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Control de Arena y Empaques con GravaLa produccin de arena con fluidos del yacimiento petrolfero es un problema grave en algunas reas. Puede cortar u obstruir estranguladores y lneas de flujo, causar fallas excesivas del equipo, complicar la limpieza del pozo y puede causar el mal funcionamiento del equipo en el fondo del pozo. El desecho de la arena puede ser un problema. Los mtodos para controlar la produccin de arena incluyen la introduccin de coladores o revestidores auxiliares ranurados, empacando con grava o consolidado de arena con una resina plstica. Los coladores son los de instalacin ms simple en la mayora de los casos. El trabajo consiste en colgar un revestidor auxiliar o un colador envuelto en cable opuesto al intervalo de la zona de produccin. El tamao del colador es de manera efectiva demasiado pequea para permitir que la arena fluya hacia adentro, mientras que an permite el flujo de los fluidos de formacin. Los empaques de grava son comunes en el control de arena.

Control de arena.

Se define como control de arena, al conjunto de tcnicas mediante las cuales se elimina total o parcialmente la produccin de slidos, que soportan cargas provenientes del intervalo productor y, que se producen conjuntamente con los hidrocarburos. As, un efectivo control de arena seria un tratamiento preventivo que evitara la produccin de arena, sin restringir la productividad de los pozos.

Fenmeno de arenamiento.

Antes de abordar el tema de arenamiento se debe detallar, qu son las arenas y de qu estn formadas, para ello, se define que: las rocas detrticas o clsticas son resultados de la acumulacin de elementos separados de rocas preexistentes por elementos externos, como la erosin y transportados a grandes distancias por el viento, ros o glaciares y cementados o no despus de su depositacin (Guillemot, 1982). Entre estas rocas se puede definir las arenas por la posicin de sus granos en la escala de tamaos (presentados en la tabla 1), siendo la de Wentworth la ms utilizada, reservando el nombre de arena a cuyos elementos tienen un tamao comprendido entre los 2 y 0.063 mm.

Escala de Wentworth para clasificacin de sedimentos.

Se puede definir arenamiento como: la produccin de pequeas o grandes partculas de slido junto con los fluidos que son producidos del yacimiento debido a la baja consolidacin de la formacin productora (Garaicochea P., 1983). Comnmente, es preferible utilizar el trmino produccin de slidos en lugar de produccin de arena ya que, esto implica que solo las areniscas frgiles o poco consolidadas son las que estn susceptibles de ser producidas. A medida que el yacimiento descarga petrleo hacia el pozo, con el tiempo se va acumulando arena y sedimento en el fondo del pozo. Esta acumulacin puede ser de tal magnitud y altura que puede disminuir drsticamente o impedir completamente la produccin del pozo.

Este se caracteriza por la presencia de pequeas partculas de socas (denominadas arena), generalmente de dimensiones y angularidad definida y constante, transportada por los fluidos producidos (gas, petrleo o agua) y que pueden alojarse en las cercanas o en el mismo pozo. De acuerdo a su severidad puede causar mltiples problemas, entre los cuales destacan: la reduccin o perdida del pozo, falla mecnica de revestidores o forros, abrasin del equipo de subsuelo y superficie, problema en el manejo de slidos de formacin producidos.Este fenmeno tiene su origen cuando los esfuerzos desestabilizadores (esfuerzos de arrastres y gradiente de presin) son mayores que la resistencia mecnica de la formacin. Cuando estos esfuerzos son mayores que la resistencia ocurre una inestabilidad, causando desprendimiento del material de la formacin. Este desprendimiento puede ser en la forma de granos individuales de arenas que se producen continuamente o pedazos enteros de la formacin. Es importante destacar que el desprendimiento de partculas no ocurre todo sbitamente, sino que va aumentando hasta llegar a cantidades catastrficas de arena.

Naturaleza de la produccin de arena

Las condiciones que pueden originar la produccin de arena y el estado en que probablemente se encuentre la formacin por fuera de la tubera de revestimiento, una vez producida dicha arena, se determinan con base en los factores que inciden en el inicio de la produccin de arena. Estos factores deben describir tanto la naturaleza del material de la formacin como las fuerzas que ocasionan la falla en la estructura de la misma. La resistencia de una arenisca est determinada por:La cantidad y el tipo de material de cementacin que mantiene la cohesin de los granosLas fuerzas de friccin existentes entre los granosLa presin del fluido en los poros de la rocaLas fuerzas de presin capilar

Geometra de un arco estable rodeando una perforacin

Causas de la produccin de arena

Grado de Consolidacin Reduccin de la presin de poro Tasa de produccin Viscosidad del fluido de yacimiento Aumento de la produccin de agua

Efectos de la produccin de arena

Acumulacion en los equipos de superficie Acumulacion en el fondo Erosion del equipo de fondo y de superficie Colapso de la formacion

Acumulacin de arena en equipos superficiales

Falla de rejilla por erosin causada por la arena de formacin

Falla de estrangulador de superficie debido a la erosin causada por la arena de formacinAcumulacin de arena en los equipos

Erosin de la tubera causado por arenamiento

Clasificacin de las Tcnicas de Control de arenaEstos mtodos pueden ir desde simples cambios en las rutinas de operacin, hasta costosas terminaciones por lo que el mtodo seleccionado depender de las condiciones especficas del lugar, del tipo de operaciones y tambin de las consideraciones econmicas. Algunos se describen a continuacin

Mantener y reparar Reduccion en los gastos de produccion Consolidacion quimica de la formacion con resinas

Tcnicas para el control de arena.Existen muchas tcnicas para controlar la produccin de arena en pozos, las cuales van desde simples cambios en las prcticas de operacin hasta costosas completaciones, tales como consolidacin de arena y empaque con grava. El mtodo de control seleccionado depende de las condiciones especficas del sitio, las prcticas operativas y factores econmicos. Algunas de las tcnicas existentes para el control de arena son:

Modificacin de la Tasa de Flujo.Se reduce o aumenta secuencialmente la tasa de flujo hasta obtener un valor aceptable de produccin de arena. Es un mtodo de ensayo y error cuyo problema radica en que la tasa de flujo requerida para establecer y mantener un arco estable suele ser menor al potencial de flujo del pozo pudiendo representar una perdida significativa de la productividad y las ganancias.

Prcticas selectivas de Completacin.Es aplicable para casos de produccin en secciones del yacimiento capaces de soportar los diferenciales esperados. Caonear las secciones de la formacin con mayor resistencia a la compresin permite obtener un mayor diferencial, sin embargo estas secciones tienen alto grado de cementacin y baja permeabilidad; por lo tanto la formacin debe presentar una buena permeabilidad vertical con el fin de permitir el drenaje del yacimiento.

Consolidacin Plstica.El control de arena por consolidacin plstica envuelve el proceso de inyectar resina a la formacin naturalmente poco consolidada para proporcionar cementacin de los granos mientras todava se mantiene suficiente permeabilidad. De ser exitoso el empleo de esta tcnica, el aumento de la resistencia a la compresin de la formacin ser suficiente para soportar las fuerzas de arrastre generadas mientras se contina produciendo a las tasas deseadas.Este proceso consiste en la inyeccin de resinas plsticas, las cuales se adhieren a los granos de arena de la formacin. La resina se endurece y forma una masa consolidada, uniendo los granos de arena.Un tratamiento de consolidacin plstica es exitoso si logra dos (2) objetivos:Adicin de resistencia a la formacin.Mantenimiento de la permeabilidad de la formacin.

Cambios de saturacin que ocurren en el yacimiento durante el proceso de consolidacin plstica.

Ventajas:

El rea en el fondo del pozo est libre de obstruccin.No se requieren labores de pesca durante operaciones de pozo o re completacin.Los trabajos de reparacin, si son necesarios, se pueden realizar sin sacar el equipo de fondo, a travs de la tubera o mediante una unidad de tubera continua.Muy recomendable en completaciones en hoyos delgados (slim hole).

Desventajas:

Reduccin de la permeabilidad de la formacin.Costo por pie es ms costoso que otros mtodos de control de arena.Aplicable a intervalos menores de quince (15) pies.Los materiales utilizados son por lo general muy peligrosos y txicos.

Sistema grava - resina.

Este mtodo de control de arena combina la tcnica de empaque con grava y la consolidacin plstica. La mayora de los sistemas grava - resina proporcionan esfuerzos de compresin entre los 2000 y 3000 libras de presin y logran mantener la permeabilidad original en un 80%.

Ventajas:

Los pozos se encuentran libres de obstruccin.No hay equipos de fondo, por lo tanto no se requiere operacin de pesca durante reparaciones o recompletaciones.Ms efectivo que la consolidacin plstica en intervalos largos o arenas arcillosas.Se obtienen mayores esfuerzos de compresin que con otros mtodos.Menos costoso que la consolidacin plstica.

Desventajas:

Todas las perforaciones deben ser cubiertas totalmente para as lograr un empaque consolidado efectivo.Es requerido mucho tiempo de taladro.No aplicable en intervalos largos (30).La aplicacin del sistema grava resina se encuentra limitado a pozos que sean capaces de aceptar suficiente grava y con temperaturas de formacin menores de 250F.

Gravas Recubiertas con Resinas.Consiste en utilizar arena de empaque con grava de alta permeabilidad recubierta con una capa delgada de resina, bombendola dentro del pozo para llenar por completo las perforaciones y tubera de revestimiento, hasta que por la temperatura de fondo o inyeccin de vapor se endurezca y forme una masa consolidada. Luego de su consolidacin la masa presente en el revestidor se extrae para dejar al pozo libre de obstrucciones.

Ventajas:

No se requiere la utilizacin de resinas durante el proceso.No requiere la utilizacin de liner o rejillas.Si la temperatura de fondo esta alrededor de los 130F, no se requieren catalizadores.Menos costoso que los mtodos de consolidacin plstica.El fluido de desplazamiento puede ser agua o salmuera.

Desventajas:

No se recomienda en formaciones con temperaturas mayores de 200F.Sensible a cidos, solventes orgnicos y algunas salmueras fuertes, durante el proceso de cura. cidos y algunas salmueras tienden a acelerar el proceso de consolidacin, mientras que los solventes orgnicos tienden a disolver el plstico.Altas probabilidades de iniciarse la consolidacin en la tubera.Luego de la consolidacin el plstico no es estable con temperaturas mayores de 450F.

Empaque con grava.El empaque con grava se basa en el puenteo de la arena de formacin contra la arena de granos ms grandes, siendo esta ltima retenida por el forro ranurado o rejilla. La arena de granos ms grandes (llamada arena de empaque con grava o, simplemente, grava) se dimensiona para que sea de 5 a 6 veces ms grande que la arena de la formacin. El empaque con grava crea un filtro permeable que permite la produccin de los fluidos de formacin, pero restringe la entrada y produccin de arena de formacin.Los empaques con grava se realizan corriendo el forro ranurado o rejilla en el hoyo y circulando la grava hacia su posicin, utilizando un fluido de acarreo. Para obtener ptimos resultados, todo el espacio entre la rejilla y la formacin debe estar completamente empacado con arena de empaque con grava de alta permeabilidad. Realizar un empaque completo es relativamente simple en completaciones en hoyo abierto, pero puede resultar ms difcil en completaciones de hoyos revestidos perforados

A pesar de ser costosos, se ha demostrado que los empaques con grava constituyen la tcnica de control de arena ms confiable entre las que se dispone, y por lo tanto, es el enfoque ms comnmente utilizado.

Ventajas:

El tratamiento no depende de reacciones qumicas.Los pozos pueden ponerse a producir bajo altos diferenciales de presin sin preocuparse por la produccin de arena.Se emplea para controlar arenamiento en los intervalos productivos prolongados Es ms fcil de aplicar en las arenas compuestas.Esta tcnica puede aplicarse en desviaciones de pozo de 0 a 100 y zonas longitudinales de hasta unos pocos miles de pies.Existen sistemas para casi cualquier presin, temperatura o ambiente de pozo.

Desventajas:

Los trabajos de mantenimiento, reparacin y limpieza son complicadosLa rejilla puede sufrir dao como consecuencia de la erosin y la corrosin.Los costos son elevados.Puede producir daos significativos a la formacin, si no se aplica correctamente.Es ms complicado el control y el aislamiento del flujo.

Control Mecnico.Este tipo de tcnica para control de arena se refiere uso de forros ranurados o rejillas con o sin empaque con grava, cuya finalidad es controlar la produccin de arena sin afectar la productividad del pozo. Estos forros o rejillas son, bsicamente, tuberas porosas, donde el tamao de los poros se controla rigurosamente de tal manera de retener las arenas de formacin o la arena utilizadas en los empaques con grava.

Rejillas o liners ranurados.Las rejillas o "liners" ranurados sin empaques con grava, constituyen la manera ms sencilla de controlar la produccin de arena en pozos horizontales dependiendo lgicamente del grado de consolidacin de la arena a producir. Este mecanismo debe emplearse, slo si se tiene una arena bien distribuida y limpia, con un tamao de grano grande, porque de lo contrario la rejilla o forro terminar taponndose. Las rejillas y "liners" actan como filtros de superficie entre la formacin y el pozo, puesto que el material de la formacin se puentea a la entrada del liner.

Ventajas:

Fciles de correr.Pueden ofrecer un control de arena razonablemente bueno en condiciones adecuadas.

Desventajas:Si el puente que se ha formado no es estable, y se rompe, el liner o rejilla puede obstruirse con el tiempo debido a la reorganizacin de la arena de Formacin.En pozos de alta tasa hay la posibilidad de que ocurra una falla del liner o rejilla por erosin antes de que se forme el puenteo.Adecuados nicamente para formaciones de granos grandes y bien distribuidos, alta permeabilidad y poca o ninguna arcilla.

Rejillas pre-empacadas Las rejillas pre-empacadas son un filtro de dos-etapas con las envolturas externas e internas de la rejilla que entrampan el medio filtrante. El medio filtrante (tpicamente grava) no deja pasar los granos de la formacin ms pequeos, esta arena acta como agente puenteante cuando se produce arena de formacin mientras que la envoltura exterior de la rejilla filtra los granos de la formacin ms grandes, las rejillas pre-empacadas se aplican en zonas donde la utilizacin del empaque con grava es difcil (zonas largas, pozos muy desviados, pozos horizontales y formaciones heterogneas).

Ventajas:

A pesar de ser pre-empacadas no se aumenta el radio externo de las rejillas.En algunos casos son menos costosas que las tuberas ranuras de gran dimetro.Poseen mayor capacidad de flujo por pie.

Desventajas:

Es muy propensa a daos fsicos durante su asentamiento en el pozo.La grava consolidada es poco resistente a la erosin.La grava consolidada al igual que los sistemas de consolidacin plstica son poco resistentes a la accin de cidos, vapor, etc.Productividad de los pozos se reduce cuando las aberturas se taponan.

La utilizacin de las rejillas pre-empacadas implica tener presente dos posibles problemas:

Taponamiento: si la rejilla no se encuentra protegida es muy probable que la misma se tapone con finos de la Formacin durante el proceso de formacin del puente arena.

b) Daos de la grava pre-empacada: si el pozo es demasiado inclinado, o las rejillas se colocan en pozos horizontales de radio corto se generan fracturas en la grava consolidada que generarn un bajo desempeo de la misma

Diseos de rejillas preempacadas

La rejilla doble consiste en una rejilla estndar y una camisa adicional sobre la primera camisa. El espacio anular entre las dos camisas se rellena con grava revestida con resina. Todo el ensamblaje de la rejilla se coloca en un horno y se calienta para permitir que la grava revestida se consolide.La rejilla preempacada sencilla posee, en primer lugar, una rejilla estndar. En este caso, se instala un tubo perforado especial sobre la camisa. Este tubo est envuelto en un papel especial para sellar los orificios de salida, y la regin anular entre la camisa y el tubo perforado se llena con grava revestida con resina. El ensamblaje se cura en un horno y se saca el papel que est alrededor del tubo exterior.La rejilla Slim-Pak es similar a la rejilla estndar, con dos excepciones importantes. En primer lugar, alrededor de la parte exterior de la base de tubera perforada se enrolla una rejilla de malla muy fina, esta rejilla se asegura antes de instalar la camisa. En segundo lugar, el espacio entre la rejilla y la rejilla de malla fina se llena con arena de empaque revestida con resina. Despus se lleva la rejilla a un horno, para curar la grava revestida y obtener una capa fina de grava consolidada entre la camisa de la rejilla y la tubera base.

Frac Pack.El objetivo de esta tcnica consiste en pasar el rea daada alrededor de la boca del pozo y controlar la produccin de arena y finos de la formacin. Con la experiencia de campo se ha comprobado que su aplicacin ayuda a incrementar el ndice de productividad de los pozos, reduce la velocidad de flujo en el rea de la cara de la formacin, minimiza las prdidas de fluidos de completacin de alta densidad, costosos y potencialmente dainos, entre otros.

Cuando se disea un FracPack es necesario conocer los objetivos de su aplicacin, ya que esto ayudar a determinar el diseo de la completacin. Entre los objetivos tendramos:Disminuir el dao en las cercanas del pozo.Reducir la velocidad de flujo en el rea de la cara de la formacin.Minimizar las prdidas de fluidos de completacin de alta densidad, costosos y potencialmente dainos.Crear un perfil de inyeccin uniforme.Reducir el factor de dao (skin).Incrementar el ndice de productividad del pozo (IP).

Una fractura corta y altamente conductiva es una solucin prctica para algunas situaciones tales como pozos donde el dao a la formacin es muy profundo, por lo que requerira excesivos volmenes de cidos, en formaciones sensibles a cido u otros fluidos reactivos y en formaciones donde el tipo de dao es desconocido causando incertidumbre en el diseo del tratamiento matricial, en areniscas pobremente consolidadas, que no responden a la acidificacin y empaque con grava. Los fluidos de fracturamiento deberan poseer las siguientes caractersticas:Propagar la longitud de la fractura.Transportar el material propante.Maximizar el ancho de la fractura.Minimizar el dao en la conductividad de la fractura.

Muestreo de la arena de formacin.

La utilizacin de tcnicas inadecuadas de muestreo de arena de formacin puede traducirse en empaques con grava que fallen debido al taponamiento de los mismos o a la produccin de arena. Como el tamao de la arena de formacin reviste tanta importancia, la tcnica empleada para obtener una muestra de formacin resulta tambin importante. Conociendo las distintas tcnicas de muestreo, es posible efectuar compensaciones al seleccionar el tamao de la arena del empaque con grava, si es necesario.

Muestras producidas. En un pozo que produce arena, puede obtenerse fcilmente una muestra de la arena de formacin en la superficie. Si bien dicha muestra puede analizarse y utilizarse para determinar cul debe ser el tamao de la arena del empaque con grava, las muestras producidas probablemente indicarn un tamao medio de grano ms pequeo que el que realmente posee la arena de formacin. La tasa de flujo del pozo, las caractersticas del fluido producido y el diseo de los tubulares de la completacin son factores que determinan que un tamao especfico de grano de arena de formacin se produzca hacia la superficie o se deposite en el fondo del pozo. En numerosos casos, los granos de arena ms grandes se asientan en el fondo, por lo que una muestra que se produce hacia la superficie contiene una proporcin mayor de los granos de arena de menor tamao. Utilizar muestras de arena producida podra inducir el uso de arena de empaque con grava ms pequea que la requerida.

Muestras obtenidas mediante achique. Las muestras que se toman del fondo de un pozo utilizando achicadores enganchados al cable de acero son tambin fciles de obtener, pero probablemente stas tampoco resulten representativas de la verdadera arena de formacin. Las muestras obtenidas mediante achique generalmente estn constituidas por los granos de arena de mayor tamao, suponiendo que la mayora de los granos ms pequeos se producen hacia la superficie. Las muestras obtenidas por achique pueden ser tambin engaosas en lo que respecta a la distribucin del tamao de los granos. Cuando se cierra el pozo para obtener una muestra, los granos de arena ms grandes sern los primeros que se asienten en el fondo, mientras que los ms pequeos caern posteriormente encima de los primeros. Esto da lugar a una organizacin de los granos de arena de formacin en una muestra que no es representativa de la arena de formacin

Muestras de ncleos de pared. Las muestras de ncleos de pared se obtienen disparando proyectiles huecos desde un can que se hace descender por el pozo con un cable elctrico, hasta la profundidad deseada. Los proyectiles permanecen unidos al can mediante cables de acero, de manera tal, que cuando se extrae el can del pozo, se recuperan los proyectiles con una pequea muestra de formacin en su interior. La toma de muestras de ncleos de pared es una prctica que suele incluirse en las etapas de evaluacin de pozos en formaciones no consolidadas y ste es el tipo de muestra ms utilizado para disear arenas de empaque con grava. Si bien son ms representativas que las muestras producidas u obtenidas por achique, las muestras de ncleos de pared tambin pueden producir resultados engaosos.

Muestras de ncleos convencionales. La muestra de formacin ms representativa es la que se obtiene a partir de ncleos convencionales. En el caso de formaciones no consolidadas, podra ser necesario correr toma-ncleos convencionales de forro de goma para garantizar la recuperacin de muestras. Aunque los ncleos convencionales constituyen la muestra de formacin ms deseable, no se encuentran fcilmente disponibles debido al costo de las operaciones de extraccin de ncleos. De ser factible, pueden tomarse pequeos tapones en condiciones controladas en distintas secciones del ncleo, con el fin de determinar de manera absoluta y precisa el tamao medio de los granos de la formacin y la distribucin del tamao de los mismos.

Anlisis de tamizado.El anlisis de tamizado es la rutina de laboratorio que suele realizarse con una muestra de arena de formacin con el propsito de seleccionar el tamao adecuado de arena de empaque con grava. El anlisis de tamizado consiste en colocar una muestra de la formacin encima de una serie de rejillas cuyos tamaos de malla son progresivamente ms pequeos. Los granos de arena de la muestra original del pozo atravesarn las rejillas hasta encontrar una a travs del cual ese tamao de granos no pueda pasar, porque las aberturas son demasiado pequeas. Al pesar las rejillas antes y despus del tamizado, podr determinarse el peso de muestra de formacin que cada tamao de rejilla ha retenido. El porcentaje de peso acumulado de cada muestra retenida puede graficarse como una comparacin de los tamaos de malla de las rejillas, en coordenadas semilogartmicas, con el fin de obtener un grfico de distribucin de tamaos de arena. La lectura del grfico al peso acumulado del 50% permite definir el dimetro medio de los granos de la formacin. Este tamao de grano, que suele conocerse como D50, constituye la base para los procedimientos de seleccin del tamao de la arena de empaque con grava.

Distribucion de los tamaos de arena a partir del tamizado

El tamao mnimo de muestra de formacin que se requiere para el anlisis de tamizado es de 15 centmetros cbicos. El tamizado puede llevarse a cabo en hmedo o en seco. En el tamizado en seco (tcnica ms comn), se prepara la muestra extrayendo los finos (es decir, arcillas) y secndola en un horno. De resultar necesario, se muele la muestra en un mortero, para asegurar que el material que vaya a pasar por el tamizado sean granos sueltos y no conglomerados de los mismos. Seguidamente, se coloca la muestra en el tamiz, que emplea vibracin mecnica para ayudar a las partculas a moverse a travs de las distintas rejillas. El tamizado en hmedo, por su parte, se utiliza cuando la muestra de formacin contiene granos de tamao extremadamente pequeo. De acuerdo a esta tcnica, se vierte agua sobre la muestra mientras se hace el tamizado, con el fin de asegurar que las partculas no queden unidas.

U.SSeriesTamaoMallaAperturaMalla(Pulg)Apertura Malla(mm)U.SSeriesTamaoMallaAperturaMalla(Pulg)Apertura Malla(mm)2,50,3158.000350.01970.50030,2656.730400.01650.4203,50,2235.660450.01380.42040,1874.760500.01170.29750,1574.000600.00980.25060,1323.360700.00830.21070,1112.830800.00700.17780,09372.3801000.00590.149100,07872.0001200.00490.124120,06611.6801400.00410.104140,05551.4101700.00350.088160.04691.1902000.00290.074180.03941.0002300.00240.062200.03310.8402700.00210.053250.02800.7103250.00170.044300.02320.5894000.00150.037Aberturas de tamiz estandar

Diseo del empaque con grava

Identificada la necesidad del pozo, para la aplicabilidad de un Mtodo de exclusin de arena, la misma debe hacerse considerando los siguientes criterios:Econmico: Considerar el costo inicial del tratamiento y este efecto sobre la produccinAntecedentes histricos: Anlisis de la vida productiva del yacimiento y del pozoAplicabilidad: Grado de dificultad en la aplicacin del tratamientoDuracin del servicio: Estimacin de produccin libre de arena y de tasa de frecuencia para la repeticin del tratamiento

Anlisis granulomtrico. Mtodo de la S

Es el mtodo ms usado por sus buenos resultados y su sencillo procedimiento. El nico inconveniente que presenta, para gente de poca experiencia, es la dificultad de detectar errores de muestras o de ensayos efectuados, a travs de la curva en s. Consiste en colocar una muestra previamente pesada de la arena sobre un conjunto de tamices, donde el tamao de la malla estar ubicado de mayor a menor, de arriba hacia abajo, luego de colocarlo en un vibrador electrnico se pesar la muestra retenida por cada tamiz para obtener as el porcentaje de peso retenido en cada uno. Se calcula el porcentaje de peso acumulado para graficarlo versus el tamao de las mallas o l numero de tamiz (cdigo U.S), en coordenadas semilogaritmicas preferiblemente. La curva generalmente ser similar a una "S" la cual representa la distribucin del tamao de los granos presentes en la formacin.

El procedimiento detallado para el anlisis granulomtrico es el siguiente:Se pesan 100 g de la arena en un envase previamente pesado y tarado.Se pesan los tamices vacos y la bandeja de fondo, se tomar nota de cada uno de los pesos. Los tamices se ordenan d manera que el dimetro ms grande de la rejilla quede arriba y el ms pequeo abajo, colocando de ltimo la bandeja.Los 100 g de arena se vierten sobre el tamiz superior y se introducen en un vibrador elctrico por 15 minutos.Culminado el tiempo se pesan cada uno de los tamices y a cada valor se le restar el peso del tamiz vaco respectivo, este valor es el peso retenido en cada tamiz.

Para obtener el peso acumulado tomaremos el primer peso retenido como el primer valor, luego le sumaremos el segundo peso retenido resultando el segundo valor, al que le sumaremos el tercer peso retenido y as sucesivamente.Luego se calcula el porcentaje en peso retenido sobre la base del total acumulado y el porcentaje en peso acumulado.Para finalizar se realiza una grfica de distribucin de tamaos de partculas con el porcentaje acumulado en peso en el eje Y y el tamao de las mallas de los tamices en el eje X, preferiblemente en coordenadas semialgoritmicas.

El dimetro medio de los granos corresponde al 50% acumulado (D50), es uno de los parmetros ms utilizados de la curva ya que nos ayuda a determinar el tamao de la grava a utilizar, as mismo, es importante identificar los percentiles 10, 40 y 90, siendo estos dos ltimos los necesarios para determinar el coeficiente de uniformidad de la arena. En el caso de que se tengan varias muestras tomadas a distintas profundidades de un mismo pozo, se analizarn y graficarn por separado. Luego de tener las diferentes muestras de arena graficadas, se usar la de tamaos ms finos para determinar la granulometra de la grava.

Criterios para la seleccin de la grava.

Se han publicado diversas tcnicas que permiten seleccionar el tamao de arena de empaque con grava para controlar la produccin de arena de formacin. La tcnica que ms se emplea en la actualidad fue desarrollada por Saucier, sin embargo, existen una serie de criterios desarrollados por otros investigadores para la seleccin del tamao de grava para el empaque.

Mtodo de Saucier.Este es el mtodo ms usado, el trabajo de Saucier parte de la premisa bsica de que el control ptimo de la arena se logra cuando el tamao medio de arena del empaque no es ms de seis (6) veces mayor que el tamao medio de los granos de arena de formacin (D50); l se bas en una serie de experimentos con flujo a travs de ncleos, donde la mitad del ncleo estaba constituido por grava de empaque y la otra mitad era arena de formacin. Luego modific el rango comprendido entre dos (2) y diez (10), para determinar con exactitud cul era el control ptimo de arena.

GRAVAARENANcleo Experimental

La figura muestra los resultados de los experimentos con flujos a travs de ncleos. Tal como se observa en el grfico, la relacin kf / ki disminuye a medida que aumenta por encima de seis la relacin tamao medio de la arena de empaque con grava / tamao medio de la arena de formacin. Destaca el hecho de que, a medida que aumenta ducha relacin, kf / ki comienza a incrementarse una vez ms, lo cual refleja que el tamao de la arena de formacin es tan pequeo que los granos de la formacin comienzan a fluir a travs de la arena del empaque con grava sin obstruccin. Se sabe que este fenmeno ocurre, pero Saucier no lo verifico como parte de su trabajo.

En la prctica, se selecciona el tamao correcto de arena del empaque con grava multiplicando el tamao medio de los granos de la arena de formacin por cuatro y por ocho, con el fin de lograr un rango de tamaos de arena de empaque con grava cuyo promedio sea seis veces mayor que el tamao medio de los granos de arena de formacin. Dicho rango calculado se compara con los grados comerciales disponibles de arena de empaque con grava. Se escoge la arena disponible que corresponda al rango calculado de tamaos de arena de empaque con grava. En el caso que este rango calculado se ubique entre los rangos de tamao de la arena de empaque con grava disponible en el mercado, se seleccionara por lo general la arena de empaque con grava ms pequea.

Mtodo de Schwartz.Primero calcula si la arena de formacin es uniforme o no; el coeficiente de uniformidad C est definido como la relacin del cuarenta (D40) percentil sobre el noventa (D90) percentil (C= D40 / D90), luego si el coeficiente C es menor de tres (3) la arena ser uniforme, pero si el factor C est entre cinco (5) y diez (10) no es arena uniforme, y si es mayor o igual a diez (10) es extremadamente no uniforme. Schwartz recomienda un factor de seis (6) para un diseo optimo y ocho (8) como una consideracin mxima, por el 10 percentil de la arena si esta es uniforme, por el 40 percentil para arenas no uniformes y por el D70 percentil si es demasiado ni uniforme.

Mtodo de Hill.Este autor recomienda la utilizacin de un dimetro de grava menor que un factor de ocho (8) veces el diez (10) percentil (D10) de arena de formacin.

Mtodo de Coberly.Demostr que el tamao de grava debe ser menor que un dimetro comprendido entre diez (10) veces y trece (13) veces el 10 percentil de la arena de formacin. Adems recomienda este mtodo para arenas uniformes porque los finos invadiran la grava y restringiran la permeabilidad.

Mtodo de Gumpertz.Inicialmente concluyo lo mismo que Coberly, luego sugiri utilizar una grava once (11) veces el 10 percentil del dimetro de la arena.

Metodo de Karpoff

Trabajo en problemas de drenaje de aguas subterrneas en los cuales las tasas de flujo y presiones diferenciales que utilizo lo hicieron aplicable a los problemas de la industria petrolera. Al comienzo utilizo el 10 percentil de la arena de formacin y considero que el cincuenta (50) percentil era mucho ms descriptivo en la distribucin del tamao de los granos. Entonces recomend utilizar una grava de un tamao cinco (5) a diez (10) veces mayor que 50 percentil de arena (D50). Tambin es recomendada esta sugerencia, ya que especfica dimetros menores de la grava que los que se utilizaban antes, controlando la arena de formacin sin reducir la permeabilidad y manteniendo la productividad.

Mtodo de Stein.

Esta es la mejor aplicacin a formaciones con un tamao de partculas uniformes. Stein sugiere utilizar un dimetro menor a cuatro (4) veces el quince (15) percentil de la arena de formacin.

Mtodo de Coberly y Wagner: Dgrava = 13 * Darena (10%). Mtodo de Saucier ( Rango de Grava): Dgrava = 5* Darena (50%), y Dgrava = 6* Darena (50%). Mtodo de Schwartz: Dgrava = 6* Darena (50%).NOTA: Este mtodo considera la velocidad de fujo y uniformidad de la formacin.V= Tasa de produccin (pie3/seg) Area abierta de ranuras (pies2)Seleccin del tamao de la grava (Mtodos)

Control de calidad de gravas para empaques.

Para asegurar la productividad del pozo es necesario revisar la calidad de la grava, pues de sta dependen muchos factores, como lo es la permeabilidad de la grava y su capacidad de controlar el movimiento de la arena, para as permitir una productividad total de la formacin. Durante muchos aos para la seleccin de la grava se basaban en los tamaos ms grandes por su permeabilidad. Actualmente la norma API RP58 presenta las propiedades que debe cumplir un empaque de grava. Siguiendo estas especificaciones se garantiza la longevidad de la grava en condiciones tpicas de produccin y tratamiento. Son pocas las gravas naturales que cumplen las especificaciones API sin ser sometidas a ningn proceso. A continuacin se mencionan las caractersticas que deben ser consideradas para la evaluacin de la calidad de la grava.

Especificaciones API para la arena del empaque con grava

Anlisis de tamizado: Un mnimo del 96% en peso de la muestra de arena sometida a prueba debera atravesar el tamiz designado para granos gruesos y ser retenido en el tamiz designado para granos finos (habindose definido previamente los tamaos especficos de grava de los tamices para granos gruesos y finos segn las especificaciones RP58). El tamiz ms grueso designado no debera retener ms del 0,1% del total de la muestra probada, ni el tamiz ms fino designado debera dejar pasar ms del 2% del total de dicha muestra. No ms del 1,9% del total en peso debera ser retenido por la segunda rejilla del tamiz (100% - 0,1% - 2% -1,9% = 96%)

Esfericidad y redondez: La arena de empaque con grava debera tener una esfericidad media de 0,6 ms y una redondez media de 0,6 ms, lo cual se determina mediante anlisis visual utilizando el cuadro elaborado por Krumbein y Sloss (vase figura).

Cuadro para la estimacion visual de la esfericidad y redondez de las granos de arena por Krumbein y Sloss

Solubilidad en cido: Se agrega una muestra de arena de 5 gramos a 100 ml de cido HClHF al 12% - 3% y se deja reposar por 1 hora a 72F para permitir la disolucin de los agentes contaminantes (carbonatos, feldespatos, xidos de hierro, arcillas, finos de slice, etc.). Seguidamente, se extrae la arena y se seca. Se comparan los pesos medidos antes y despus, con el fin de determinar la solubilidad en cido. El material soluble en cido de la arena de empaque con grava no debera exceder el 1,0% en peso.

Contenido de limos y arcillas: Se mezcla una muestra de 20 ml de arena seca con 100 ml de agua desmineralizada y se deja reposar durante 30 minutos. Luego, se agita vigorosamente la mezcla durante 30 segundos y se deja reposar por 5 minutos ms. Se extrae una muestra de 25 ml de la suspensin agua-limo y se mide su turbidz. La turbidz resultante de la arena de empaque con grava sometida a la prueba debera ser de 250 NTU o menos.

Resistencia a la trituracin: Se tamiza una muestra de arena para extraerle todos los finos y se pesa. Seguidamente, se somete la muestra a un esfuerzo de confinacin de 2.000 lppc durante 2 minutos. Se vuelve a tamizar la muestra para determinar el peso de los finos producidos. La arena de empaque con grava que se someta a esta prueba no debera producir ms del 2% en peso de finos. En el caso de tamaos grandes de arena, a saber, Malla 12/20 U.S. y Malla 8/12 U.S., la cantidad de finos producidos no debera sobrepasar el 4% y el 8% respectivamente.

Sustitutos de la arena de empaque con grava.Si bien la arena cuarzosa natural es el material de empaque con grava ms comnmente utilizada, existen varias opciones en lo que respecta a los materiales que pueden emplearse en los empaques con grava. Entre estas opciones se encuentran la arena revestida con resina, el granate, las cuentas de vidrio y los xidos de aluminio.Cada uno de estos materiales ofrece propiedades especficas que resultan beneficiosas en determinadas aplicaciones y condiciones de pozo. El costo de ellos es de 2 a 3 veces el precio de la arena cuarzosa comn. A continuacin se resume la informacin acerca de los materiales alternos para empaques con grava, sus usos y sus limitaciones.

Grava revestida con resina: Constituida por arena estndar de empaque cubierta por una capa delgada de resina. Se utiliza fundamentalmente en rejillas pre-empacadas. Tambin se emplea en pozos trmicos, porque se considera que la resina impide que los granos de arena se disuelvan por accin del vapor de pH elevado. Se requiere una temperatura elevada para curar la resina. La resistencia del empaque consolidado depende de la temperatura y el tiempo de curado.

Granate: Silicato complejo. Gravedad especfica elevada (3,4 a 4,3). Se utiliza principalmente en pozos trmicos debido a su resistencia a la disolucin por accin del vapor de pH elevado. Resistente al cido HCl-HF. Los granos son angulares, lo que reduce la permeabilidad.

Cuentas de vidrio: Producto procesado. Sus granos son sumamente redondos y su permeabilidad extremadamente elevada. Son altamente solubles en cido HCl-HF. Predecesores de los xidos de aluminio.

xidos de aluminio: Productos procesados. Sus granos son sumamente redondos y su permeabilidad extremadamente elevada. La permeabilidad de una muestra de malla 20/40 es de 400 darcies. Se utilizan principalmente como agentes de soporte de resistencia media a elevada en la fracturacin hidrulica. Son de moderada a altamente solubles en cido HCl-HF. En los empaques con grava, se utilizan en empaques con fracturamiento y pozos trmicos.

Criterios de tuberia ranurada.

Las tuberas ranuradas son usadas para evitar la produccin de arena del empaque con grava. Como su nombre lo dice son tuberas con ranuras donde el ancho de stas debe controlarse rigurosamente, para que la grava de empaque quede retenida en las aberturas de la tubera. El ancho de las aberturas tambin es llamado calibre, el calibre no es ms que las pulgadas del ancho de la abertura multiplicado por mil (1.000). El calibre del "liner" o rejilla se disea de tal forma que sea igual a 2/3 el tamao de grava ms pequeo seleccionado para el empaque, redondeado al calibre comercial ms cercano inferior.

Las tuberas ranuradas son normalmente tubulares API o estndar, en las cuales son cortadas ranuras verticales u horizontales con un calibre especfico

La ranura puede ser recta o en forma de trapecio, la ranura en forma de trapecio es ms estrecha en la cara exterior del tubo, en comparacin con la parte interior y tiende menos a taponarse, porque las partculas pasan a travs de la ranura en el dimetro exterior y no se quedan alojadas dentro de la ranura.

AnchoLongitud InternaLongitud Externa 0,0301 20,030 0,06022 0,0602 3 1/18 La medida de las ranuras individuales se calibra en el dimetro interior del tubo segn la siguiente tabla:

Generalmente las tuberas ranuradas se disean con un 3% de rea abierta con relacin al rea superficial del dimetro exterior de la tubera, aunque en algunos casos se puede llegar hasta un 6%. El nmero de ranuras por pie para obtener un rea abierta se calcula por la siguiente ecuacin:

dnde:N = nmero de ranuras requeridas/pieSi N < 32, redondear al mltiplo ms cercano de 4.Si N > 32, redondear al mltiplo ms cercano de 8. = constante (3,1416)D = dimetro exterior de tubera (pulgadas)C = rea abierta requerida (porcentaje)W = ancho de ranura (pulgada)L = longitud de la ranura medida en dimetro interior de tubera (pulgadas)

El ranurado de la tubera disminuir la resistencia a la tensin de la misma, para ese caso la resistencia puede calcularse con la siguiente ecuacin:

donde:Tm = tensin mxima permitida (libras) = resistencia a la tensin del material de la tubera (libras por pulgada cuadrada) = constante (3,1416)D = dimetro exterior de la tubera (pulgadas)d = dimetro interior de la tubera (pulgadas)N = nmero de ranuras/pieW = ancho de las ranuras (pulgadas)El tamao mnimo de ranura debera ser de 0,010, ya que cuando se trabaja con tuberas de acero al carbono la corrosin puede obstruir las ranuras.

Flujograma para la seleccin del mtodo de control de arena

Al momento de disear y aplicar cualquier mtodo de control de arena es necesario tomar en consideracin algunos parmetros importantes que influyen de manera significativa en el xito del mtodo seleccionado, estos parmetros son los siguientes:

Grado de consolidacin de la formacin.El dao existente en las inmediaciones del pozo, grado de severidad y extensin.Tipo de pozo, vertical o horizontalLongitud del intervalo productor.Presencias de arcillas.Cercana del contacto agua petrleo.Tiempo y frecuencia de arenamiento.Temperatura y presin de fondo

Esquema general de evaluacin de pozos con problemas de arenamiento.

Flujograma en Pozos verticales

Flujograma en Pozos horizontales

Equipo de completacin para el control de arena.

El equipo de completacin con empaque con grava se define como aquel que permanece en el pozo como parte de la completacin, despus que finalizan las operaciones de colocacin de la grava.

Empacadura sumidero Ensamblaje de sellos. Rejilla indicadora inferior y conexin de O-ring Rejilla de empaque con grava Tubo liso. Junta de seguridad Extensin de empaque con grava Herramienta de cruce de empaque con grava Herramienta accionadora. Tubera de lavado

Tcnicas de colocacin de la grava

La tcnica de circulacin cruzada es el mtodo ms comnmente utilizado para colocar grava en las perforaciones y alrededor de la rejilla .

Los fluidos ms comnmente utilizados han sido y continan siendo la salmuera y el gel de HEC. Los empaques con grava efectuados con salmuera como fluido de acarreo se denominan empaques de agua o empaques convencionales, mientras que los que se ejecutan con fluidos de acarreo de gel de HEC se denominan empaques de lechada, empaques viscosos o empaques de gel.

En la tabla se muestra una comparacin entre las caractersticas del gel de HEC y las correspondientes a la salmuera en lo que respecta a su uso como fluido de acarreo de grava. Gel HECSalmueraViscosidad300 750 cp1 2 cpConcentracin tpica de grava10 15 lpg1 3 lpgTasa de bombeo tpica1 4 bpm4 5 bpmRejilla indicadora utilizada?SiNoMUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION

Porcentaje acumulativo, por peso retenido

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Relacion de la mediana del diametro de la grava y la

mediana del diametro de la arena de formacion (D

50

/ d

50

)

Relacion de la permeabilidad final a la

permeabilidad inicial (K

f

/ K

i

)