.

La tecnología de tubos de derivación fue clave para la ejecución exitosa de este empaque de grava en una sección horizontal abierta extremadamente larga en un área remota. El empaque de grava sin tubo lavador redundó en un ahorro del tiempo de instalación y una conexión roscada especial aseguró la alineación correcta del tubo de derivación. De 100 empalmes de los filtros de grava, 97 se alinearon exactamente la primera vez. El armado de los filtros de grava y la velocidad de bajada fue de casi seis conexiones por hora. Se logró un completo empaque de grava, emplazando un 33% más de grava del volumen anular teórico. La producción inicial del pozo llegó a 34 B/D [5 m3/d] de agua y 1257 B/D [200

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m3/d] de petróleo, tres veces la producción promedio en este campo de una terminación horizontal con tubería de revestimiento ranurada. Para escoger entre los métodos de empaque con agua y empaque con tubos de derivación, los operadores tuvieron que evaluar la logística, los riesgos y los costos de cada aplicación. Ambas técnicas se habían utilizado con éxito en largos tramos horizontales con empaque de grava. En secciones largas, el porcentaje de éxito mediante empaque con agua es de alrededor del 70%, mientras que con el empaque con tubos de derivación, es superior al 95%.22 El éxito está relacionado principalmente con el contenido de lutita y la reactividad de la lutita con los fluidos de perforación y terminación, con la longitud de la sección del yacimiento y con la permeabilidad de la formación. Cuando se efectúan empaques de grava con los filtros de grava Alternate Path, se puede remover el revoque de filtración durante las operaciones de empaque de grava, porque no se requiere un pozo sellado.

Los filtros de grava AllPAC para el pozo de Texaco constaron de dos grandes tubos de transporte que se separaban en cada empalme del filtro de grava para alimentar los tubos de empaque (inserto inferior). Esta configuración disminuyó el número de conexiones de derivación en un 50% y redujo considerablemente las pérdidas de fluido y la posibilidad de deshidratación de la lechada en la sección abierta del pozo de 3000 pies.

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Figura 14. Diseño Alternate Path para el Campo Buzachi del Norte en Kazakhstán (inserto superior).



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BIBLIOGRAFÍA

Empaques de grava en pozos horizontales de alta productividad. Clive Bennett, Syed Ali, Rick Dickerson. Articulo virtual en Schlumberger, se encuentra como:

PETROBLOGGER. Empaque con grava en pozos horizontales. 26 de Julio de 2009. [En línea]. [Citado 10/04/13]. Disponible en: http://www.ingenieriadepetroleo.com/2009/07/empaque-con-grava-en-pozos.

ROSCOE MOSS COMPANY. Diseño del empaque de grava: El nexo entre la teoría, la experiencia y las preferencias personales. Memorándum técnico 006-2. [En línea]. [Citado 10/04/13]. Disponible en: http://www.roscoemoss.com/pdfs/Espanol/TechMemo006-2-DisenodeEmpaquedeGrava.pdf

SCHLUMBERGER. Empaque de grava en pozos horizontales de alta productividad. Febrero de 2001. 24 P. [En línea]. [Citado 10/04/13]. Disponible en: http://www.slb.com/~/media/Files/resources/oilfield_review/spanish01/aut01/p52_73.pdf.

THE ENGINEERS MANUAL FOR WATERWELL DESIGN - R.M.C.HANDBOOK OF GROUND WATER DEVELOPMENT - R.M.C.

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empaquetamientos con grava

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