El control de arena en pozos productores de petróleo es una práctica esencial en la industria petrolera para mantener la eficiencia y la rentabilidad de la producción.
La producción de arena puede causar serios problemas operacionales, incluyendo el desgaste de equipos, la obstrucción de tuberías y la disminución del flujo de petróleo.
Estas partículas sólidas pueden ser transportadas desde las formaciones geológicas hasta la superficie junto con el crudo, afectando la integridad del pozo y reduciendo su vida útil.
Para abordar estos desafíos, se implementan diversas técnicas de control de arena, tales como el uso de revestimientos especiales, la inyección de agentes químicos para consolidar las formaciones arenosas y la implementación de métodos mecánicos para evitar el ingreso de arena en el pozo.
Las estrategias de control de arena no solo buscan prevenir la entrada de partículas indeseadas, sino que también promueven la eficiencia operativa y la seguridad.
Entre las tecnologías más comunes se encuentran las pantallas de grava, los revestimientos perforados y las mallas metálicas, cada una adaptada a las condiciones específicas del yacimiento y el diseño del pozo.
La selección adecuada de la técnica de control de arena depende de factores como la granulometría de la arena, la geología del yacimiento y las condiciones de operación.
Implementar una estrategia efectiva de control de arena es crucial para minimizar los costos operativos, prolongar la vida útil del pozo y asegurar una producción continua y sostenible de petróleo.
Mecanismos de Producción de Arena
- Movimiento de granos: es el movimiento de arena alejadas de la cara de la formación (ver Figura 1).
- Movimiento de masas: este movimiento corresponde de arena en pequeñas masas en zonas cercanas a la cara de la formación (obstrucción a nivel de las perforaciones).
- Fluidización masiva: movimiento masivo de arena la cual genera erosión.
Causas de la Producción de Arena
- Falta de compactación y cementación entre los granos de arena.
- Factores geológicos y geográficos.
- Flujo Multifásico.
- Altas tasas de flujo.
- Efectos térmicos.
Consecuencias de la Producción de Arena
- Acumulación en los equipos de superficie.
- Arenamiento del hoyo que reduce o impide la producción efectiva del pozo.
- Erosión de los equipos de fondo y superficie.
- Colapso de la formación por socavaciones.
- Reducción de la permeabilidad en la vecindad del pozo.
Criterios de Selección para Tratamiento de Control de Arena
Una vez identificada la necesidad del pozo, para la aplicabilidad de un método de control de arena, la misma debe hacerse considerando los siguientes criterios:
- Económico: debe considerar el costo inicial del tratamiento y este efecto sobre la producción.
- Antecedentes Históricos: la cual corresponde a un análisis de la vida productiva del yacimiento y del pozo.
- Aplicabilidad: implica el grado de dificultad en la aplicación del tratamiento.
- Duración del servicio: corresponde a la estimación de producción libre de arena y de tasa de frecuencia para la repetición del tratamiento.
Métodos para el Control de Arena
Control de la Tasa de Flujo
El control de la tasa de flujo es una técnica preventiva que consiste en ajustar la velocidad a la que el petróleo y el gas se extraen del pozo.
Reducir la tasa de flujo puede disminuir la cantidad de arena que se arrastra desde la formación geológica hasta la superficie.
Este método se basa en la observación de que la producción excesiva de fluidos puede desestabilizar la formación de arena circundante, llevándola a entrar en el pozo.
Ajustando cuidadosamente la tasa de producción mediante el uso de la herramienta de análisis nodal, los operadores pueden minimizar la movilización de arena sin necesidad de implementar soluciones más complejas o costosas.
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Mecánicos
Los métodos mecánicos de control de arena incluyen una variedad de dispositivos diseñados para evitar que las partículas sólidas ingresen al pozo.
Entre los más utilizados se encuentran las pantallas de grava, los revestimientos perforados y las mallas metálicas.
Las pantallas de grava consisten en colocar una capa de grava entre la formación y el revestimiento del pozo, actuando como un filtro que permite el paso de fluidos mientras bloquea la arena.
Los revestimientos perforados y las mallas metálicas son estructuras instaladas dentro del pozo que filtran las partículas de arena mientras permiten la producción de petróleo.
Estos métodos son altamente efectivos en formaciones donde la producción de arena es significativa y requieren un diseño cuidadoso para asegurar su eficacia a largo plazo.
Forro Ranurado o Rejilla sin Empaque con Grava
Ofrecen una vida productiva corta debido principalmente a procesos de taponamiento. En pozos a hoyo abierto, en formaciones consolidadas se puede producir un colapsamiento durante la producción.
No es recomendable el uso de forro y rejilla sin empaque, ya que el 10% de la arena producida es menor que las aperturas de la mayoría de las rejillas comerciales.
Empaque con Grava Externo
A hoyo desnudo la productividad es mayor que en hoyo revestido, debido a una mayor área de flujo alrededor de la rejilla (ver Figura 2).
Los pozos a hoyo desnudo producen por períodos mayores en comparación con hoyo revestido (especialmente en pozos con altas tasas y/o alta viscosidad).
En el caso de pozos con el hoyo ampliado se puede colocar una mayor capa con grava, incrementado el área de flujo en la vecindad del pozo. Este tipo de empaque es recomendado en formaciones no/semiconsolidadas.
Empaque con Grava Interno (hoyo revestido)
Este método de control de arena permite un ahorro de tiempo en taladro, adicionalmente la completación en varias zonas.
Tiene la posibilidad de utilizar cuatro variantes a este método: empaque con grava convencional, STIMPAC, empaque con alta tasa de agua y PERFPAC.
Empaque con Grava a través de la Tubería de Producción
Permite instalar en control de arena en un pozo productor sin tener que sacar la completación. Para este método es necesario conocer las dimensiones del tubing y casing, así como también las mínimas restricciones dentro del pozo.
Este método es recomendable en pozos de baja producción, donde los costos asociados al taladro sobrepasan el límite económico.
Rejillas Pre-Empacadas
En este método se utiliza grava o arena revestida de resina, como parte de la propia rejilla. Son diseñadas para su uso en aplicaciones de empaque con grava, como un mecanismo de mayor seguridad en el caso que falle el empaque.
Las aplicaciones de la rejilla pre-empacada incluyen cualquier situación donde se espera encontrar dificultades en el empaque con grava (zonas largas, pozos muy desviados, formaciones estratificadas heterogéneas y en pozos horizontales largos) (ver Figura 3).
Químicos
Los métodos químicos para el control de arena implican la inyección de sustancias que fortalecen la cohesión de la formación arenosa o alteran sus propiedades físicas para prevenir la producción de arena.
Entre los productos químicos más comunes se encuentran los consolidantes, que son resinas u otros polímeros que se inyectan en la formación para solidificarla y evitar que la arena se desplace.
Otros aditivos pueden incluir geles o espumas que bloquean los poros de la formación, restringiendo el movimiento de arena.
Estos métodos son útiles en formaciones que no pueden ser tratadas eficazmente con métodos mecánicos o donde se busca una solución menos invasiva.
Estos métodos ofrecen una gama de opciones que pueden adaptarse a las condiciones específicas de cada yacimiento, permitiendo un control efectivo y sostenible de la producción de arena en pozos productores de petróleo.
Consolidación Plástica
En este método se bombea la resina dentro de la formación para recubrir los granos y endurecerlos, incrementando la fuerza cohesiva de la formación cercana al hoyo (forma artificialmente una arena consolidada).
Se consigue una buena cementación primaria. Se requiere una densidad de cañoneo de 4 TPP (mínimo) y adicionalmente un preflujo de etapas múltiples (limpiar y abrir las perforaciones para disolver o estabilizar las arcillas.
Consolidación con alta energía de resina
Este método detiene la producción de arena al inyectar grava recubierta con resinas precurada en una formación, hasta formar una rejilla dejando la grava recubierta con resina en las perforaciones y en el hoyo.
Combinados (Químicos y Mecánicos)
Los métodos combinados de control de arena emplean tanto soluciones químicas como mecánicas para proporcionar una protección más robusta y versátil.
Esta estrategia es particularmente efectiva en yacimientos complejos donde un solo enfoque puede no ser suficiente.
Por ejemplo, una combinación común es el uso de consolidantes químicos para estabilizar la formación arenosa, seguido de la instalación de filtros mecánicos como pantallas de grava o mallas metálicas para evitar que las partículas consolidadas entren al pozo.
Este enfoque integral permite abordar la producción de arena desde múltiples ángulos, aumentando la eficacia del control y reduciendo el riesgo de fallos operativos.
Fuente:
- Economides, M.; Hill, A.D.; Ehlig-Economides, C. y Zhu, D. (2013). Petroleum Production Systems 2nd Edition. Prentice Hall. Westford, Massachusetts.
- Perozo, A. (2008). Técnicas de Control de Arena/Finos de Formación. Cursos Técnicos. Maracaibo, Venezuela.
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