Control De Arena

Introducción

Uno de los problemas más frecuentes y con consecuencias verdaderamente lamentables durante la producción de hidrocarburos es la producción de arena. 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 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. Estos problemas a menudo se agravan, 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.

Control de Arena.

Es el conjunto de técnicas mediante las cuales se maneja total o parcialmente, la producción de sólidos provenientes de la formación productora los cuales se producen conjuntamente con los fluidos, restringiendo en lo menor posible la productividad del pozo.

El fenómeno de arenamiento tiene su origen cuando los esfuerzos desestabilizadores (esfuerzos de arrastre y gradientes de presión) son mayores que la resistencia mecánica de la formación. Cuando estos esfuerzos son mayores que la resistencia, ocurre una inestabilidad causando desprendimiento del material de la formación. Este desprendimiento puede ser en forma de granos individuales de arena que se producen continuamente o pedazos enteros de la formación. Este desprendimiento de partículas no ocurre súbitamente, sino que va aumentando hasta llegar a cantidades de arena no manejables por los sistemas de producción por lo que se deben identificar los pozos que estén produciendo poca cantidad de arena para tomar medidas especiales, ya que una vez que estos llegan a tasas críticas, no hay manera de detener la producción de la misma.

Naturaleza de la Producción de Arena.

Las condiciones que pueden originar la producción de arena se determinan basándose en el estado y condiciones que presente el yacimiento. La resistencia de una arena está determinada por:

• La calidad y el tipo de material de cementación que mantiene la cohesión de los granos.

• La fuerza de fricción existente entre los granos.

• La presión del fluido entre los poros de la roca.

• La fuerza de presión capilar.

Causas de la Producción de Arena.

El material sólido que se produce en un pozo puede contar tanto de finos de formación (generalmente no considerados parte de las características mecánicas de la formación), como de sólidos que soportan la carga. Generalmente, la producción de finos no puede evitarse y más bien resulta beneficiosa. Es preferible que los finos se desplacen libremente a través de la formación o de un empaque con grava instalado, en lugar de que estos se taponen.

Entre las causas de producción de arena se encuentran las siguientes:

• Grado de Consolidación. La capacidad de mantener túneles de cañoneo abiertos depende estrechamente del nivel de cohesión existente entre los granos de la arena. La cementación de la arenisca suele constituir un proceso geológico secundario y por lo general, los sedimentos más antiguos tienden a estar más consolidados que los más recientes. Esto significa que la producción de arena constituye normalmente un problema cuando se origina en formaciones sedimentarias terciarias que son superficiales y geológicamente más jóvenes, estas suelen tener poco material de cementación que mantenga unidos los granos de arena, por lo que estas formaciones pueden clasificarse en poco consolidadas y no consolidadas.

• Reducción de la presión de poro. A medida que se agota la presión del yacimiento a lo largo de la vida productiva del pozo, se pierde parte del soporte que poseía la roca suprayacente. La disminución de la presión del yacimiento genera una cantidad creciente de esfuerzo en la arena de la formación. En un momento determinado, los granos de la arena de la formación podrían separarse de la matriz o triturarse, lo cual generaría finos que se producen conjuntamente con los fluidos del pozo. La compactación de la roca yacimiento por la reducción de la presión poro podría ocasionar la subsidencia de la superficie.

• Viscosidad del fluido de yacimiento. La fuerza de arrastre friccional que se ejerce sobre los granos de la arena de la formación es creada por el flujo de fluidos del yacimiento. Dicha fuerza es directamente proporcional a la velocidad de flujo de los fluidos y a la viscosidad del fluido del yacimiento que se está produciendo. La fuerza de arrastre friccional sobre los granos de arena de la formación, es mayor en los yacimientos cuya viscosidad de fluido es elevada, en comparación con los de viscosidad baja. La influencia del arrastre por viscosidad induce a la producción de arena en yacimientos de crudo pesado, donde se encuentran crudos altamente viscosos de poca gravedad e incluso a velocidades de flujo bajas.

Aumento de la producción de agua. La producción de arena podría iniciar o incrementarse cuando comience a producirse agua o donde aumente el corte agua, posiblemente por dos razones: en primer lugar, en el caso de una formación de arenisca mojada en agua, la parte de la cohesión existente entre los granos se deriva de la tensión superficial del agua de formación que rodea cada grano. Al inicio de la producción de agua, el agua de formación tiende a adherirse al agua producida, lo que disminuye las fuerzas de tensión superficial y, por ende, la cohesión intergranular. El segundo mecanismo mediante el cual la producción de agua afecta a la producción de arena está asociada a los efectos de permeabilidad relativa; a medida que aumenta el corte de agua, disminuye la permeabilidad relativa del crudo, por lo cual se requiere un diferencial de presión mayor para producir un crudo a la misma velocidad

Efectos de la Producción de Arena

Acumulación de Arena en los Equipos de Superficie (Separador, Calentador – Tratador o Tubería de Producción).

Si la velocidad de producción es lo suficientemente rápida para transportar arena hacia la superficie, esta podría quedar depositada en el separador, el calentador-tratador o en la línea de producción. Si este volumen de arena es suficientemente grande, será necesario remover los sólidos para que el pozo pueda producir eficazmente. Con el fin de restablecer la producción, habrá que cerrar el pozo, abrir el equipo de superficie y extraer manualmente la arena.

Acumulación de Arena en el Fondo (Tasa de Producción disminuye por la acumulación de arena, perdida de producción, mayores costos de mantenimiento)

Si la velocidad de producción no es suficientemente elevada como para arrastrar arena hasta la superficie, ésta podría quedar bloqueada en la tubería de producción o caer y empezar a llenar el interior de la tubería de revestimiento. Eventualmente, el intervalo productor podría quedar total o parcialmente relleno con arena y cualquiera que sea el caso, la tasa de producción declinará.

Erosión de los Equipos de Fondo y Equipos de Superficie (aumentan los trabajos de reacondicionamiento)

En pozos altamente productivos, los fluidos que circulan a gran velocidad y transportan arena pueden erosionar excesivamente tanto el equipo de fondo como el de superficie lo que implica la necesidad de realizar trabajos frecuentes de mantenimiento para reemplazar los equipos dañados. Si la erosión es intensa y ocurre durante un lapso suficiente de tiempo, el equipo de superficie y/o de fondo podría llegar a fallar totalmente, lo que generaría graves problemas de seguridad, ambientales y mermas de producción.

Colapso de la Formación (los granos de arena se reordenan para crear un nivel de permeabilidad inferior al que originalmente existía)

Los fluidos producidos podrán arrastrar consigo grandes volúmenes de arena hacia afuera de la formación. Si la velocidad de producción de arena es elevada y el proceso se extiende por un lapso largo de tiempo, se desarrollará un vacio detrás de la tubería de revestimiento, el cual continuará ampliándose a medida que se produzca mas arena. Cuando el vacio se torna lo suficientemente grande, la lutita o formación suprayacente podría colapsar hacia él, debido a la falta de material que proporcione el soporte.

Mecanismo de control Arena

Reducción de fuerzas de arrastre o fricción.

Por lo general, es el medio más sencillo y económico para controlar la producción de la arena. La tasa de producción de fluidos que ocasionen movimiento de arena y finos deben considerarse como una tasa de área de formación permeable. El determinar la tasa crítica de producción por encima de la cual la producción de arena es excesiva es un factor económico de gran importancia, cuando las consideraciones del yacimiento y las demandas del mercado justifican tasas más altas de producción. Cuando la tasa de producción del pozo fluctúa en una forma marcada las fuerzas de arrastres se incrementan de una manera significativa. Para mantener

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