EVALUACIÓN DE LOS MECANISMOS DE CONTROL DE ARENA EN LOS POZOS PRODUCTORES DE PETRÓLEO DEL ÁREA MANTAESTE DEL DISTRITO MUSIPAN

Control de arena

Se define como control de arena al conjunto de técnicas mediante las cuales se maneja, total o parcialmente, la producción de sólidos que soportan las cargas provenientes de la formación productora, los cuales se producen conjuntamente con los hidrocarburos, sin restringir la productividad del pozo. Los problemas de producción de arena se presentan en aquellas formaciones no consolidadas, cuyos componentes mayoritarios son granos finos de arenas, donde el material cementante no provee suficiente fuerza de cohesión como para soportar los esfuerzos ocasionados por el paso de fluidos a través de ellos, lo que origina un desmoronamiento de la arena y por consiguiente el arrastre de las partículas más finas hacia el fondo del pozo.

2.4.2 Factores que originan la producción de arena

La producción de arena se inicia en el instante que la tensión a la cual es sometida la formación, supera la resistencia de la misma. La resistencia está sustentada primordialmente en los materiales que cementan los granos de arena, además de las fuerzas cohesivas que resultan de la inmovilidad del agua de la formación. Entre muchos factores causantes de tensión destacan, la presión de poro, acontecimientos tectónicos y las fuerzas de arrastres que acompañan a los fluidos durante su producción. Algunos factores que ocasionan la producción de arena en los pozos son los siguientes:

• Grado de consolidación: la capacidad de mantener túneles de perforación 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, éstas suelen tener poco material de cementación que mantenga unidos los granos de la arena, por lo que estas formaciones pueden clasificarse en poco consolidadas y no consolidadas.

• Reducción de la presión de poros: 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 formación. En un momento determinado, los granos de 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 reducción de la presión de poro podría ocasionar la subsidencia de la superficie.

• Tasa de producción: la producción de fluidos de yacimientos genera un diferencial de presión y fuerzas de arrastre friccional que pueden combinarse para vencer la resistencia a la compresión de la formación. Esto significa que existe una tasa de flujo crítica para la mayoría de los pozos por debajo de la cual el diferencial de presión y las fuerzas de arrastre friccional no son lo suficientemente grandes como para exceder la resistencia a la compresión de la formación y ocasionar la producción de arena. La tasa de flujo crítica de un pozo podría determinarse aumentando lentamente la producción hasta que se detecte la producción de arena.

• Viscosidad del fluido del 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 del flujo de fluidos y 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 fluidos de yacimiento de elevada viscosidad, en comparación con los de viscosidad baja. La influencia del arrastre por viscosidad induce la producción de arena en yacimientos de crudo pesado, donde se encuentran crudos altamente viscosos, de poca gravedad API e incluso a velocidades de flujo bajas.

• Aumento de la producción de agua: la producción de arena podría iniciarse o incrementarse cuando comience a producirse agua o aumente el corte de la misma; posiblemente ésta se deba a dos razones: en primer lugar, en el caso de una formación de arenisca humectada por agua, la parte de la cohesión existente entre los granos se deriva de la tensión superficial del agua de formación que rodea a cada grano. Al inicio de la producción de agua, el agua de formación tiende a adherirse a la 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 la producción de arena está asociado a los efectos de permeabilidad relativa de crudo, por lo cual se requiere un diferencial de presión mayor para producir crudo a la misma velocidad. Todo aumento del diferencial de presión en la zona cercana a la cara de la formación genera una fuerza de cizallamiento mayor en los granos de arena de la formación.

A las actividades de pozos que pueden causar problemas de arenamiento, ya mencionadas, se les suman las siguientes: cementaciones, cañoneos, cambios en las tasas de bombeo (arranque y parada de pozos) y estimulaciones. El daño que causa la actividad de perforación a la resistencia mecánica de la formación, es proporcional a la tasa de penetración. Adicionalmente, los fluidos de perforación pueden causar daño, por peso demasiado altos que causan rompimiento mecánico de la formación (fractura hidráulica no planificada) y problemas de invasión de fluido, originándose daño a la perforación en las inmediaciones del pozo (“skin damage”) y reduciendo además la permeabilidad en esa zona. Aunque la perforación siempre ocasionará algún daño a la formación, estas operaciones deben optimizarse para minimizar sus efectos.

Las actividades de cementación pueden fomentar problemas de arenamiento, especialmente si quedan canales entre la formación y el revestidor, pues estos se volverán canales preferenciales de flujo con velocidades excesivas y, por tanto, se originarán mayores fuerzas de arrastre. Adicionalmente, si el cemento no hace buen contacto con la formación, entonces, ésta no tendrá el confinamiento óptimo y los esfuerzos efectivos serán muy bajos. Como los esfuerzos efectivos bajos producen resistencia al corte bajas, una mala cementación crearía zonas de baja resistencia alrededor del pozo, provocando un escenario propicio para el arenamiento.

Los cañoneos deben ser planificados y ejecutados para

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