empaque de grava

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ALUMNA: NORMA AIZAGRUPO: A

EMPAQUE DE GRAVA

1.- INTRODUCCION:

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. Es de gran importancia 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 también 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.

2.- 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.

2.1.- Objetivos Específicos

Describir en qué consiste el proceso de empaquetamiento con grava.

Analizar la aplicación del proceso del empaquetamiento con grava.

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ING: CARLOS CESAR ROJAS

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

3.- 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

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MARCO TEORICO:

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.

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 U.S sieve 325. 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

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.

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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.

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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Definiciones claves para determinar el tipo de grava

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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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 ensanchado. Finalmente, el fluido retorna al gravel packer. 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. 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 fisicomatemáticos (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 empaquetador

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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.

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)Tabla 1.Parámetros para la selección del empaquetamiento.

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Además de las fuente de las propiedades antes mencionadasSe 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 último 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

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

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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 de3.5% a un pH de 11 a 600°F, mucho menor en comparación al obtenido con grava

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.

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.

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