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5/13/2018 Criterio de Tiffin, Conpletaciones en Pozos Horizon Tales - slidepdf.com
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7.- CRITERIOS DE SELECCIÓN DE GRAVAS Y REJILLAS DE TIFFIN, KING,
LARESE Y BRITT.
Estos criterios se basan solamente en el tamaño de los granos de la arena
de formación. No pretenden determinar cuando un yacimiento podría fallar. Las
guías están ahí para el caso cuando el yacimiento fallase durante su vida
productiva y se pudiera necesitar algún tipo de control de arena. Enfatizan en
las formaciones que contienen grandes cantidades de finos; donde estos
puedan contribuir a daños en la formación muy altos y reducir la capacidad de
producción con métodos de control tradicionales.
Los diseños de completación actuales de empaques con grava generalmente
hacen un buen trabajo al prevenir la invasión de arena de formación con
yacimientos que tienen un patrón de distribución “normal”, aunque los
problemas pudieran retardarse si las tasas de flujo pudieran incrementarse y
reducirse los costos con completaciones de rejilla solamente.
Para arenas con distribuciones que apuntan hacia más finas y/o donde
predominan grandes cantidades de finos, los daños de las completaciones
tradicionales de empaque con grava y de rejilla llegan a ser grandes y
ocasionar averías graves.
Aunque se establece que la completación de empaque con grava es un
buen mecanismo, la cantidad de deterioro vista después de empacar es a
menudo severa. La causa de esto toma muchas formas, pero cada vez más, el
tamaño y la presencia de finos de formación se reconoce como uno de losmayores contribuyentes a este daño.
La hipótesis básica que aquí se presenta y defiende es que algunas
formaciones tienen el tamaño “correcto” de finos y en cantidades suficientes
para sellar el empaque con grava, causando severas restricciones en el flujo.
Los principales finos sospechosos son los granos de formación (clasificados
como finos de arcillas) cuyos diámetros son inferiores al diámetro de la malla #325 (<0,0017”). El origen de los finos es aún tema de investigación, pero unas
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pocas causas se entienden acerca de cómo cambian estos finos sueltos en la
formación. Cuando las formaciones son heterogéneas (con rango muy amplio
entre el tamaño mínimo y el máximo de los granos), el resultado es a menudo
la invasión de las partículas más finas dentro de los poros, reduciendo la
permeabilidad en el área crítica cercana a la pared del pozo.
Los trabajos relacionados a este estudio parecen estar limitados a unos
pocos autores que reconocen algunos componentes de la contribución de los
finos a la restricción del flujo a lo largo de la interfase con el empaque con
grava o con la rejilla.
2.7.1.- CRITERIOS DE CLASIFICACIÓN PROPUESTOS
Estos criterios sugieren que se debería trabajar siguiendo ciertas
condiciones cuando todos los valores están bajo estos principios, el riesgo de
daño se reduce donde la arena de formación esta bien descrita por medio de
las muestras examinadas.
Estos principios de relación y comparación son:
1. (D10/D95 < 10; D40/D90 < 3; % en peso de los granos de formación
con diámetro inferior al de la malla Nº 325 < 2%). Valores de
clasificación muy bajos con poco contenido de finos (granos de
formación). Esta área es candidata para completación de rejilla sin
empaque (si el intervalo esta revestido y cañoneado la formación
necesita tener una permeabilidad (K) > 1 darcy, con la posibilidad deusar rejilla pre-empacada).
2. (D10/D95 < 10; D40/D90 < 5; % en peso de los granos de formación
con diámetro inferior al de la malla Nº 325 < 5%) rangos de
clasificación bajos a promedio, o solamente con finos fuera de rango.
Esta zona puede controlarse mejor por medio de rejillas con nuevastecnologías, con mallas metálicas entretejidas (es necesario que la
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permeabilidad de la formación (K) > 1 darcy para completación a hueco
entubado).
3. (D10/D95 < 20; D40/D90 < 5; % en peso de los granos de formación
con diámetro inferior al de la malla Nº 325 < 5%) rangos promedios.
Este intervalo puede ser controlado con grava de tamaño grande (7 x
50% ó 8 x 50%), colocada en empaque con agua a alta tasa,
particularmente si el tamaño de los granos es consistente en toda la
zona de interés (sin laminaciones y un mínimo de vetas).
4. (D40/D95 < 20; D40/D90 < 5; % en peso de los granos de formación
con diámetro inferior al de la malla Nº 325 < 10%) rangos promedios
también con muchos finos se puede usar una combinación de grava de
diámetros grandes y una rejilla que deje pasar los finos.
5. (D10/D95 > 20; D40/D90 > 5; % en peso de los granos de formación
con diámetro inferior al de la malla Nº 325 > 10%) las proporciones
más altas, particularmente aquellas acompañadas con grandes
cantidades de finos señalan una necesidad critica de ampliar el hoyo
(mover la interfase grava/arena de formación), a través de
fracturamiento, tecnología de ampliación de pozos horizontales o
multilaterales, o grandes volúmenes de preempacados para minimizar
daños severos de la permeabilidad en la interfase grava/arena debido al
flujo.
Los criterios de clasificación (distribución) y las correspondientes técnicas decompletación propuestos deberían ser útiles en la selección de gravas y rejillas
para optimizar las tasas de flujo en una completación para el control de arena.
La grava sintética puede ofrecer ventajas sobre la grava natural en la
optimización de las tasas de producción y minimizar la invasión de arena.
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Tabla Nº
Valores de clasificación (Distribución de la arena de formación)
CLASIFICACIÓN
COMPARACIÓN
D50 Criterio estándar de Saucier
D40/D90 Cociente del daño de rejilla de Pall
D10/D95 Cociente promedio común entre los tamaños mínimos
y máximos de las partículas.
< Malla Nº 325 Partículas que miden menos de 44 n
Fuente: Articulo de la SPE Nº 39437
El criterio de Tiffin para la selección de la grava y rejillas
Condiciones Tipo de FormaciónCompletación
Recomendada
D40/D90 < 3
D10/D95 < 10
Finos < 2%
Formaciones con poco
contenido de finos y baja
distribución de tamaños de
granos.
Completación con rejillas
convencionales sin
empaque con grava.
D40/D90 < 5
D10/D95 < 10
Finos < 5%
Formaciones concontenido de finos fuera
de rango y baja a media
distribución de tamaños de
granos.
Completación con rejillas
Premium sin empaque con
grava.
D40/D90 < 5
D10/D95 < 20
Finos < 5%
Formaciones con
distribuciones medias de
tamaños de granos.
Empaques con grava de
alta tasa (High Rate Water
Pack) independientemente
del tipo de rejilla a utilizar.
D40/D90 < 5
D10/D95 < 20
Finos < 10%
Formaciones con
distribuciones media de
tamaños de granos y alto
contenido de finos.
Empaques con grava
empleando rejillas
dimensionadas para
producir finos.
D40/D90 > 5
D10/D95 > 20
Finos > 10%
La identificación de estas
formaciones dependerá de
la amplitud de algunos de
los factores de criterio.
Requiere ampliamiento de
la zona productora a
través de fracturas, pozos
multilaterales, pozos
horizontales, entre otros.
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CRITERIOS DE
SELECCIÓNTIPO DE FORMACIÓN
METODORECOMENDADO
D10/D95 < 10D40/D90 < 3Finos < 2%
Formaciones con pococontenido de finos y bajadistribución de tamaños
de grano.
Completación con rejillasconvencionales sin
empaque con grava.
D10/D95 < 10D40/D90 < 5Finos < 5%
Formaciones concontenido de finos fuerade rango y baja a mediadistribución de tamaños
de grano.
Completación con rejillasPremium sin empaque
con grava.
D10/D95 < 20D40/D90 < 5Finos < 5%
Formaciones condistribuciones medias de
tamaños de grano.
Empaque con grava
D10/D95 < 20D40/D90 < 5Finos < 10%
Formaciones condistribuciones medias detamaños de grano y alto
contenido de finos
Empaque con gravaempleando rejillas
Tabla . Criterio de selección para grava y rejillas en el control de arena.
Fuente: Tiffin, D y otros. 1998
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.- COMPLETACIONES EN HOYO ABIERTO PARA POZOS HORIZONTALES
Es la técnica más común utilizada para completar pozos horizontales.
Algunas de las categorías de completación en hoyo abierto son la del tipo
“barefoot“ , tubería perforada, forro ranurado o rejilla, rejilla preempacada y
empaques con gravas. (Ver la figura 7)
Figura 7
Tipos de completaciones en hoyo abierto para pozos horizontales
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Fuente: Tecnología de Completaciones para Formaciones Inconsolidadas
Las opciones “barefoot“ y de tubería perforada se aplican generalmente en
formaciones firmes donde la producción de área no representa un problema.
Las completaciones “barefoot“ no permiten controlar el perfil de producción del
pozo, por lo que el aislamiento zonal no es posible. Por su parte, las
completaciones que emplean tuberías perforadas pueden utilizarse
conjuntamente con las empacaduras de la tubería revestidora exterior para
lograr cierto grado de aislamiento zonal, tal como se ilustra en la Figura 8.
Completar pozos horizontales en una formación no consolidada requiere
adoptar decisiones difíciles en términos del tipo de control de arena que debe
utilizarse. Los forros ranurados o rejillas preempacadas y los empaques con
grava, por su parte, han sido empleados en formaciones no consolidadas.
Figura 8
Tipos de completación con empacaduras externas para revestimiento
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(ECP)
Fuente: Tecnología de Completaciones para Formaciones Inconsolidadas
Las técnicas que se emplean para perforar el pozo pueden ejercer una
influencia profunda en el tipo de completaciones que pueden aplicarse. Lospozos horizontales suelen clasificarse en pozos de radio largo, mediano y
corto, dependiendo de cuan rápidamente el pozo se desvíe de 0º a 90º. La
tabla Nº 4 muestra las diferencias existentes entre los pozos de radio largo,
mediano y corto en términos de ángulos de construcción y radio.
Técnicas de Perforación para Pozos Horizontales
Tabla Nº 4Tipo de Pozo ngulo de Construcción Radio
Corto 1 a 3.5º/ pie 19 a 42 pies
Mediano 3 a 6º/100 pies 286 a 716 pies
Largo 8 a 20º/100 pies 1900 a 1000 pies
Fuente: Tecnología de Completaciones para Formaciones Inconsolidadas
Los pozos de radio largo son extensiones de procesos direccionales
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estándares y ofrecen la máxima flexibilidad en lo que respecta a los tipos de
completaciones que puedan instalarse. El cambio abrupto de 0º a 90º en un
pozo de radio corto hace difícil lograr que ciertos componentes de la
completación, tales como rejillas, tuberías de revestimiento y empacaduras
exteriores de dicha tubería puedan doblarse lo necesario, por lo que las
opciones de completaciones podrían ser limitadas. Por su parte, los pozos que
poseen un radio de tamaño mediano podrían o no plantear problemas de
completación dependiendo de la tasa exacta de construcción y de las
especificaciones del equipo de completación. En cualquier caso, debe
presentarse atención especial a la selección del equipo de completación, con el
fin de garantizar que sea apropiado para las condiciones específicas del pozo.
La capacidad de rotar y circular mientras se corre el equipo de completación
puede ayudar a vencer el torque y arrastre necesario para empujar el equipo a
lo largo de la curva y adentrarlo en el hoyo abierto. Existen en el mercado
equipos de completación que cuentan con características de rotación y de
lavado y que pueden emplearse en pozos horizontales.
En el Campo Costanero Bolívar los pozos horizontales son perforados con
este tipo de técnica, es decir, que este tipo de pozo, la longitud al punto de
entrada esta entre 1000 y 2000 ft. y el ángulo de construcción es de 2 a 6º/100
ft.
2.8.4.- CONSIDERACIONES ESPECIALES PARA LAS FORMACIONES NO
CONSOLIDADAS
Los pozos horizontales se caracterizan por poseer zonas productoras
largas, debido a que en gran parte de la zona productora se encuentra
expuesta, los pozos horizontales pueden producir a tasa mucho mas elevada
que los pozos convencionales. A pesar de la tasa total más alta, la tasa de flujo
por pie de formación en los pozos horizontales suele ser considerablemente
inferior a la tasa de flujo por pie de formación en pozos convencionales.
Además, la caída de presión fluyente que se requiere para lograr una tasa enparticular en un pozo horizontal es significativamente menor a la caída de
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presión de un pozo convencional. La combinación de la menor caída de presión
fluyente y la menor tasa de flujo por pie reduce las fuerzas de arrastre por
viscosidad que actúan sobre el material de la formación, haciendo que los
pozos horizontales tengan menos oportunidad que producir arena de formación
que sus contrapartes convencionales. Un pozo convencional de formación en
particular podría requerir control de arena, mientras que un pozo horizontal de
la misma formación no consolidada podría producir sin arena.
Desafortunadamente, el problema se complica por la falta de técnicas que
permitan predecir con exactitud el potencial de producción de arena, por lo que
la mayoría de los productores toman ciertas precauciones para impedir la
producción de arena en pozos horizontales localizados en formaciones no
consolidadas. Estas opciones oscilan desde forros ranurados simples hasta
empaque con grava.
Al igual que ocurre con los pozos convencionales, la mejor técnica para
determinar el método optimo de completación consiste en utilizar la experiencia
de campo derivada de otros pozos. Debido a que las condiciones de yacimiento
varían a lo largo de la vida del pozo, no siempre resulta inmediatamente
evidente que el método de completación escogido haya sido el óptimo. Por lo
tanto, se plantea una situación sumamente difícil. A medida que se explota una
cantidad creciente de campos solamente con pozos horizontales y debido a
que los campos explotados con tecnología horizontal requieren menos pozos
para drenar suficiente las reservas, se magnifica la importancia que reviste
cada pozo para el proyecto. Las consecuencias para una completación
inadecuada con control de arena pueden ser graves si los pozos no están en
capacidad de producir por los problemas que ocasiona dicha arena. Existen enla actualidad una serie de pozos horizontales en formaciones no consolidadas
que han estado produciendo por varios años. Cuando estas formaciones se
agoten y se inicie la producción de agua, la industria estará en mejor capacidad
de aplicar las distintas técnicas de completación con control de arena.
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2.9.- TÉCNICAS PARA EL CONTROL DE ARENA EN POZOS
HORIZONTALES
2.9.1.- FORROS RANURADOS
Los forros ranurados constituyen la manera más sencilla de controlar la
producción de arena en un pozo horizontal. Las aberturas de los forros
ranurados se dimensionan de tal manera que su tamaño duplique el diámetro
del grano de arena de formación en el percentil 10 más grande (D10). Este
criterio de dimensionamiento se deriva de trabajo efectuado por Coberly, quien
determino que un grano de arena hará un puente en la abertura de una ranura
cuyo tamaño sea 2 veces el diámetro del grano, siempre y cuando dos
partículas traten de entrar en la ranura al mismo tiempo. Evidentemente, la
formación de estos puentes requiere que haya una concentración suficiente de
arena de formación que trate de penetrar el forro ranurado o rejilla al mismo
tiempo. Si los fluidos producidos liberan solamente una pequeña concentración
de arena de formación. Entonces es posible que se produzca arena y no que
se controle-. Para que un forro ranurado o rejilla sean eficaces, deberán
utilizarse exclusivamente en formaciones de permeabilidad relativamente
elevada, que contenga poca o ninguna arcilla y cuyos granos de arena sean
grandes y estén bien distribuidos. Si la formación presenta suficiente arcilla, los
puentes de arena que se forman en el forro ranurado o en la rejilla podrían
obstruirse. Si el rango de tamaños de partículas es amplio, es posible que el
forro ranurado o la rejilla se obstruyan con granos de arena.
La selección entre forro ranurado y rejilla se basa fundamentalmente en
factores económicos. El forro ranurado es menos costoso, pero presenta
menos área de flujo disponible. Por su parte, las rejillas pueden tener aberturas
mucho más pequeñas y un área de flujo mayor, pero resulta más costosa.
2.9.2.- COMPLETACIONES CON REJILLAS PREEMPACADAS
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Las rejillas preempacadas se diseñaron con el fin de ser utilizadas con el
empaque con grava para prevenir la producción de arena en casos en los que
se hubiese formado vacío durante la colocación de la grava y la tendencia a la
obstrucción sea deseable. Por el contrario, en un pozo empacado con
materiales distintos a la grava, esta tendencia al taponamiento podría resultar
desastrosa para la longevidad de la completación.
Nunca se pretende utilizar rejillas preempacadas sin empaque con grava
como técnica viable de completación. Sin embargo surgió de la necesidad en
los pozos horizontales, donde se desconfiaba que se pudiera empacar
eficazmente con grava. En una situación donde existe un pozo horizontal en
una formación no consolidada que tiene posibilidades de producir arena y en
otra donde el empaque con grava no es posible con algún grado de confianza,
la única opción real de control de arena consiste en completar el pozo con
rejillas preempacadas. Esta era la situación de la industria a finales de los años
ochenta, cuando la tecnología de perforación horizontal empieza a ser
empleada en formaciones no consolidadas. Así pues, se sentó el precedente
industrial y las rejillas preempacadas se utilizan ampliamente sin empaque con
grava como técnica de completación para pozos horizontales perforados en
formaciones no consolidadas. Hasta la fecha, muchas de estas completaciones
han resultado exitosas. Dicho éxito podría obedecer, entre otros factores, a que
la formación no produce arena. Se espera que los pozos completados con
rejillas preempacadas continúen siendo exitosos cuando los pozos horizontales
más antiguos comiencen a agotarse y a producir agua. Existen casos no
documentales de obstrucción de rejillas preempacadas debido a la producción
de arena en pozos horizontales, pero en momentos, las situaciones reales detaponamiento resultan difíciles de confirmar.
A pesar de su tendencia a taponarse, existen aplicaciones donde las rejillas
preempacadas pueden emplearse con éxito en un pozo horizontal sin empaque
con grava. Las pautas a seguir para utilizar rejillas preempacadas son
prácticamente las mismas que rigen el empleo de forros ranurados y rejillas (a
saber, formaciones altamente permeables de granos de arena grandes y biendistribuidos, con poco o ningún contenido de arcilla u otros finos).
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2.9.3.- COMPLETACIÓN CON EMPAQUE CON GRAVA
La colocación de empaque con grava constituye otra opción para completar
pozos horizontales en formaciones no consolidadas. Aunque esta tecnología es
más complicada y sofisticada que los forros ranurados, las rejillas o las rejillas
preempacadas, representan una completación más general para aquellos
pozos horizontales donde el control de arena plantea problemas. El empaque
con grava puede utilizarse en completaciones en hoyos revestidos o en hoyo
abierto. Si bien usar forros ranurados, rejillas o rejillas preempacadas es
posible sólo en ciertos pozos, el empaque con grava puede emplearse en
prácticamente cualquier completación horizontal, siempre que se sigan las
pautas de colocación de grava que se describen en esta sección.
El empaque con grava no se ha utilizado ampliamente en los pozos
horizontales, aparentemente porque las compañías operadoras se han
mostrado renuentes a emplear un empaque con grava horizontal largo al tener
la impresión de que no existe tecnología alguna disponible para colocar
exitosamente grava a lo largo de un intervalo de varios miles de pies. La
industria ha reconocido durante mucho tiempo las dificultades que surgen al
tratar de empacar con grava pozos convencionales largos y altamente
desviados utilizando fluidos de acarreos de gel viscoso. En vista de que los
pozos horizontales representan la versión extrema de un pozo largo y
altamente desviado, la renuencia a empacar con grava está bien
fundamentada.
Cuando comenzaron a empacarse pozos horizontales en formaciones no
consolidadas, los fluidos de acarreo de gel viscoso representaban la tendencia
más novedosa de la tecnología de empaque con grava. Las investigaciones y
los estudios realizados en modelos físicos confirman que ejecutar con éxito un
empaque con grava en un pozo horizontal empleando fluidos de acarreo de gel
viscoso es extremadamente difícil. Hoy en día, la salmuera es el fluido de
acarreo de grava que se considera como el más avanzado. Las investigacionesy los estudios realizados en modelos físicos confirman que ejecutar con éxito
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un empaque con grava en un pozo horizontal empleando salmuera si es
posible.
REJILLAS EXPANDIBLES
Las rejillas expandibles son un método de control de arena relativamente nuevo y su
lanzamiento se remonta aproximadamente al año 1999 y su concepto se basa en poner el
medio filtrante de las rejillas directamente en contacto con la formación y de esa manera
eliminar el movimiento de arena a través del anular y aumentar la productividad del
pozo maximizando el diámetro interno de flujo.
Las rejillas expandibles son básicamente rejillas Premium que tienen la particularidad
de ser expandidas a determinado diámetro una vez que hayan sido corridas en el hoyo y
se encuentren ubicadas frente a la formación. El proceso de expansión consiste en hacer
pasar un cono de expansión a través de las rejillas y a medida que se bombee el cono iráexpandiendo toa la rejilla longitudinalmente. Ver figura N° 2.20
Figura 2.20 Rejilla Expandible
Fuente: Weatherford, 2008
Las rejillas expandibles consta de tres elementos básicamente (ver figuraN° 2.21):
Tubo Base: Es un tubo ranurado expandible diseñado para darle robustez a la rejillas.
Capa Filtrante: Es la capa de retención de arena y se encuentra entre el tubo base y la
chaqueta protectora. Está específicamente diseñada dar la misma abertura de filtradoantes y después de la expansión.
Chaqueta Protectora: Es una tubo expandile preperforado cuya función es proteger la
capa filtrante durante la corrida.
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Figura 2.21 Componentes de la rejilla Expandible
Fuente: Weatherford, 2008